您现在的位置:新闻首页 >> 中国陶碳材料网 >> 碳陶学术论文 >> 第一节 摩擦基本理论

第一节 摩擦基本理论

浏览次数: 日期:2017-05-23

  第一节 摩擦基本理论

  摩擦和运动

  在自然界中,运动有各种各样的形式。但就机械运动来说,它们有一个共性,即在运动过程中都是一种物体与其它物体相接触,或者与其周围的液体或气体相接触。伴随这种接触,产生了摩擦,并导至运动物体的速度减慢或停止。根椐牛顿惯性定律,在质量不变的情况下,力是使物体运动速度增加或减少的唯一原因。这种阻止运动物体的运动,使其运动速度减慢和停止的力称作摩擦力(F),或称介质阻力。摩擦力的方向与运动切向力方向相反。通常把摩擦力与施加在摩擦物体上的垂直负荷,即正压力(N)之比值,称之为摩擦系数。

即:

             F  

        μ = ————   

             N   

           式中:μ 摩擦系数

              F 摩擦力

              N 负荷

  这就是阿蒙顿摩擦定律的数学表述式。

  摩擦力对运动物体作功的过程中,消耗掉运动物体的动能,在摩擦过程中,被消耗的动能转化成热能,以摩擦热的形式表现出来。摩擦热的一部份使摩擦物体温度升高,另一部份散发到空气中。椐有关资料介绍,石棉摩擦材料工作表面摩擦时的瞬时温度可达1000℃。此种温度升高会对摩擦物体接触表面的摩擦性能(摩擦系数、磨损)产生各种影响。

  摩擦基本理论

  摩擦和磨损是两个物体在压力作用下相互接触并在接触表面发生相对运动时所引起的现象。摩擦是这个现象本身的力学特性,而磨损则是与摩擦表面损坏有关的问题。此两个在接触表面相互摩擦的物体,称之为摩擦偶件或摩擦副。在摩擦材料行业中,摩擦片(刹车片或离合器片)与金属对偶部件(制动盘或制动鼓、离合器压盘)组成摩擦副。

  对于摩擦材料的摩擦表面在摩擦过程中的作用机理,目前被接受的干摩擦理论,有以下两种:“粘着理论”和“分子--机械理论”。这两种理论认为,物体表面加工得再精密、光洁度再好,其表面从微观上看,也总是凸凹不平的,如表1-1所示

    

        1-1 不同加工方法的钢表面的光洁度最大尺寸

 

 

加式方法类别

凸峰高度凹谷深度(微米)

车削

2.8

精磨

1.4

研磨

0.32

细磨

0.131

超细磨

0.025

 

  因此,两个相互摩擦的物体表面总是在某些点上发生接触。它们的真实接触面积(物体接触的实际微小面积的总和)要比名义接触面积(物体接触面积的外形尺寸)小得多。其比值因接触材料的机械性能、接触表面的光洁度、温度等情况的不同, 可在1/10000至1/10的范围内变化。由于真实接触面积(A)很小,故即使在负荷(N)很小时,真实接触面积上,也产生很大的单位压力。

  1,粘着理论认为,在很大的单位压力影响之下,一般物体即使硬和韧的金属表面也会发生塑性变型,此时在塑性接触点上的应力等于较软材料的压缩屈服强度极限或流动压力(Pm),而真实接触面积等于负荷与流动压力之比,即:           

            N

        A=  ————        

            PM

         式中:  A  为真实接触面积

  由上式可见,若负荷增加或较软材料的压缩屈服强度极限降低,都会使真实面积增大。

  当两物体表面摩擦时,接触点产生的瞬时温度可达1000℃以上,并可持续千分之几秒,高温会引起二物体发生“粘着”(或称为冷焊),两物体表面相对移动过程中,这些粘着点就被剪切断掉,二物体发生“滑溜”,摩擦就是这种“粘着与滑溜”交替进行的过程。(当摩擦速度变快时,这种跃动式过程变得不明显)。这种过程使两物体表面的相对移动受到了阻力,此阻力等于各粘着点被剪断时阻力的总和。它构成了摩擦力的主要原因,被称摩擦力的“剪切项”。这项摩擦力(F)等于剪切面积(A)与材料剪切强度(S)的乘积 ,即:

          F = A × S  

  粘着理论还认为,在两物体摩擦表面粗糙时,较硬材料会嵌入较软材料,并形成粘着。这样,在它们相对移动时,这些“粘着点”会被剪断,这是构成摩擦力的另一个原因,它被称为摩擦力的“粗糙度项”(刨削项)。当表面不太粗糙时,这项摩擦力可以不计。这时,摩擦系数(μ)可用下面数学式来表述

即:

            F    A S   S

        μ= —— = ——  = ——     

            N    A Pm   Pm   

 

  即摩擦系数(μ)等于材料剪切强度(S)与压缩屈服强度极限或流动压力(Pm)之比。

  可见材料的剪切强度增高或压缩屈服强度极限变小,均会导至材料摩擦系数的增大。

  在摩擦材料的配方设计中,经常可见采用高硬度的填料以及增加高硬度填料的用量来提高摩擦系数即源于此。高硬度填料粒子会增加二物体摩擦表面的“嵌入点”及嵌入深度,增大摩擦力粗糙度项的剪断力,高硬度的填料颗粒直径越大,用量越多,此项剪断力也越大,材料剪切强度(S)及摩擦系数(μ)均相应增高。

  另一种情况中,当摩擦材料中含有相当多的软质成份,构成软质摩擦材料,例如橡胶基摩擦材料(软质刹车片、刹车带等),或摩擦表面温度在一定范围内时(例如150-200℃范围)。材料的压缩屈服强度极限(Pm)降低,导至摩擦表面真实接触面积(A)的变大,摩擦系数(μ)也会因此而升高。

  2,分子---机械理论

  分子---机械理论认为,在很大单位压力的情况下,摩擦偶件表面的相互接触呈弹塑性混合状态,且表面许多接触点互相啮合,在相对移动过程中,相互啮合的部分被剪断,形成两表面相对运动的阻力。这些接触点和啮合点上产生的阻力总和,即表现为摩擦力。另外,在表面接触部位上,会产生分子引力(N0)。此分子引力的作用如同对接触表面施加负荷的作用。摩擦即是由此二项因素决定的过程;一方面是克服机械的相互啮合,另一方面是克服分子引力,故称为“分子---机械理论”。按此理论,摩擦系数(μ*)为摩擦力与垂直负荷和接触表面分子引力之和的比值。即:

            μ*=F/N+N0

  此式也可以写成F= μ*N+N0

  这就是通常所说的摩擦二项式定律。摩擦时,表面的相互啮合和分子引力的形成与破坏造成了摩擦表面的磨损。

  摩擦二项式定律与阿蒙顿摩擦定律的关系可用下式表达:

           μ=F/N=μ*1+N0/N)

  式中的μ*称为真实摩擦系数,它是一个恒量,而一般通过计算得到的摩擦系数“μ”不是一个恒量,它随负荷的增加而降低。

  在我们摩擦材料行业中,经常使用的摩擦系数,就是指经计算出来的摩擦系数它不是一个恒量而是通过仪器,在一定的条件下,进行测定并计算的。而且,由于工作环境的变化及其它条件的变化,摩擦系数也发生变化。同时这些环境,条件还受各种因素的影响而变化。所以,影响摩擦系数的因素就更为复杂, 一般认为影响摩擦系数的因素归纳起来,主要有以下六种:

  ⑴材料的本性(刚度和弹性及有关物理化学性质)及摩擦表面是不是形成摩擦膜。

  ⑵负荷及施加负荷的速度。

  ⑶摩擦表面相对移动的速度。

  ⑷摩擦副的温度状态。

  ⑸摩擦表面的质量、光洁度与接触特性。

  ⑹摩擦副周围的各种介质因素。

  在影响摩擦系数的同时,也必将影响着摩擦材料的磨损。因此,也可以认为上述影响摩擦系数的因素,也同时影响着摩擦材料的磨损。但除此之外,影响摩擦材料的磨损还有其它一些原因,主要是受材料的特性,如强度、硬度、速度、温度、表面膜、介质以及在摩擦过程中,有无化学反应等,都会灵敏的影响摩擦材料的磨损。

 

版权所有:九通新型摩擦材料(朝阳)股份有限公司
                                                       严禁转载

所属类别: 碳陶学术论文

该资讯的关键词为:中国碳陶材料网  碳陶摩擦材料 

九通股份            辽宁汽车刹车片          九通刹车片          辽宁碳陶摩擦材料          誉鼎刹车片

版权所有 ©  2017     九通新型摩擦材料(朝阳)股份有限公司 严禁转载    辽ICP备16006838号-1     中企动力   提供技术支持     【后台管理】  企业地图