摩擦的机理摩擦机理的本质是能量损耗的机理,因而问题归结为接触面怎样造成能量的损耗
物体表面虽然经过加工,但还是凹凸不平的,即使进行过精加工(如研磨),表面凹凸相关仍有 10-4 mm 的数量级
表面上独立的凸出单体,即使固体表面很干净,事实上也是由各种物质的薄膜覆盖着的(最外面是普通脏污的膜,里面是吸附分子膜,再里面是金属氧化膜,最里面是加工变质膜)
图中普通脏污物质包括手指的油污或灰尘等,吸附分子膜中来自大气中的吸附层;金属氧化膜是金属表面与空气中的氧化合而形成的;加工变质层是指因车削或研磨而使金属的晶粒变得细微,通常成为比基体更硬的薄层
再来看一下材料的性能
在材料实验机上对金属杆做拉伸试验,可看出开始施加外力时,杆件发生拉伸变形
随着外力的增大,形变也增大,只要为超过材料的弹性限度,去掉外力后杆件仍能恢复原来的形状
超过弹性限度,杆件就发生塑性形变,出现流动现象,这时即使取掉外力,杆件也不能恢复原状,产生流动的最小拉力,叫屈服极限,这是一般材料的强度条件
现在在上述概念的基础上探究干摩擦的机理
以金属对金属无润滑表面间的相对滑动为例
由于表面的凹凸不平,两个面接触时,就像把两大山脉倒扣在一起一样,实际的接触为点接触,这也是一般情况下摩擦力与表观接触面积无关的原因,当加载荷时,两面之间产生正压力,由于实际接触面积极小,接触点处的压强大大超过材料的屈服极限,因而在接触点处了生塑性流动,使实际接触面积迅速增大,直到能够支承所加载荷为止
在这些微凸体接触处发生塑性流动,实际上使两面在这些局部区域发生了焊合
当施加一切向力时,只有这些焊合点被剪切断裂,表面间才会发生相对滑动,所以这时的摩擦力是界面处的剪切力,它等于焊合点处的平均剪切强度与实际接触面积的乘积
这个摩擦力是界面处产生摩擦力的黏附分量
值得注意的是,由于焊合点处的剪切强度有时大于两种金属中较软金属的剪切强度,所以剪切