2.4摩擦与自锁(课件）-高一《汽车机械基础》同步教学（北京理工大学出版社）

２.４　摩擦与自锁 ２.４.１　滑动摩擦 两个相互接触的物体。 当其接触面间有相对滑动或相对滑动的趋势时。 接触面间就会产生阻碍相对滑动的切向阻力。 这种现象称为滑动摩擦。 此切向阻力称为滑动摩擦力。 １.静滑动摩擦力 如图２-２６ (ａ) 所示。 物体Ａ 置于粗糙水平面上。 物体在重力ＦＧ 和法向反力ＦＮ 作用下处于平衡状态。 物体与水平面间无滑动趋势。 不产生摩擦。 这就是静滑动摩擦定律。 式中。 比例常数ｆ 称为静滑动摩擦因数。 其大与相互接触物体的材料性质和表面状况(如粗糙度、湿度、温度等) 有关。 是表示材料摩擦性质的物理量。 其值由实验得出。 表２-１ 列出了部分材料在常温条件下的ｆ 值。 下一页 返回 ２.４　摩擦与自锁 ２.动滑动摩擦力 当拉力ＦＴ 略大于Ｆｍａｘ时。 这时由接触面产生的静摩擦力已不能维持物体Ａ 水平方向的平衡。 物体将沿支承面向右滑动。 在滑动过程中。 摩擦力仍然继续起着阻碍运动的作用。这时的摩擦力与两物体的接触面积无关。 与两相互接触物体间的法向反力成正比。 即 ２.４.２　考虑摩擦时的平衡问题 摩擦力是约束面对被约束物体的切向反力。 属于约束反力的范畴。 求解有摩擦力约束的物体的平衡问题时。 其方法步骤与前面所述基本相同: 选取研究对象。 分析受力后画出分离体受力图。 选择合适的平衡方程式求解。 在分析物体受力时。 不仅要考虑法向反力。还必须考虑由于表面的不光滑所引起的切向摩擦力。 下一页 返回 上一页 ２.４　摩擦与自锁 ２.４.３　摩擦角和自锁现象 １.摩擦角 如图２-２７ 所示。 在分析物块Ａ 的受力情况时。 为了计算方便。 有时常以法向反力ＦＮ与静摩擦力Ｆ 的合力ＦＲ 来代替它们的作用。 ＦＲ 称为支撑面的全反力。 可以看出。 全反力ＦＲ 与接触表面的法线间的夹角φ 将随着摩擦力的增大而增大。 如图２-２７ (ａ) 所示。 当摩擦力达到最大值Ｆｍａｘ时。 φ 也达到最大值φｍａｘ。 如图２-２７ (ｂ) 所示。 即 下一页 返回 上一页 ２.４　摩擦与自锁 由于静摩擦力不可能超出最大值。 因此全反力ＦＲ 的作用线也不可能超出摩擦角以外。即全反力必在摩擦角之内。 因此。 摩擦角表示了全反力能够生成的范围。 如物体与支撑面的摩擦因数在各个方向均相同。 则这个范围在空间就形成一个锥体。 称为摩擦锥。 全反力的作用线不可能超出这个摩擦锥。 如图２-２８ 所示。 ２.自锁现象 如图２-２８ 所示。 若作用于物体上的全部主动力的合力ＦＱ 的作用线在摩擦锥范围以内。由二力平衡条件可知。 在约束面上必产生一个与其等值、反向、共线的全反力ＦＲ 构成平衡。 这时不论主动力ＦＱ 值增加到多大。 都不会使物体滑动。 这种现象称为自锁。 物体的自锁条件为α≤φｍａｘ。 工程实际中。 常用自锁原理设计一些机构或夹具。 如千斤顶、压榨机等。 它们始终保持在平衡状态下工作。 下一页 返回 上一页 ２.４　摩擦与自锁 若作用在物块上的全部主动力的合力ＦＱ 的作用线在摩擦锥以外。 则无论这个力怎样小。 物体一定会滑动。 因为在这种情况下。 支撑面的全反力ＦＲ 和ＦＱ 不能满足二力平衡条件。 应用这个道理。 可以设法避免自锁现象。 返回 上一页 图２-１　力的表示 返回 图２-２　二力平衡 返回 图２-３　二力平衡适用刚体 返回 图２-４　力的平行四边形 返回 图２-５　三力汇交 返回 图２-６　柔性体约束 返回 图２-７　光滑接触面约束 返回 图２-８　光滑圆柱铰链 返回 图２-９　光滑圆柱铰链约束 返回 图２-１０　固定端约束 返回 图２-１１　光滑面受力分析 返回 图２-１２　铰链受力分析 返回 图２-１３　扳手拧螺母 返回 图２-１４　力偶概念 返回 图２-１５　力偶的不同表示 返回 图２-１６　力偶的合成 返回 图２-１７　铰接四连杆机构及受力分析 返回 图２-１８　力的多边形法则 返回 图２-１９　平面汇交力系平衡的几何条件 返回 图２-２０　力的平移 返回 图２-２１　平面任意力系的简化 返回 图２-２２　梁受力及分析 返回 图２-２４　平面平行力系 返回 图２-２５　组合梁受力及分析 返回 图２-２６　静滑动摩擦 返回 表２-１　几种常见材料的静摩擦因数 返回 图２-２７　摩擦角 返回 图２-２８　摩擦锥 返回 谢谢观赏 $