1.4 摩擦（课件）-《汽车机械基础》同步精品课堂（机工版·第2版）

同步精品课程——中职专业课 第一章 运动构件受力分析 1.4 摩擦 《汽车机械基础》（第2版） 机工版 1 知识目标 1.掌握滑动摩擦、滚动摩擦的概念、理解滑动摩擦定律 2.掌握摩擦角与自锁 教学目标 加工工表明 导入情景 在前几节分析物体受力时，都假定物体表面绝对光滑而忽略了物体间的摩擦。事实上，绝对光滑的表面并不存在，接触处都有摩擦。在许多实际问题中，摩擦还起着重要的作用。例如，在机械工程中，常利用摩擦来传动、调速、夹紧、制动等;另一方面，摩擦会造成机器磨损，降低机械效率，故需要减小摩擦。因此，本节将介绍一些有关摩擦的知识。 01 新知学习 1.4 摩擦 1.4.1 滑动摩擦与滚动摩擦 1、滑动摩擦 两个相互接触的物体，当有相对滑动或相对滑动趋势时，其接触表面之间产生的彼此阻碍滑动的力称为滑动摩擦力，简称摩擦力。如图1-38所示，在水平桌面上放一重力为G的物块，用细绳系住，通过滑轮，下面吊一托盘放置硅码，以调节作用于物块上的水平拉力FT。当拉力FT不够大时，物块仅有相对滑动趋势而不滑动，表明桌面对物块除有法向反力FN外，还存在一个与FT，方向相反的阻力Fr的作用。此时，所存在的摩擦力称为静滑动摩擦力，简称静摩擦力。根据平衡条件: 02 新知学习 适当增加砝码时，即增大水平拉力FT，物块仍可保持相刚静止而不滑动，表明力Ff,可随FT，的增大而增大，即摩擦力的大小不是固定的数值。那摩擦力也不能无限制地增大，当力FT,达到一定数值时，物块将开始滑动。物块将要滑动而尚未滑动的状态称为临界状态。临界状态时，静摩擦力达到最大值，称为最大静滑动陈擦力，简称最大静摩擦力，用Ffm表示。 02 新知学习 2.滑动摩擦定律 实验证明，最大静摩擦力的大小与两物体间的正压力(即法向反力)成正比，称为静滑动摩擦定律，简称静摩擦定律。即 Ffm=fsFN 式中,fs为比例常数，称为静摩擦因数，其大小与接触物体的材料及接触表面的状况(表面和精度、润滑、湿度、调度等)有关，而与接触面积的大小无关。 02 新知学习 在图1-38所示结构中，当FT超过最大静摩擦力Fm时，物体将开始的滑动，这时在接触面之间仍然存在阻碍滑动的摩擦力，称为动滑动摩擦力，简称动摩擦力，用F′表示。动摩擦力沿接触面与物体滑动的方向相反。实的证明，动摩擦力F′的大小与接触面正压力FN成正比。称为动摩擦定律，即 F′=fFN 式中，f 为动摩擦因数，与接触的两物体的材料及接触表面的状况有关。通常动摩擦因数小于静摩擦因数。 02 新知学习 综合以上分析可知，考虑摩擦问题时，应分清物体所处的状态，再根据平衡条件确定摩擦力。 (1)物体处于静止状态 静摩擦力Fr的大小在0-Ffm范围内变化 (2)物体处于临界状态 最大静摩擦力Ffm=fsFN (3)物体处于滑动状态 动摩擦力F ′ =f FN 3.滚动摩擦 当一个物体在另一个物体表面上滚动(或有滚动趋势)时，受到的接触面的阻碍作用称为滚动摩擦。滚动摩擦的产生是由于物体和平面接触处的形变引起的(图1-39)。物体受重力作用而压入支承面，同时本身也受压缩而变形，因而在向前滚动时，接触前方的支承面隆起，使支承面对物体的法向反力FN的作用点从最低点向前移，所以法向反力FN与重力G不在一条直线上，从而形成了一个阻碍滚动的力偶矩(称为滚动摩擦力矩)，这就是滚动摩擦。 02 新知学习 滚动摩擦的大小用力偶矩来量度，且与正压力成正比。一般来说，在其他条件相同的情况下，克服滚动摩擦力矩使物体运动需要的力比克服滑动摩擦力所需要的力小得多。因此，汽车轮胎充气不足时，行驶起来比较费力。 02 新知学习 1.4.2 摩擦角与自锁 1.摩擦角 如图1-40所示，在分析物块A的受力情况时，为计算方便，常用法向反力FN与摩擦力F的合力FR来代替它们的作用，称为全反力。可以看出，全反力与接触表面的法线间的夹角将随着摩擦力的增大而增大，当摩擦力达到最大值即最大静摩擦力时，这个夹角将达到最大值，此时的夹角称为摩擦角，用ψm表示。由图1-40可得tan ψm =Ffm FN /FN=fs 即摩擦角的正切值等于静摩擦因数。因此，摩擦角也是表示材料表面性质的一个物理量。 02 新知学习 2.自锁 图1-41a所示为螺旋千斤顶。在其举起重物后，要求丝杠及重物不会自行下降，而在任意位置都能保持平衡。下面分析满足此要求的条件。取丝杠(及重物)为研究对象，对其进行受力分析，画出受力图，如图1-41b所示。因为使丝杠及重物下滑的力为Gsinα ，而阻止其下滑的最大阻力为最大静摩擦力Ffm=fsGcosα ，因此当 Gsin α ≤ fsGcos α 02 新知学习 即沿运动方向的分力小于或等于最大静摩擦力时，丝杠(及重物)将不发生下滑。上式可进一步简化为tan α