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第2章
固体材料的摩擦理论

我们的祖先从远古时代就开始利用摩擦为自己的生活创造有利的条件,例如,“钻木取火”“摩擦生热”等。《诗经·邶风·泉水》中有“载脂载辖,还车言迈”的诗句,表明中国在春秋时期已使用动物脂肪来润滑车轴。应用矿物油作润滑剂的记载最早见于西晋张华所著《博物志》,书中提到酒泉延寿和高奴有石油,并且用于“膏车及水碓甚佳”。对摩擦研究较早的科学家列奥纳多·达·芬奇(1452—1519 年)是第一个对摩擦提出了科学论断的人,他认为摩擦力与载荷成正比而与名义接触面积无关,从而建立了摩擦的基本概念。现在对摩擦的研究已发展成为一门学科——摩擦学。摩擦学是研究物体做相对运动时,相互作用的表面间的摩擦、润滑和磨损,以及三者间相互关系的基础理论和实践(包括设计和计算、润滑材料和润滑方法、摩擦材料和表面状态以及摩擦故障诊断、监测和预报等),是一门边缘学科。

摩擦学研究的主要对象很广泛,在机械工程中主要包括动、静摩擦,如滑动轴承、齿轮传动、螺纹连接、电气触头和磁带录音头等;零件表面受工作介质摩擦或碰撞、冲击,如犁铧和水轮机转轮等;机械制造工艺的摩擦学问题,如金属成形加工、切削加工和超精加工等;弹性体摩擦,如汽车轮胎与路面的摩擦、弹性密封的动力渗漏等;特殊工况条件下的摩擦学问题,如宇宙探索中遇到的高真空、低温和离子辐射等,深海作业的高压、腐蚀、润滑剂稀释和防漏密封等。此外,还有生物中的摩擦学问题,如研究海豚皮肤结构以改进舰只设计,研究人体关节润滑机理以诊治风湿性关节炎,研究人造心脏瓣膜的耐磨寿命以谋求最佳的人工心脏设计方案等。地质学方面的摩擦学问题有地壳移动、火山爆发和地震,以及山、海、断层形成等。在音乐和体育以及人们日常生活中也存在大量的摩擦学问题。

两个相对运动的固体表面的摩擦只与接触表面的相互作用有关,而与固体内部的状态无关,这种摩擦称为外摩擦。而在流体中各部分之间相对移动引起的摩擦称为内摩擦。这两种摩擦的区别在于其内部的运动状况,内摩擦时流体相邻质点之间的运动速度是连续的,且具有一定的速度梯度,而外摩擦则发生速度的突变;内摩擦与相对滑动速度成正比,而外摩擦与滑动速度的关系取决于实际条件。这两种摩擦的共同点就是物体或物质试图将自身的运动传递给另一物体或物质,并使其运动速度趋于一致,且在传递过程中有能量的变化。 M31KwLTLn3BgMEnCY6jmdw3YH40rDXvjhGIqxLSHKTNP+dC+3vO+3+tKfre+2RMt

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