應(yīng)用力學(xué)第四章 摩擦課件

應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦第四章摩擦學(xué)習(xí)概要：了解滑動(dòng)摩擦的有關(guān)概念和性質(zhì)掌握靜、動(dòng)、臨界（最大靜摩擦力）滑動(dòng)摩擦力的計(jì)算了解滾動(dòng)摩擦能解決考慮摩擦?xí)r的平衡問題掌握摩擦角的概念及自鎖條件應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦引子:生活中的摩擦問題工程上的摩擦問題:如:走路，機(jī)械中帶傳動(dòng),車輪與地面的作用,汽車摩擦制動(dòng)等.摩擦有利與弊.如何考慮???摩擦實(shí)例應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦摩擦實(shí)例應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦摩擦實(shí)例應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦腳扣應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦關(guān)于摩擦摩擦是機(jī)械傳動(dòng)中普遍存在的一種自然現(xiàn)象。無論是靜止或運(yùn)動(dòng)著的物體，它們之間都可能有摩擦力存在在分析剛體或物系的平衡問題時(shí)，在摩擦力比法向約束反力小得多時(shí)，摩擦力對(duì)所研究問題而言屬次要因素，可忽略不計(jì)。在許多情況下摩擦作為主要因素而不能忽略如：汽車的摩擦制動(dòng)、皮帶傳動(dòng)、機(jī)床夾具夾緊工件等等，均是利用摩擦力來工作的。摩擦也有不利的方面，它會(huì)引起發(fā)熱、摩損、降低精度和效率、縮短壽命等等。應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦摩擦與摩擦力

摩擦的物理本質(zhì)很復(fù)雜，與材料性質(zhì)、表面情況、相對(duì)運(yùn)動(dòng)性態(tài)以及環(huán)境等有關(guān)并形成了專門學(xué)科——摩擦學(xué)

抵抗嚙合部位相互犁削及粘接作用稱為摩擦。摩擦的分類：滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦

一、靜摩擦力推力二力平衡不動(dòng)？靜摩擦力1、定義：兩個(gè)相互接觸而保持相對(duì)靜止的物體,當(dāng)它們之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí),在它們的接觸面上會(huì)產(chǎn)生阻礙物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力.

靜摩擦力2、靜摩擦力產(chǎn)生的條件（1）、接觸面不光滑（即接觸面粗糙）（2）、兩物體相互接觸（3）、兩物體間有擠壓（4）、兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)滑動(dòng)摩擦力的定義當(dāng)兩個(gè)相互接觸的（不光滑）物體之間有相對(duì)滑動(dòng)或相對(duì)滑動(dòng)的趨勢(shì)，在它們的接觸表面之間（接觸面的公切線方向）就會(huì)產(chǎn)生一種阻礙物體滑動(dòng)的力。

滑動(dòng)摩擦力的分類應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦第一節(jié)摩擦力的性質(zhì)摩擦按物體間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分滑動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦動(dòng)滑動(dòng)摩擦靜滑動(dòng)摩擦摩擦力是如何產(chǎn)生的凹凸咬合分子吸附應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦

靜滑動(dòng)摩擦定律FPN摩擦力F:方向:恒與物體相對(duì)滑動(dòng)的趨勢(shì)方向相反

大小:一般狀態(tài)下由平衡方程確定,當(dāng)物體處于將動(dòng)未動(dòng)的臨界狀態(tài)時(shí),由靜滑動(dòng)摩擦定律計(jì)算.Fmax=NfN:法相反力。f:靜滑動(dòng)摩擦系數(shù),為常數(shù),由材料決定。一、滑動(dòng)摩擦力G思考：怎樣判斷相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向呢？判斷相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向啟動(dòng)時(shí)箱子受到的靜摩擦力的方向？剎車時(shí)箱子受到的靜摩擦力的方向？FF向前向后F靜F靜F靜

靜摩擦力練習(xí)：下列圖中的物體都處于靜止?fàn)顟B(tài)，有靜摩擦力的是(接觸面粗糙)()BAFCFDBCD

靜摩擦力靜摩擦力的方向F靜沿著接觸面，并且跟物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反；

靜摩擦力方向與接觸面間彈力方向垂直思考：靜摩擦力一定發(fā)生在靜止的物體之間嗎？人走路（演示）不一定，“靜”指物體間的相對(duì)靜止人走路時(shí)所受摩擦力的分析應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦庫輪實(shí)驗(yàn)應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦1．靜摩擦力Ff當(dāng)ＦP由零逐漸增加但不夠大時(shí)，物體與水平面之間產(chǎn)生了摩擦力物體不會(huì)向右滑動(dòng)即產(chǎn)生了：靜摩擦力——兩個(gè)物體之間有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)接觸面之間產(chǎn)生的摩擦力用Ｆf表示。由平衡條件得：F

N=GＦf=ＦP如果ＦP繼續(xù)增大，在某一范圍內(nèi)，物體仍保持靜止?fàn)顟B(tài)，但摩擦力Ｆf隨ＦP而增加。靜摩擦力的規(guī)律為：①靜摩擦力產(chǎn)生的條件是有切向力ＦP存在，物體間有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)但仍靜止；②靜摩擦力的大小可根據(jù)平衡條件確定，其方向與滑動(dòng)趨勢(shì)方向相反。應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦2、最大靜摩擦力ＦfＭax最大靜摩擦力——當(dāng)ＦP增大到某一界限ＦPK時(shí)，物體處于將要滑動(dòng)而尚未滑動(dòng)的臨界狀態(tài)。此時(shí)，靜摩擦力達(dá)到最大值即最大靜摩擦力，用ＦＭax表示。實(shí)驗(yàn)表明:ＦＭax與ＦN成正比，方向仍與相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)相反，可表示為：ＦＭax=ｆsＦN

ｆs稱為靜摩擦因數(shù)，是大小與兩接觸物體的材料性質(zhì)及表面狀況有關(guān)的比例系數(shù)。靜摩擦力的范圍是：0≤Ｆ≤ＦＭax兩物體間的靜摩擦力F靜在0與最大靜摩擦力Fmax之間，即0<F靜≤Fmax

靜摩擦力靜摩擦力取值范圍：說明：(1)靜摩擦力的大小與正壓力無關(guān)。(2)靜摩擦力可以是阻力,也可以是動(dòng)力.F例題：如圖所示，重力為G的物塊相對(duì)于墻面處于靜止?fàn)顟B(tài)，試求壓力是F和2F時(shí)物塊受到的摩擦力。靜摩擦力大小跟物體接觸面間的壓力大小無關(guān)思考：1.靜摩擦力的大小與物體間的壓力有關(guān)系嗎？2.那最大靜摩擦力呢？最大靜摩擦力跟物體間的壓力有關(guān),隨著壓力的增大而增大最大靜摩擦力（1）與接觸面的性質(zhì)有關(guān)

（2）與壓力有關(guān)

（3）同一對(duì)接觸面，在壓力相同的條件下，最大靜摩擦力略大于滑動(dòng)摩擦力靜摩擦因數(shù)，略大于滑動(dòng)摩擦因數(shù)注意：若物體需要的摩擦力大于最大靜摩擦力，則物體會(huì)相對(duì)滑動(dòng)起來

思考水平地面上,一個(gè)重為G=100N的木箱A受到水平推力F的作用.已知木箱與地面間最大靜摩擦力為20N。試求當(dāng)F=15N時(shí),此時(shí)木箱受摩擦力Ff=________.當(dāng)F=25N時(shí),此時(shí)木箱受摩擦力Ff=________.15N小結(jié)

摩擦力的性質(zhì)應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦3、滑動(dòng)摩擦力當(dāng)拉力ＦP稍大于ＦPK后，物體開始滑動(dòng)動(dòng)摩擦力——兩相對(duì)滑動(dòng)的物體接觸面間產(chǎn)生阻礙物體滑動(dòng)的力，用Ｆf′表示。實(shí)驗(yàn)表明，動(dòng)摩擦力大小與兩接觸面間的正壓力ＦN成正比，表示為：Ｆf′=ＦNf

ｆ稱為動(dòng)摩擦因數(shù)，是與兩接觸物體材料性質(zhì)、表面狀況以及相對(duì)滑動(dòng)速度有關(guān)的比例系數(shù)。一般同一種材料的：ｆ＜ｆs

滑動(dòng)摩擦力在我國東北寒冷的冬季，雪橇是常見的運(yùn)輸工具。

滑動(dòng)摩擦力1、定義：兩個(gè)互相接觸擠壓且發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體,在它們的接觸面上會(huì)產(chǎn)生阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力.2、滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的條件：（1）、接觸面不光滑（即接觸面粗糙）（2）、兩物體相互接觸（3）、兩物體間有擠壓（即有彈性形變）（4）、兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)滑動(dòng)摩擦力的方向：與相對(duì)（施力物）運(yùn)動(dòng)方向相反滑動(dòng)摩擦力的方向※v沿接觸面與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，與物體是否受其他力作用無關(guān)vf滑動(dòng)摩擦力的方向：F

滑動(dòng)摩擦力說明：1、運(yùn)動(dòng)的物體可以受到滑動(dòng)摩擦力，靜止的物體也可以受到滑動(dòng)摩擦力。

B靜止AA受到B對(duì)它的滑動(dòng)摩擦力：B受到A對(duì)它的滑動(dòng)摩擦力。2.“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”指的是研究對(duì)象相對(duì)與其接觸的物體而言.3、滑動(dòng)摩擦力與μ、FN有關(guān)，而與其他外力無關(guān)4、滑動(dòng)摩擦力可是阻力，也可是動(dòng)力（傳送帶演示）。例如：思考滑動(dòng)摩擦力的方向一定跟運(yùn)動(dòng)方向相反嗎？滑動(dòng)摩擦力的大小與重力成正比嗎？摩擦力一定是阻力嗎？運(yùn)動(dòng)的物體受到的摩擦力一定是滑動(dòng)嗎？靜止的物體受到的摩擦力一定是靜摩擦力嗎？滑動(dòng)摩擦力的大小與正壓力成正比不一定不一定滑動(dòng)摩擦力可以是阻力，也可以是動(dòng)力。但它產(chǎn)生的效果一定是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)摩擦力的方向一定與運(yùn)動(dòng)方向相反嗎？討論1：運(yùn)動(dòng)的物體只能受滑動(dòng)摩擦力，靜止的物體只能受靜摩擦力嗎？作用對(duì)象：運(yùn)動(dòng)的物體也可以受靜摩擦力，靜止的物體也可以受滑動(dòng)摩擦力。討論2:例、用手握住一個(gè)瓶子，恰好處于靜止（豎直方向）。下列說法正確的是A.若增加瓶子質(zhì)量,手需要握的越緊B.手握的越緊,瓶子受到的摩擦力越大C.不管手握得多緊,瓶子受到的摩擦力總是一定的.D.以上說法都不正確AC已知圖中物體都處于靜止?fàn)顟B(tài)，試對(duì)物體進(jìn)行受力分析，畫出力的示意圖。GF靜FNGFNFF靜GFNGF靜FFN摩擦力靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力方向:與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反產(chǎn)生條件大小：0＜F≤Fmax產(chǎn)生條件方向：與相對(duì)運(yùn)方向相反大?。夯瑒?dòng)摩擦力小結(jié)F＝μFN4、滾動(dòng)摩擦實(shí)例應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦4、滾動(dòng)摩擦簡(jiǎn)介滾動(dòng)摩擦——一物體沿另一物體的表面作相對(duì)滾動(dòng)或有相對(duì)滾動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，接觸表面產(chǎn)生的摩擦。滾動(dòng)比滑動(dòng)阻力小。滾動(dòng)摩擦的規(guī)律在車輪上輪心處加一水平力Ｆp時(shí)，支承面產(chǎn)生一摩擦阻力Ｆf，阻止車輪的滑動(dòng)。由于ＦP和Ｆf構(gòu)成一對(duì)力偶，使車輪向前滾動(dòng)?？梢?，摩擦阻力Ｆf除阻止車輪滑動(dòng)外，還有促使車輪滾動(dòng)的作用。

GOBFNFP應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦GOFPFfFNGOBFNFPFfFfGOBFNFPGOBFNGOBFNFPmFf滾動(dòng)摩擦的規(guī)律應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦滾動(dòng)摩擦的規(guī)律

將ＦN平移到B點(diǎn)，產(chǎn)生的附加力偶為滾動(dòng)摩擦力偶矩：T=ＦNδ當(dāng)車輪平衡時(shí)，有：∑T=0T=ＦNδ=ＦPrT隨Ｆp大小而變化，當(dāng)Ｆp增大到使車輪處于將滾面未滾的臨界狀態(tài)時(shí)，T也達(dá)到了最大值：Tmax=δＦN滾動(dòng)摩擦定律δ稱為滾動(dòng)摩擦系數(shù)，與材料、接觸面得狀況有關(guān)。車輪滾動(dòng)須克服摩擦阻力偶Tmax即Ｆpr＞δmＦN，作用于車輪上的水平力應(yīng)滿足以下條件：Ｆp＞應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦RM滾動(dòng)摩擦GFANPAP-F=0N-G=0-PR=0GPGPNMF應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦GPFNδMmax=Nδδ

稱為滾動(dòng)摩阻系數(shù),它具有長度的量綱,也是一常數(shù),與材料有關(guān).Mmax稱為滾動(dòng)摩擦阻力偶矩,簡(jiǎn)稱滾阻力偶當(dāng)主動(dòng)力P不足夠大時(shí),圓輪仍處于靜止,當(dāng)P逐漸增達(dá)到一定值時(shí),輪子將處于將動(dòng)未動(dòng)的臨界狀態(tài),此時(shí),

力偶矩達(dá)到最大值Mmax且有:由于滾動(dòng)摩阻系數(shù)δ很小,因此,滾動(dòng)摩阻通常忽略不計(jì).應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦第二節(jié)考慮摩擦的平衡問題

考慮摩擦與不考慮摩擦?xí)r構(gòu)件的平衡問題，求解方法基本相同。不同的是在畫受力圖時(shí)要畫出摩擦力Ff，并需要注意摩擦力的方向與滑動(dòng)趨勢(shì)方向相反，不能隨意假定。由于Ff值是一個(gè)范圍（平衡范圍），確定這個(gè)范圍可采取兩種方式：一種是分析平衡時(shí)的臨界情況，假定摩擦力取最大值，以Ff=Ffmax=fFN作為補(bǔ)充條件，求解平衡范圍的極值。另一種是直接用，以不等式進(jìn)行運(yùn)算。

應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦考慮摩擦?xí)r的平衡問題考慮摩擦?xí)r物體的平衡問題一般分為以下幾類：①已知作用在物體上的主動(dòng)力，要求判斷物體是否平衡并計(jì)算摩擦力；②已知物體處于臨界平衡狀態(tài)，要求計(jì)算主動(dòng)力大小或確定平衡時(shí)的位置（如角度等）；③求物體的平衡范圍。應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦例1-18

解：取制動(dòng)輪為研究對(duì)象，畫出受力圖。當(dāng)制動(dòng)輪處于臨界平衡狀態(tài)時(shí)，有：Ｆf=ＦfＭax=ＦNfs，且左右兩摩擦力互成力偶，方向與主動(dòng)力偶Ｍ方向相反，即得平衡方程：∑ＭO=0：ＦfＭax2r=Ｍ2ＦNfsr=Ｍ

算得：ＦN=8000NFNFNFOYFOXFNFNFfmaxFfmaxMM增大有益摩擦力實(shí)例1應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦摩擦角

FpGFNFfFRFN—

正壓力Ff—

靜摩擦力FR—

全約束反力

（全反力）

—

全反力與接觸面

法線的夾角:全反力與法線間的最大夾角。

第三節(jié)摩擦角及自鎖的概念

摩擦角與摩擦靜摩擦系數(shù)之間的關(guān)系由上圖可得：

tg

=Fmax/FN=μFN/FN=μ即摩擦角的正切值等于靜摩擦系數(shù)。應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦下圖是測(cè)定摩擦系數(shù)的一種簡(jiǎn)單裝置

GFf物體受主動(dòng)力G的作用，不可能上滑，只能是靜止或下滑，所以，F(xiàn)f方向

如圖FN應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)第四章摩擦GFfFNxy物體可產(chǎn)生的最大靜摩擦力：ΣFx=0Ffmax-Gsinα=0①ΣFy=0FN-Gcosα=0②并且Ffmax=μFN③

由①得：Ffmax=Gsinα由