摩擦学的基本原理及其应用

摩擦学原理知识点总结

摩擦学是研究物体之间相对运动时所产生的摩擦现象和规律的科学。摩擦学原理包括摩擦的定义、摩擦力的产生原因，摩擦力的类型、摩擦力的计算方法等内容。通过了解摩擦学原理，可以更好地理解摩擦力的作用和影响，从而在工程、物理学和机械设计等领域得到应用。

一、摩擦的定义

摩擦，是指两个物体相对运动时，在它们接触表面上由于微观不平整而发生的阻力，这种阻力叫做摩擦力。摩擦力是一种非常微小的力，通常在我们的日常生活中会忽略它的存在。摩擦力的大小取决于物体表面的光滑程度、压力大小以及接触面积等因素。

二、摩擦力的产生原因

摩擦力的产生是由于物体表面的不规则微观结构，当两个物体表面接触时，这些微不足道的不规则结构会相互干涩地牵引、压迫、撞击对方而产生的一种相对运动阻力。

三、摩擦力的类型

1、静摩擦力

当两个物体相对运动时，接触面会产生一个阻碍相对滑动的摩擦力，这就是静摩擦力。静摩擦力的大小与物体之间的正压力成正比，即F_s = μ_sN，其中F_s为静摩擦力大小，μ_s为静摩擦系数，N为正压力的大小。静摩擦力通常比动摩擦力大，当施加在物体上的力小于静摩擦力时，物体不会发生相对滑动。一旦施加的力达到或超过了静摩擦力，物体就会开始发生相对滑动。

2、动摩擦力

当物体产生相对滑动时，接触面会产生一个与相对滑动方向相反的摩擦力，即动摩擦力。动摩擦力的大小与静摩擦力相关，通常小于静摩擦力，通常F_k = μ_kN。其中F_k为动摩擦力大小，μ_k为动摩擦系数，N为正压力的大小。动摩擦力通常比静摩擦力小，所以一旦物体开始运动，需要施加的力就变小了。

四、摩擦力的计算方法

1、静摩擦力的计算

静摩擦力的大小与物体间的正压力成正比，即F_s = μ_sN。其中F_s为静摩擦力大小，μ_s为静摩擦系数，N为正压力的大小。静摩擦系数是一个无量纲的常数，它取决于物体表面的光滑程度。静摩擦系数的大小可以通过实验测定或者查找资料获得。

哈尔滨理工大学

研究生考试试卷

考试科目：摩擦学原理与润滑技术

阅 卷 人：

专 业：机械制造及其自动化

姓 名： 汪晶

学 号：

1320100019

2014年07月1日

《摩擦学原理与润滑技术》试题

2013级硕士研究生

1. 简述摩擦种类及机理（15分）

2. 简述磨损种类及机理（15分）

3. 简述流体动压润滑原理及相应的方程推导（简单推导Reynoids方程、流量方程、摩擦力方程）（30分）

4. 举例说明静压润滑承载机理（30分）

1）以面支承为例（支承形式可以从矩形腔、圆形腔、扇形腔中任选），阐述恒流供油系统的工作原理（15分）

2）以四油腔支承径向轴承、薄膜反馈节流器为例，阐述恒压供油系统的工作原理（15分）

5. 简述弹流润滑机理（10分）

1. 答：摩擦的分类:

按摩擦副的运动状态：动摩擦，静摩擦

按摩擦副的运动形式：滚动摩擦，滑动摩

按摩擦副的润滑状态：干摩擦，流体摩擦，边界摩擦，混合摩擦

摩擦产生机理：

1）机械啮合理论：摩擦力源于接触面的粗糙程度。相互接触的两

物体粗糙的峰相互啮合、碰撞以及产生的塑性或弹性变形，特别

是硬的粗糙峰嵌入软表面后在滑动过程中产生的形变会引起较大

的摩擦力。

2）分子作用理论：这种理论认为由于分子的活动性和分子作用力

使固体粘附在一起而产生滑动阻力。被称为粘着效应。

3）粘着理论：人们从机械——分子联合作用的观点出发建立了粘

着理论。

2. 答：磨损种类：点蚀磨损、胶合磨损、擦伤磨损、粘着磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损、腐蚀磨损、磨料磨损。

磨损产生机理：

1） 磨粒磨损机理：微观切削、挤压剥落、疲劳破坏

2） 粘着磨损机理：通常摩擦表面的实际接触面积只有表观面积的 0.1~0.01%。对于重载高速摩擦副，接触峰点的表面压力有时可达 5000MPa，并产生1000度以上的瞬现温度。而由于摩擦副体积远大于接触峰点，一旦脱离接触，峰点温度便迅速下降，一般局部高温持续时间只有几个毫秒。摩擦表面处于这种状态下，润滑油膜、吸附膜或其他表面膜将发生破裂，使接触峰点产生粘着，随后在滑动中粘着结点破坏。这种粘着、破坏、再粘着的交替过程就构成粘着磨损。

生活中的物理之摩擦

一、摩擦学发展史

其实我们早在史前运用了摩擦。摩擦起火，可以说是人类对摩擦的最早认识

和运；再者，在公元前2000年左右我国劳动人民就已使用古车、滑车等，据说车轮是人类历史上的最大发明之一，对于这些事物的使用，大大减少克服摩擦所

做的功。在摩擦学史上，对其作出巨大贡献的有里奥纳德.达.芬奇、伽利略、牛

顿、阿蒙顿和库仑等。里奥纳德.达.芬奇第一个对摩擦提出了科学的论断，他认

为摩擦力与载荷成正比，而与名义接触面积无关，摩擦力的大小为其重量的四分

之一，即摩擦系数为0.25；在对动力学和摩擦现象的研究方面，伽利略发现了“惯性原理”—如果运动着的物体未被扰动，则他将继续沿一直线做等速运动；牛顿

提出了著名的经典力学基础定律；后来阿蒙顿和库仑用实验来验证了摩擦力与法

向载荷成正比，他们先后分别提出了摩擦第一、二定律和摩擦第三定律。

二、摩擦的原理

自科学家对摩擦的研究以来已历时五百多年，目前摩擦学已有了很大的进

展，出现各种理论来阐述摩擦本质，但至今仍无统一理论，下面简要介绍摩擦研

究中的几种主要理论。

1机械理论

十八世纪以前，研究摩擦的许多学者把摩擦的起因说成是由于表面的凹凸不

平，即当两个固体表面发生接触时，由于表面凹凸不平处的互相齿合，而产生阻

碍两固体运动的阻力，称为“机械理论”。巴拉认为摩擦是沿粗糙面上升的结果，

而摩擦系数为粗糙斜角的正切，表面越粗糙摩擦系数越大。实践表明，机械理论

只适用于粗糙表面。

2分子理论

产生摩擦力的主要原因在于两物体摩擦表面间所持有的分子力即为分子理

论，运用分子间存在吸力和斥力是分子间距离的函数，当一个物体沿另一个物体

滑动时，由于表面存在粗糙度，某些接触点的分子间的距离很小，它们之间产生分子斥力，而另一些接触点的分子间的距离较大，它们之间产生分子吸力。由此

推导出摩擦系数与接触面积成正比，与载荷立方根成反比。

3粘着理论

当两表面相接触时，在载荷作用下，某些接触点的单位压力很大，这些点将牢固地粘着，使两表面形成一体，当一表面相对另一表面滑动时，粘着点则被剪

机械工程中摩擦学的基本原理

机械工程中，摩擦学是一个非常重要的学科。它探讨的是机械运动时所涉及的摩擦现象，如何减小摩擦力，提高机械效率，以及如何更好地利用摩擦力。摩擦学在很多领域都有应用，如机械、制造业、航空航天、汽车工业、民用和工业领域等等。

摩擦学的基本原理是：摩擦力是由于相互接触的两个物体之间的不规则表面之间的相互作用而产生的。毫无疑问，摩擦力是运动中出现的现象，因此有意义的研究应关心动力学因素。

学习摩擦学时，需要了解三个基本概念：摩擦力，摩擦系数和极限摩擦力。

首先是摩擦力。摩擦力是因两个表面之间的粗糙度而产生的力。这个力是沿着两个表面的接触方向作用的，也就是垂直于物体表面。摩擦力可以使物体停止或减速，并且可以使物体移动或加速。

其次是摩擦系数。摩擦系数是衡量物体之间摩擦力大小的数量。它是矛盾但却很必要的，因为摩擦力的大小并不取决于物体的质量或接触面积。摩擦系数表示的是指定表面接触所产生的摩擦力与被卡住的表面的垂直力的比率。不同的物体有不同的摩擦系数，而且它们通常在实验室中进行测试。

最后是极限摩擦力。极限摩擦力是指阻止物体在受力的情况下开始移动的最大摩擦力。通常情况下，如果施加的力小于极限摩擦力，则物体不会移动。一旦施加的力超过极限摩擦力，则摩擦力阻力就会被克服，物体开始运动。

摩擦学中的理论和实际应用

减小摩擦力是一种重要任务，因为它可以降低能源消耗并延长机器的使用寿命。科学研究人员致力于寻找减小摩擦力的方法，以实现这些目标。他们研究摩擦学原理，并关注可衡量摩擦作用的因素，如摩擦系数、磨损、腐蚀、干涉等。

在工业和制造业上，摩擦学在设计和制造机器时有着重要的应用。例如，当制造机器部件时，需要在摩擦系数、表面光洁度和磨损方面进行考虑。这就需要科学研究人员进一步研究材料的特性和设计材料的方式，以便有效减少摩擦。

在航空航天领域中，摩擦学的研究目标是降低动力系统的磨损，并防止零件与附近表面之间的干涉。这个过程中需要分析航空器产生的热量，并评估其对摩擦现象的影响。这涉及到针对材料的研究和新型润滑剂的探索。