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TPM企业深入解析磨擦理论

来源:KTPM新益为 丨 发布时间:2017-07-05 丨 浏览次数:

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  两个相互接触的表面发生相对运动或具有相对运动趋势时,在接触表面间产生的阻止相对运动或相对运动趋势的现象称为摩擦。摩擦理论中阻止相对运动或相对运动趋势的力称为摩擦力。
  
  摩擦理论的分类方法很多,因研究和观察的依据不同,其分类方法也就不同。常见的分类方法有下列几种。
  
  1、按摩擦理论副的运动形式分类
  
  (1)滑动摩擦  两接触表面间存在相对滑动时的摩擦。
  
  (2)滚动摩擦  两物体沿接触表面滚动时的摩擦。
  
  2、按摩擦副的运动状态分类
  
  (1)静摩擦  两接触表面存在微观弹性位移(相对运动趋势),但尚未发生相对运动时的摩擦。
  
  (2)动摩擦  两接触表面间存在相对运动时的摩擦。
 
机械摩擦理论
机械摩擦理论
  
  3、按摩擦是否发生在同一物体分类
  
  (1)内摩擦  同一物体内各部分之间发生的摩擦。
  
  (2)外摩擦  两个物体的接触表面间发生的摩擦。
  
  4、按摩擦副的润滑状态分类
  
  (1)干摩擦  两接触表面间无任何润滑介质存在时的摩擦。
  
  (2)流体摩擦  两接触表面被一层连续不断的流体润滑膜完全隔开时的摩擦。
  
  (3)边界摩擦  两接触表面上有一层极薄的边界膜(吸附膜或反应膜)存在时的摩
  
  擦。
  
  (4)混合摩擦两接触表面同时存在着流体摩擦、边界摩擦和干摩擦的混合状态时的摩擦。混合摩擦一般是以半干摩擦和半流体摩擦的形式出现:
  
  1)半干摩擦  两接触表面同时存在着干摩擦和边界摩擦的混合摩擦。
  
  2)半流体摩擦  两接触表面同时存在着边界摩擦和流体摩擦的混合摩擦。
  
  关于摩擦的起因,自达•芬奇开始研究以来的几百年中,可以说是众说纷纭。随着科学技术的发展,虽然对摩擦观象的认识有了很大进展,但时至今日,对于摩擦的起因和机理还没有一个公认的统一理论。
  
  早期研究摩擦的学者,如阿蒙顿等人认为,摩擦是由对偶表面的机械互锁作用引起的,当两接触表面相对运动时,由于表面上的微峰相互嵌入而产生阻碍相对运动的摩擦力。这一学说能解释摩擦副对偶表面愈粗糙,其摩擦因数就越大这一现象,但对于经过超精加工的摩擦副对偶表面因表面粗糙度值小,其摩擦因数反而较大及润滑剂的减摩作用等现象就难以解释。1734年,英国物理学家德萨古利埃逆当时占统治地位的机械互锁学说提出了截然不同的分子学说,他认为摩擦力是由于两接触表面的分子(原子)力作用而引起的。这一学说能解释机械互锁学说不能解释的现象,但对于摩擦副对偶表面愈粗糙其摩擦因数就愈大则解释不通。
  
  如上所述,摩擦理论无论是机械互锁学说还是分子学说,都是很不完善的。直到20世纪30年代末期,人们才从机械一分子联合作用的观点出发,较完整地发展了固体摩擦理论。在英国和前苏联相继建立了两个学派,前者以粘着理论为中心,后者以摩擦二项式为特征,奠定了现代固体摩擦理论基础。
  
  影响摩擦因数的因素
  
  1、表层性质
  
  由于污染、化学热处理、电镀和润滑剂的作用等,在金属表面形成一层极薄的表面膜(如氧化膜、硫化膜、磷化膜、氯化膜、锢膜、镉膜、铝膜等),使表层具有与基体不同的性质。若表面膜在一定厚度内,实际接触面积仍取决于基体材料而不是表面膜,同时可使表面膜的抗剪强度低于基体材料的抗剪强度;另一方面因表面膜的存在而不易发生粘着,因此摩擦力和摩擦因数可随之降低。   表面膜厚度对摩擦因数也有很大影响。若表面膜太薄,膜易被压破而出现基体材料的直接接触;若表面膜太厚,一方面因膜较软而使实际接触面积增大,另一方面两对偶表面上的微峰在表面膜上的犁沟效应也较为突出。可见,表面膜有一个值得寻求的最佳厚度。
  
  2、材料性质
  
  金属摩擦副的摩擦因数随配对材料的性质不同而异。一般说来,相同金属或互溶性较大的金属摩擦副,容易发生粘着,其摩擦因数较大;反之,摩擦因数较小。不同结构的材料具有不同的摩擦特性。如石墨因具有稳定的层状结构且层间的结合力小,容易滑动,故摩擦因数较小;又如金刚石配对的摩擦副因硬度高、实际接触面积小而不易发生粘着,其摩擦因数也较小。
  
  3、温度
  
  周围介质温度对摩擦因数的影响,主要是由于表层材料性质发生变化而引起的,鲍登等人的试验表明,许多金属(如钼、钨、钦等)及其化合物的摩擦因数,在周围介质温度为700~800℃时出现最小值。出现这种现象是因最初温升使抗剪强度下降,进一步温升又使屈服点急剧下降而引起实际接触面积增大许多的缘故。但高聚物摩擦副或压力加工时,摩擦因数随着温度的改变将出现极大值。
  
  由上述可见,温度对摩擦因数的影响是多变的,因具体工况条件、材料特性、氧化膜变化等因素的影响而使温度与摩擦因数的关系变得十分复杂。
  
  4、相对运动速度
  
  一般情况下,滑动速度会引起表层发热和温升,从而改变表层的性质,因此摩擦因数必将随之变化。
  
  对于一般弹塑性接触状态的摩擦副,摩擦因数随滑动速度的增加而越过一极大值,当载荷极小时,曲线只有上升部分;而载荷极大时曲线只有下降部分。
  
  当摩擦副对偶表面的相对滑动速度超过50m/s时,接触表面产生大量的摩擦热。因接触点的持续接触时间短,瞬间产生的大量摩擦热来不及向基体内部扩散,因此摩擦热集中在表层,使表层温度较高而出现熔化层,熔化了的金属液起着润滑作用,使摩擦因数随速度增加而降低,如铜在滑动速度为135m/s时,其摩擦因数为0、055;而在350m/s时,则降为0、035。但有些材料(如石墨)的摩擦因数几乎不受滑动速度的影响,其原因是这类材料的力学性能可在很宽的温度范围内保持不变。
  
  对于边界摩擦,在速度低于0、0035m/s,即由静摩擦向动摩擦过渡的低速度范围内,随着速度的加快,吸附膜的摩擦因数逐渐减小而趋于定值,反应膜的摩擦因数也逐渐增大而趋于定值。
  
  一般情况下,金属摩擦副的摩擦因数随载荷增大而降低,然后趋于稳定,这种现象可用粘着理论加以解释。当载荷很小时,两对偶表面处于弹性接触状态,这时实际接触面积与载荷的2/3次方成正比,而按粘着理论,摩擦力与实际接触面积成正比,因此摩擦因数与载荷的1/3次方成反比;当载荷较大时,两对偶表面处于弹塑性接触状态,实际接触面积与载荷的2/3~1次方成正比,因此摩擦因数随载荷增大而较慢降低并趋于稳定;当载荷大到两对偶表面处于塑性接触状态时,摩擦因数与载荷基本无关。
  
  静摩擦因数的大小还与两对偶表面在载荷作用下静止接触延续的时间有关。一般情况下,静止接触延续时间愈长,静摩擦因数愈大。这是由于载荷的作用,使接触处发生塑性变形,随着静止接触时间的延长,实际接触面积会有所增大,微峰相互嵌入也.更深入而引起。
  
  6、TPM设备管理咨询公司对于表面粗糙度理解
  
  在塑性接触情况下,由于表面粗糙度对实际接触面积的影响很小,因而可认为摩擦因数几乎不受表面粗糙度的影响。对于弹性或弹塑性接触的干摩擦副,当表面粗糙度值很小时,机械作用也就较小,而分子力作用较大;反之亦然。可见,摩擦因数随表面粗糙度的变化会有一个极小值。
  
  摩擦理论中以上各种因素对摩擦因数的影响都不是孤立的,而是相互联系相互影响的,在分析时应注意这点。

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