這三天忽然對(duì)磨擦力感興趣了，經(jīng)多方查閱，有的太假象，如用彈簧拉力計(jì)先后帶動(dòng)物體做滑動(dòng)、滾動(dòng)以觀察拉力大小，有些講的看不懂如哪些質(zhì)心矩、形變支點(diǎn)等，總算找到下邊一篇文章，把滾動(dòng)磨擦講的很科學(xué)，轉(zhuǎn)發(fā)下來供你們參考。
滾動(dòng)磨擦的機(jī)理及定量預(yù)測(下?文??來?源?于）
滾動(dòng)磨擦是因?yàn)榻佑|表面間不同方式的能量耗散所形成的一種制約相對(duì)滾動(dòng)的現(xiàn)象，其特點(diǎn)是消耗動(dòng)能并將其轉(zhuǎn)化為熱能或其他不可恢復(fù)的能[1]。滾動(dòng)磨擦能降低阻力這一原理早在史前古希臘金字塔的壁畫上已有描述。
隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，滾動(dòng)磨擦的應(yīng)用也更為廣泛。諸如，工業(yè)設(shè)備的滾動(dòng)軸承中球與滾道間的磨擦、交通運(yùn)輸中各類車輪與軌道間的磨擦、傳動(dòng)系統(tǒng)中磨擦輪之間的磨擦、納米制造中納米顆粒與表界面之間的磨擦等。但是，滾動(dòng)磨擦過程非常復(fù)雜，近代磨擦學(xué)雖對(duì)滾動(dòng)磨擦的形成機(jī)理及其估算作了一些研究，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工程技術(shù)的須要，非常是對(duì)于不同滾動(dòng)方式(如自由滾動(dòng)、具有牽引力的滾動(dòng)和伴隨滑動(dòng)的滾動(dòng))、不同工況以及不同尺度的滾動(dòng)磨擦機(jī)理及預(yù)測方式還缺少統(tǒng)一認(rèn)識(shí)[2-4]。
目前關(guān)于滾動(dòng)磨擦的機(jī)理主要緣于以下實(shí)驗(yàn)。19世紀(jì)，基于[5]關(guān)于橡膠的實(shí)驗(yàn)研究，學(xué)界普遍覺得滾動(dòng)磨擦是由滾動(dòng)體與表面之間的界面滑移造成的。但1955年Tabor[6]通過實(shí)驗(yàn)否認(rèn):當(dāng)兩表面之一為橡膠時(shí)，滾動(dòng)磨擦的主要起因不是界面滑移，而是橡膠體內(nèi)的彈性滯后損失。此后，等[7]通過對(duì)硬鋼球在金屬平面上滾動(dòng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)覺，鋼球最先發(fā)生的塑性變型是導(dǎo)致滾動(dòng)磨擦的主要誘因。以后滾動(dòng)摩擦力的方向圖解，[8]對(duì)光滑橡膠與玻璃之間的滾動(dòng)實(shí)驗(yàn)發(fā)覺，滾動(dòng)磨擦為粘著滯后的結(jié)果，其中能量耗散來自于形成接觸和分離的不可逆過程。
通過上述實(shí)驗(yàn)研究，滾動(dòng)磨擦的機(jī)理可解釋為:當(dāng)物體在平面上做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如圖1所示，接觸區(qū)域前部的面積降低，后部的面積增大。在此過程中，可能存在界面微滑移、材料塑性變型、彈性滯后以及表面粘著的作用，造成接觸表面間形成能量耗散，由此導(dǎo)致滾動(dòng)磨擦，妨礙物體往前滾動(dòng)。
圖1滾動(dòng)磨擦示意圖
但是，目前對(duì)于不同的材料、接觸狀態(tài)和幾何形狀，還未給出系統(tǒng)剖析哪種誘因在滾動(dòng)磨擦中起主導(dǎo)作用的方式，并且已有些推論尚存在矛盾之處。諸如，等[7]強(qiáng)調(diào)，界面滑移可能對(duì)表面銹蝕起一些作用，但對(duì)滾動(dòng)磨擦的影響很小；潤滑劑可能會(huì)增加銹蝕率，但對(duì)滾動(dòng)磨擦幾乎不起作用。而在實(shí)驗(yàn)中發(fā)覺，僅加入一滴水潤滑劑都會(huì)立即增加滾動(dòng)磨擦。
關(guān)于滾動(dòng)磨擦的預(yù)測主要包括以下模型:①等[9]構(gòu)建的考慮微滑的滾動(dòng)磨擦模型，強(qiáng)調(diào)滾動(dòng)磨擦問題的解由材料常數(shù)和滑動(dòng)磨擦系數(shù)共同決定；②等[10]提出的考慮彈性滯后損失的滾動(dòng)磨擦模型，但前提是必須給定材料的粘性系數(shù);③等[7]給出的考慮塑性變型的滾動(dòng)磨擦近似估算模型，提出抵抗?jié)L動(dòng)的切向力在本質(zhì)上等于滾道的橫截面減去一個(gè)近似于材料的靜態(tài)屈服硬度或強(qiáng)度相等的壓力;④Krijt等[11]提出的考慮粘著效應(yīng)的滾動(dòng)磨擦模型，但須要提早預(yù)知裂縫閉合及伸開的能量釋放率。上述理論模型存在的主要問題是:難以評(píng)價(jià)何種誘因在滾動(dòng)磨擦中起主導(dǎo)作用;在估算公式中的許多參數(shù)，如滑動(dòng)磨擦系數(shù)、黏性系數(shù)和能量釋放率等尚缺少確切的數(shù)據(jù)，因而它們?cè)趹?yīng)用上還存在局限。
綜上所述，滾動(dòng)磨擦是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，即使已歷經(jīng)百年探求，但不同條件下影響滾動(dòng)磨擦的主導(dǎo)誘因仍不清楚滾動(dòng)摩擦力的方向圖解，且尚無普適的滾動(dòng)磨擦預(yù)測模型，須要人們繼續(xù)探求。
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撰稿人：王曉力
上海理工學(xué)院