中職教育-《汽車機械基礎(chǔ)》課件：項目三-任務(wù)四汽車運動構(gòu)件的摩擦分析(黃飛、紀(jì)蓮、張少波)

任務(wù)四汽車運動構(gòu)件的摩擦分析

大家都知道汽車中有一個重要部件——離合器，它用來切斷或傳遞發(fā)動機動力，保證起步的平穩(wěn)。其中，手動擋汽車中應(yīng)用最廣的是摩擦式離合器，如圖所示。顧名思義，摩擦式離合器是利用摩擦原理來工作的。那么你知道摩擦式離合器的工作過程嗎？汽車中還有哪些零部件應(yīng)用了摩擦原理？讓我們一起來學(xué)習(xí)摩擦的有關(guān)知識吧！

（a）外觀（b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)汽車摩擦式離合器任務(wù)描述任務(wù)目標(biāo)拆裝汽車摩擦式離合器，認(rèn)識其結(jié)構(gòu)組成，分析其工作原理，以了解摩擦的相關(guān)知識。了解滑動摩擦和滾動摩擦的基本概念。掌握滑動摩擦力和滾動摩擦力的影響因素。了解汽車摩擦式離合器的結(jié)構(gòu)組成和工作原理。會拆裝汽車摩擦式離合器。當(dāng)一個物體與另一物體沿接觸面的切線方向運動或有相對運動的趨勢時，在兩者接觸面間存在阻礙它們相對運動的力，這種力稱為摩擦力，這種現(xiàn)象稱為摩擦。前文中對物體進(jìn)行受力分析時，都假定物體表面是絕對光滑無摩擦的。在工程實際中，完全光滑的表面是不存在的，兩個構(gòu)件的接觸面之間一般都有摩擦力的存在，有時摩擦力還起著重要的作用。例如，汽車摩擦式離合器、V帶傳動等依靠摩擦來傳遞動力，車輪依靠摩擦來驅(qū)動車輛行駛，制動器依靠摩擦來制動，連接螺栓利用摩擦起緊固作用等。根據(jù)運動形式的不同，摩擦可分為滑動摩擦和滾動摩擦兩大類。一、滑動摩擦與滑動摩擦力1．滑動摩擦的概念若兩個相互接觸的物體之間存在相對滑動或相對滑動趨勢，則這種現(xiàn)象稱為滑動摩擦。存在滑動摩擦的物體相互接觸表面間產(chǎn)生的阻礙滑動的力，稱為滑動摩擦力。2．滑動摩擦的種類兩物體間存在相對滑動趨勢而未發(fā)生滑動的摩擦，簡稱靜摩擦，相應(yīng)的滑動摩擦力稱為靜滑動摩擦力，簡稱靜摩擦力。兩物體間已發(fā)生相對滑動的摩擦，簡稱動摩擦，相應(yīng)的滑動摩擦力稱為動滑動摩擦力，簡稱動摩擦力。靜滑動摩擦動滑動摩擦3．滑動摩擦力摩擦力總是阻礙物體間的相對運動，因此滑動摩擦力的作用點總是在物體間的相互接觸處，其方向總是與滑動方向或滑動趨勢方向相反；其大小隨主動力的改變而變化。下面通過一個簡單實驗來探討滑動摩擦力的有關(guān)性質(zhì)。如圖所示，在粗糙的水平桌面上放有一個重力為G的滑塊，一個放有砝碼的平盤通過細(xì)繩與物塊相連，細(xì)繩繞過一個定滑輪而不與桌面接觸，忽略細(xì)繩和平盤的質(zhì)量。

滑動摩擦力實驗首先對滑塊進(jìn)行受力分析?；瑝K受到桌面對其施加的支持力，同時受到平盤內(nèi)砝碼通過細(xì)繩對其施加的水平拉力FT，由于滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此滑塊必定受到一個與水平拉力FT方向相反的作用力才能保持平衡狀態(tài)。這個水平作用力即為滑塊與桌面間的摩擦力，用Ff表示。逐漸增加平盤中砝碼的質(zhì)量，觀察滑塊的運動情況。當(dāng)砝碼的質(zhì)量較小時，滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，其所受的拉力FT等于砝碼的重力，根據(jù)平衡條件：∑Fx=0，F(xiàn)T

-Ff

=0可知摩擦力Ff與拉力FT大小相等。此時的摩擦力即為靜摩擦力。當(dāng)砝碼質(zhì)量逐漸增加時，處于靜止?fàn)顟B(tài)的滑塊受到的拉力FT逐漸增大，靜摩擦力Ff也逐漸增大。但Ff不會一直增大，當(dāng)拉力增大到一定值時，滑塊將要開始滑動而尚未滑動，這種狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)。在臨界狀態(tài)時，滑塊受到的靜摩擦力達(dá)到最大值，用Ffmax表示。靜摩擦力Ff的大小為大量實驗表明，最大摩擦力Ffmax的大小與物體接觸面間的正壓力FN成正比，即

FN

—接觸面間的正壓力，單位為N；

μ—靜摩擦系數(shù)，簡稱摩擦系數(shù)，沒有單位。

研究表明，靜摩擦系數(shù)

μ的值大部分情況小于1，但可以等于或大于1。靜摩擦系數(shù)與兩物體的材料及接觸面的狀況（如表面粗糙度、溫度、濕度等）有關(guān)，而與接觸面的面積大小無關(guān)。當(dāng)砝碼質(zhì)量不斷增加，使水平拉力FT足夠大，F(xiàn)f超過最大靜摩擦力Ffmax時，滑塊將在桌面上滑動。此時，滑塊所受的摩擦力即為動摩擦力，一般用Ff'表示。大量實驗表明，動摩擦力Ff'的大小也與物體接觸面間的正壓力FN成正比，即：

μ'—動摩擦系數(shù)，沒有單位。

動摩擦系數(shù)不僅與接觸物體的材料和表面狀況有關(guān)，還與物體間的相對滑動速度有關(guān)。一般情況下，動摩擦系數(shù)

μ'

均小于靜摩擦系數(shù)μ。

綜合上述摩擦力實驗中的三種滑動摩擦情況可知，在分析摩擦問題時，首先應(yīng)分清物體處于靜止?fàn)顟B(tài)、臨界狀態(tài)還是滑動狀態(tài)，然后再采用相應(yīng)的方法計算摩擦力。①處于靜止?fàn)顟B(tài)時，靜摩擦力的大?。?<Ff

<Ffmax

，具體由靜平衡條件計算。②處于臨界狀態(tài)時，靜摩擦力達(dá)到最大Ffmax=μFN。③處于滑動狀態(tài)，動摩擦力Ff'=μ'FN。二、滾動摩擦與滾動摩擦力1．滾動摩擦與滾動摩擦力的概念若兩個相互接觸的物體之間存在相對滾動或相對滾動趨勢，則這種現(xiàn)象稱為滾動摩擦。存在滾動摩擦的物體相互接觸表面間產(chǎn)生阻礙滾動的力，稱為滾動摩擦力。例如，汽車在路面正常行駛時，路面與車輪之間就存在滾動摩擦力。2．滾動摩擦力偶滾動摩擦力實質(zhì)上是一種力偶。下面通過一個簡單實驗來探討滾動摩擦力的性質(zhì)。在水平地面上放置一個汽車車輪，車輪重量為G，半徑為R。如圖所示，在輪心處施加一個水平向右的拉力FT，當(dāng)FT較小時，車輪保持靜止，此時車輪受到向下的受力G，向上的支持力FN，向右的拉力FT，必定還受到一個向左的靜摩擦力Ff才能保持平衡。向右拉車輪時，車輪既有沿地面向右滑動的趨勢，又有繞地面接觸點滾動的趨勢。靜摩擦力Ff只能阻止車輪的滑動，而不能阻止車輪的滾動，且FT與Ff組成一對力偶(FT

，F(xiàn)f

)將驅(qū)使車輪滾動。車輪保持靜止平衡狀態(tài)，則必有一個力偶(FT

，F(xiàn)f

)與平衡，該力偶稱為滾動摩擦力偶。滾動摩擦力偶產(chǎn)生的主要原因是由于車輪緊壓在地面上，在接觸面處產(chǎn)生了一定的局部變形。此時，支持力FN

的作用線向拉力FT

的方向移動一段距離e，如圖所示，則G與FN

組成一個力偶，其方向與(FT

，

Ff

)相反，阻礙車輪滾動。該力偶即為滾動摩擦力偶，用Mf表示。

車輪受力變形逐步增大拉力FT，當(dāng)FT

增大到使車輪達(dá)到開始滾動而尚未滾動的臨界狀態(tài)時，支持力FN的偏移值也相應(yīng)地增加到最大值δ，故臨界狀態(tài)時的滾動摩擦力偶矩達(dá)到最大值，其大小為：

δ—滾動摩擦系數(shù)，具有長度單位，常用mm。其值主要與兩接觸面的材料硬度及表面狀況有關(guān)。當(dāng)車輪開始滾動后，可用公式Mf=δFN

計算滾動摩擦力偶矩。在工程實際中，由于滾動摩擦系數(shù)δ很小，因此，滾動摩擦力偶矩非常小，通?？珊雎圆挥嫛Ｈ?、摩擦式離合器1．摩擦式離合器的結(jié)構(gòu)組成

摩擦式離合器系統(tǒng)由主動部分、從動部分、壓緊裝置、分離機構(gòu)和操縱機構(gòu)5部分組成，如圖所示。其中，主動部分包括飛輪1、離合器蓋2和壓盤7；從動部分包括從動盤8和變速器輸入軸4；壓緊裝置為壓緊彈簧6；分離機構(gòu)包括分離叉9、分離軸承5、分離杠桿10等，操縱機構(gòu)包括腳踏板3、分離拉桿和回位彈簧（未畫出）等。（a）接合狀態(tài)（b）分離狀態(tài)摩擦式離合器1—飛輪；2—離合器蓋；3—腳踏板；4—變速器輸入軸；5—分離軸承；6—壓緊彈簧；7—壓盤；8—從動盤；9—分離叉；10—分離杠桿2．摩擦式離合器的工作過程

摩擦式離合器中的主要零部件為飛輪、從動盤和壓盤。其中，飛輪與發(fā)動機曲軸固連，從動盤與變速器輸入軸固連。未踩下踏板時，壓緊彈簧通過壓盤將從動輪壓緊在飛輪上，發(fā)動機飛輪帶動變速器輸入軸同步旋轉(zhuǎn)，即為離合器的接合狀態(tài)，如圖（a）所示；踩下離合器踏板后，分離機構(gòu)將從動輪與飛輪分開，即為離合器的分離狀態(tài)，如圖（b）所示。（a）接合狀態(tài)（b）分離狀態(tài)摩擦式離合器1—飛輪；2—離合器蓋；3—腳踏板；4—變速器輸入軸；5—分離軸承；6—壓緊彈簧；7—壓盤；8—從動盤；9—分離叉；10—分離杠桿摩擦式離合器從分離到接合過程中，飛輪與從動盤經(jīng)歷以下三個狀態(tài)。分離狀態(tài)：飛輪與從動輪之間處于分離狀態(tài)，兩者按各自轉(zhuǎn)速獨立選擇，沒有摩擦力存在；半聯(lián)動狀態(tài)：飛輪與從動輪由分離狀態(tài)逐漸過渡到接合狀態(tài)，兩者之間出現(xiàn)相對滑動，有動摩擦力存在；接合狀態(tài)：從動盤被壓盤緊壓在飛輪上，處于完全接合狀態(tài)，兩者以相同轉(zhuǎn)速同步旋轉(zhuǎn)，有靜摩擦力存在。知識拓展汽車中許多零部件是依靠摩擦工作的，而摩擦的存在必然伴隨著磨損，造成零部件損傷，縮短汽車的使用壽命。因此，應(yīng)正確區(qū)分摩擦的應(yīng)用，有益的摩擦要設(shè)法增大，有害的摩擦要設(shè)法減小。一、汽車用燃料機械工程中很多場合需要用到摩擦，例如，汽車中摩擦式離合器利用從動盤與發(fā)動機飛輪之間的靜摩擦力來傳遞扭矩；V帶傳動中依靠V帶與帶輪之間的靜摩擦力來傳遞力；汽車車輪依靠地面的靜摩擦力來驅(qū)動車輛行駛；制動器依靠摩擦剎車片與輪轂之間的動摩擦力來制動；螺栓連接利用連接件與螺栓之間的靜摩擦力來防松，這些都是有益摩擦的典型實例。增大有益摩擦主要有以下方法：①增大物體間的壓力。②增大接觸面間的粗糙程度。③用滑動摩擦代替滾動摩擦。二、有害摩擦汽車的運轉(zhuǎn)是依靠各零件的相對運動來實現(xiàn)的，而相對運動必然伴隨著摩擦和磨損。在摩擦過程中，摩擦表面發(fā)生的尺寸、形狀和表面質(zhì)量的變化稱為磨損。摩擦的有害因素主要包括：使機件產(chǎn)生磨損，造成機械效率降低，增加能量消耗。例如，汽車發(fā)動機中活塞環(huán)與氣缸壁、缸套與活塞、曲軸軸承與連桿軸承之間都存在有害摩擦。工程實際中，應(yīng)盡量克