TPM企業(yè)深入解析磨擦理論
來源/作者： TPM咨詢服務(wù)中心 丨 發(fā)布時間：2017-07-05 丨 瀏覽次數(shù)：
兩個相互接觸的表面發(fā)生相對運動或具有相對運動趨勢時，在接觸表面間產(chǎn)生的阻止相對運動或相對運動趨勢的現(xiàn)象稱為摩擦。摩擦理論中阻止相對運動或相對運動趨勢的力稱為摩擦力。
摩擦理論的分類方法很多，因研究和觀察的依據(jù)不同，其分類方法也就不同。常見的分類方法有下列幾種。
1、按摩擦理論副的運動形式分類
?。?）滑動摩擦 兩接觸表面間存在相對滑動時的摩擦。
（2）滾動摩擦 兩物體沿接觸表面滾動時的摩擦。
2、按摩擦副的運動狀態(tài)分類
?。?）靜摩擦 兩接觸表面存在微觀彈性位移（相對運動趨勢），但尚未發(fā)生相對運動時的摩擦。
?。?）動摩擦 兩接觸表面間存在相對運動時的摩擦。
機械摩擦理論
3、按摩擦是否發(fā)生在同一物體分類
?。?）內(nèi)摩擦 同一物體內(nèi)各部分之間發(fā)生的摩擦。
（2）外摩擦 兩個物體的接觸表面間發(fā)生的摩擦。
4、按摩擦副的潤滑狀態(tài)分類
?。?）干摩擦 兩接觸表面間無任何潤滑介質(zhì)存在時的摩擦。
?。?）流體摩擦 兩接觸表面被一層連續(xù)不斷的流體潤滑膜完全隔開時的摩擦。
?。?）邊界摩擦 兩接觸表面上有一層極薄的邊界膜（吸附膜或反應(yīng)膜）存在時的摩
擦。
?。?）混合摩擦兩接觸表面同時存在著流體摩擦、邊界摩擦和干摩擦的混合狀態(tài)時的摩擦?；旌夏Σ烈话闶且园敫赡Σ梁桶肓黧w摩擦的形式出現(xiàn)：
1）半干摩擦 兩接觸表面同時存在著干摩擦和邊界摩擦的混合摩擦。
2）半流體摩擦 兩接觸表面同時存在著邊界摩擦和流體摩擦的混合摩擦。
關(guān)于摩擦的起因，自達•芬奇開始研究以來的幾百年中，可以說是眾說紛紜。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，雖然對摩擦觀象的認識有了很大進展，但時至今日，對于摩擦的起因和機理還沒有一個公認的統(tǒng)一理論。
早期研究摩擦的學者，如阿蒙頓等人認為，摩擦是由對偶表面的機械互鎖作用引起的，當兩接觸表面相對運動時，由于表面上的微峰相互嵌入而產(chǎn)生阻礙相對運動的摩擦力。這一學說能解釋摩擦副對偶表面愈粗糙，其摩擦因數(shù)就越大這一現(xiàn)象，但對于經(jīng)過超精加工的摩擦副對偶表面因表面粗糙度值小，其摩擦因數(shù)反而較大及潤滑劑的減摩作用等現(xiàn)象就難以解釋。1734年，英國物理學家德薩古利埃逆當時占統(tǒng)治地位的機械互鎖學說提出了截然不同的分子學說，他認為摩擦力是由于兩接觸表面的分子（原子）力作用而引起的。這一學說能解釋機械互鎖學說不能解釋的現(xiàn)象，但對于摩擦副對偶表面愈粗糙其摩擦因數(shù)就愈大則解釋不通。
如上所述，摩擦理論無論是機械互鎖學說還是分子學說，都是很不完善的。直到20世紀30年代末期，人們才從機械一分子聯(lián)合作用的觀點出發(fā)，較完整地發(fā)展了固體摩擦理論。在英國和前蘇聯(lián)相繼建立了兩個學派，前者以粘著理論為中心，后者以摩擦二項式為特征，奠定了現(xiàn)代固體摩擦理論基礎(chǔ)。
影響摩擦因數(shù)的因素
1、表層性質(zhì)
由于污染、化學熱處理、電鍍和潤滑劑的作用等，在金屬表面形成一層極薄的表面膜（如氧化膜、硫化膜、磷化膜、氯化膜、錮膜、鎘膜、鋁膜等），使表層具有與基體不同的性質(zhì)。若表面膜在一定厚度內(nèi)，實際接觸面積仍取決于基體材料而不是表面膜，同時可使表面膜的抗剪強度低于基體材料的抗剪強度；另一方面因表面膜的存在而不易發(fā)生粘著，因此摩擦力和摩擦因數(shù)可隨之降低。 表面膜厚度對摩擦因數(shù)也有很大影響。若表面膜太薄，膜易被壓破而出現(xiàn)基體材料的直接接觸；若表面膜太厚，一方面因膜較軟而使實際接觸面積增大，另一方面兩對偶表面上的微峰在表面膜上的犁溝效應(yīng)也較為突出。可見，表面膜有一個值得尋求的最佳厚度。
2、材料性質(zhì)
金屬摩擦副的摩擦因數(shù)隨配對材料的性質(zhì)不同而異。一般說來，相同金屬或互溶性較大的金屬摩擦副，容易發(fā)生粘著，其摩擦因數(shù)較大；反之，摩擦因數(shù)較小。不同結(jié)構(gòu)的材料具有不同的摩擦特性。如石墨因具有穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu)且層間的結(jié)合力小，容易滑動，故摩擦因數(shù)較??；又如金剛石配對的摩擦副因硬度高、實際接觸面積小而不易發(fā)生粘著，其摩擦因數(shù)也較小。
3、溫度
周圍介質(zhì)溫度對摩擦因數(shù)的影響，主要是由于表層材料性質(zhì)發(fā)生變化而引起的，鮑登等人的試驗表明，許多金屬（如鉬、鎢、欽等）及其化合物的摩擦因數(shù)，在周圍介質(zhì)溫度為700～800℃時出現(xiàn)最小值。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因最初溫升使抗剪強度下降，進一步溫升又使屈服點急劇下降而引起實際接觸面積增大許多的緣故。但高聚物摩擦副或壓力加工時，摩擦因數(shù)隨著溫度的改變將出現(xiàn)極大值。
由上述可見，溫度對摩擦因數(shù)的影響是多變的，因具體工況條件、材料特性、氧化膜變化等因素的影響而使溫度與摩擦因數(shù)的關(guān)系變得十分復雜。
4、相對運動速度
一般情況下，滑動速度會引起表層發(fā)熱和溫升，從而改變表層的性質(zhì)，因此摩擦因數(shù)必將隨之變化。
對于一般彈塑性接觸狀態(tài)的摩擦副，摩擦因數(shù)隨滑動速度的增加而越過一極大值，當載荷極小時，曲線只有上升部分；而載荷極大時曲線只有下降部分。
當摩擦副對偶表面的相對滑動速度超過50m/s時，接觸表面產(chǎn)生大量的摩擦熱。因接觸點的持續(xù)接觸時間短，瞬間產(chǎn)生的大量摩擦熱來不及向基體內(nèi)部擴散，因此摩擦熱集中在表層，使表層溫度較高而出現(xiàn)熔化層，熔化了的金屬液起著潤滑作用，使摩擦因數(shù)隨速度增加而降低，如銅在滑動速度為135m/s時，其摩擦因數(shù)為0、055；而在350m/s時，則降為0、035。但有些材料（如石墨）的摩擦因數(shù)幾乎不受滑動速度的影響，其原因是這類材料的力學性能可在很寬的溫度范圍內(nèi)保持不變。
對于邊界摩擦，在速度低于0、0035m/s,即由靜摩擦向動摩擦過渡的低速度范圍內(nèi)，隨著速度的加快，吸附膜的摩擦因數(shù)逐漸減小而趨于定值，反應(yīng)膜的摩擦因數(shù)也逐漸增大而趨于定值。
一般情況下，金屬摩擦副的摩擦因數(shù)隨載荷增大而降低，然后趨于穩(wěn)定，這種現(xiàn)象可用粘著理論加以解釋。當載荷很小時，兩對偶表面處于彈性接觸狀態(tài)，這時實際接觸面積與載荷的2/3次方成正比，而按粘著理論，摩擦力與實際接觸面積成正比，因此摩擦因數(shù)與載荷的1/3次方成反比；當載荷較大時，兩對偶表面處于彈塑性接觸狀態(tài)，實際接觸面積與載荷的2/3～1次方成正比，因此摩擦因數(shù)隨載荷增大而較慢降低并趨于穩(wěn)定；當載荷大到兩對偶表面處于塑性接觸狀態(tài)時，摩擦因數(shù)與載荷基本無關(guān)。
靜摩擦因數(shù)的大小還與兩對偶表面在載荷作用下靜止接觸延續(xù)的時間有關(guān)。一般情況下，靜止接觸延續(xù)時間愈長，靜摩擦因數(shù)愈大。這是由于載荷的作用，使接觸處發(fā)生塑性變形，隨著靜止接觸時間的延長，實際接觸面積會有所增大，微峰相互嵌入也．更深入而引起。
6、TPM設(shè)備管理咨詢公司對于表面粗糙度理解
在塑性接觸情況下，由于表面粗糙度對實際接觸面積的影響很小，因而可認為摩擦因數(shù)幾乎不受表面粗糙度的影響。對于彈性或彈塑性接觸的干摩擦副，當表面粗糙度值很小時，機械作用也就較小，而分子力作用較大；反之亦然。可見，摩擦因數(shù)隨表面粗糙度的變化會有一個極小值。
摩擦理論中以上各種因素對摩擦因數(shù)的影響都不是孤立的，而是相互聯(lián)系相互影響的，在分析時應(yīng)注意這點。
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