第四章 摩擦（教学设计）- 《汽车机械基础》同步教学（高教版）

教 师 授 课 教 案 20 /20 学年 第 学期 课程 汽车机械基础 章节课题 第四章 摩擦 第1节 滑动摩擦 第2节 滚动摩擦 授课方法 讲 授 所需教具 多媒体课件 授课时间 月 日 节 月 日 节 月 日 节 月 日 节 授课班级 目的要求 1. 掌握滑动摩擦和滚动摩擦的概念。 2. 知道滑动摩擦和滚动摩擦的应用。 旧知复习 1.平面任意力系简化的方法。 2.平面任意力系的平衡条件。 重点难点 1.滑动摩擦和滚动摩擦的概念。 2.滑动摩擦和滚动摩擦的应用。 教学过程 复习 5分钟 第1节 滑动摩擦 第2节 20分钟 第3节 滚动摩擦 第4节 10分钟 课堂练习 5分钟 小结 5分钟 课后作业 教学后记 教学内容 旧知复习： 1.平面任意力系简化的方法。 2.平面任意力系的平衡条件。 讲授新课： 第四章 摩擦 第1节 滑动摩擦 当两个相互接触物体有相对滑动的或相对滑动的趋势时，接触表面之间会彼此阻碍滑动，这种现象称为滑动摩擦。 阻碍物体相对滑动的阻力称为滑动摩擦力，简称摩擦力。摩擦力的方向与滑动或滑动趋势的方向相反，如图4-1所示。 当法码的重力增大到一定值时，重物A要开始滑动但还末滑动的状态，称为临界状态。临界状态的静摩擦力达到最大值，称为最大静摩擦力，用Ffmax表示。其受力状态如图4-1b所示。 1. 静摩擦力 最大静摩擦力的方向与物体的相对滑动趋势相反，大小与接触面间的法向反力FN成正比，即 Ffmax = fs FN 式中 fs——静摩擦系数，静摩擦系数的值与两接触面的材料及表面状况有关。 2. 动摩擦力 当拉力F略大于最大静摩擦力Ffmax时，重物A就要开始滑动，此时沿接触面所产生的摩擦力Ff＇称为动摩擦力。动摩擦力的方向与物体的相对滑动方向相反，大小与法向反力FN成正比，即 Ff＇= f＇FN 式中 f＇—— 动摩擦系数。动摩擦系数的值与两接触面的材料、表面状况及相对滑动速度有关。 注意：动摩擦系数随相对滑动速度的增大而减小，其值一般略小于静摩擦系数，即f＇< fs，见表4-1。 3. 摩擦角与自锁 （1）摩擦角 当考虑摩擦的影响时，支承面对物体的约束反力由法向反力FN和摩擦力Ff组成，这两个力的合力FR称为全反力。全反力FR与接触表面的法向间的夹角为 ，夹角 随着摩擦力Ff的增大而增大。当静摩擦力Ffmax增大达到最大值时，夹角 也达到最大值 max，称为摩擦角。如图4-2所示。 tan max = Ffmax/ FN= fs FN/ FN= fs 即摩擦角的正切等于静摩擦系数。 结论：摩擦角也和静摩擦系数一样，是表示材料摩擦性质的物理量。 （2）自锁 当物体处于平衡时，静摩擦力不一定达到最大值，在零与最大值Ffmax之间变化，全反力FR与法向间的夹角 也在零与最大摩擦角 max之间变化。由于静摩擦力Ff不可能超出最大值Ffmax，所以全反力的作用线与支承面法线间的夹角也不可能超出摩擦角以外，即 0 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 max 结论：只要作用于物体上的全部主动力的合力FR＇的作用线在最大摩擦角 max以内，则无论这个力有多大，物体必定保持静止。这种现象称为自锁。 反之，只要 max EMBED Equation.3 ，物体必定不能保持静止不动，产生相对滑动。 应用：在公共汽车的地面上铺设橡胶板，以增加人与地面间的摩擦系数，防止公共汽车行驶中的颠簸发生滑倒事故。自动装卸卡车，只有车斗抬高的夹角大于货物与卡车箱底的摩擦角后，货物才能自动从箱底滑出。 第2节 滚动摩擦 在生产生活中，为了减轻劳动强度，常常用滚动来代替滑动。例如车轮上安装滚动轴承比用滑动轴承省力；搬运重物时，在重物底下垫上钢管，靠钢管的滚动带动重物要比不用钢管省力得多；穿上旱冰鞋在地面上滚动要比步行快得多。其原因都是滚动摩擦力比滑动摩擦力小。 如图4-3所示，地面上重力为G的圆柱滚子，受到水平拉力F的作用滚动，滚子半径为r，滚子与地面的接触处会产生一个摩擦力Ff阻止圆柱滚子向前滑动，拉力F与摩擦力Ff组成使圆柱滚子滚动的力偶。由于圆柱滚子与地面都不是刚体，受力后会产生变形，当圆柱滚子滚动时，法向反力FN的作用线会向前移动一段距离e。G与FN组成一个滚动摩擦力偶来阻止圆柱滚子向前滚动，滚动摩擦力偶矩mmax=emaxFN=KFN， K称为滚动摩擦系数，相当于滚动阻力偶的的最大力偶臂emax，单位为mm。常见的滚动摩擦系数见表4-2。 结论：材料的硬度大，受载后接触面的变形小，滚动摩擦系数K也会小，所以车轮的气足时省力省油。 课堂练习 小结： 1.滑动摩擦和滚动摩擦的概念。 2.滑动摩擦和滚动摩擦的应用。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$