应用力学第四章 摩擦课件

应用力学基础第四章摩擦第四章摩擦学习概要：了解滑动摩擦的有关概念和性质掌握静、动、临界（最大静摩擦力）滑动摩擦力的计算了解滚动摩擦能解决考虑摩擦时的平衡问题掌握摩擦角的概念及自锁条件应用力学基础第四章摩擦引子:生活中的摩擦问题工程上的摩擦问题:如:走路，机械中带传动,车轮与地面的作用,汽车摩擦制动等.摩擦有利与弊.如何考虑???摩擦实例应用力学基础第四章摩擦摩擦实例应用力学基础第四章摩擦摩擦实例应用力学基础第四章摩擦脚扣应用力学基础第四章摩擦关于摩擦摩擦是机械传动中普遍存在的一种自然现象。无论是静止或运动着的物体，它们之间都可能有摩擦力存在在分析刚体或物系的平衡问题时，在摩擦力比法向约束反力小得多时，摩擦力对所研究问题而言属次要因素，可忽略不计。在许多情况下摩擦作为主要因素而不能忽略如：汽车的摩擦制动、皮带传动、机床夹具夹紧工件等等，均是利用摩擦力来工作的。摩擦也有不利的方面，它会引起发热、摩损、降低精度和效率、缩短寿命等等。应用力学基础第四章摩擦摩擦与摩擦力

摩擦的物理本质很复杂，与材料性质、表面情况、相对运动性态以及环境等有关并形成了专门学科——摩擦学

抵抗啮合部位相互犁削及粘接作用称为摩擦。摩擦的分类：滑动摩擦、滚动摩擦

一、静摩擦力推力二力平衡不动？静摩擦力1、定义：两个相互接触而保持相对静止的物体,当它们之间存在相对运动趋势时,在它们的接触面上会产生阻碍物体间相对运动的力.

静摩擦力2、静摩擦力产生的条件（1）、接触面不光滑（即接触面粗糙）（2）、两物体相互接触（3）、两物体间有挤压（4）、两物体间有相对运动趋势滑动摩擦力的定义当两个相互接触的（不光滑）物体之间有相对滑动或相对滑动的趋势，在它们的接触表面之间（接触面的公切线方向）就会产生一种阻碍物体滑动的力。

滑动摩擦力的分类应用力学基础第四章摩擦第一节摩擦力的性质摩擦按物体间的运动状态分滑动摩擦滚动摩擦动滑动摩擦静滑动摩擦摩擦力是如何产生的凹凸咬合分子吸附应用力学基础第四章摩擦

静滑动摩擦定律FPN摩擦力F:方向:恒与物体相对滑动的趋势方向相反

大小:一般状态下由平衡方程确定,当物体处于将动未动的临界状态时,由静滑动摩擦定律计算.Fmax=NfN:法相反力。f:静滑动摩擦系数,为常数,由材料决定。一、滑动摩擦力G思考：怎样判断相对运动趋势方向呢？判断相对运动趋势的方向启动时箱子受到的静摩擦力的方向？刹车时箱子受到的静摩擦力的方向？FF向前向后F静F静F静

静摩擦力练习：下列图中的物体都处于静止状态，有静摩擦力的是(接触面粗糙)()BAFCFDBCD

静摩擦力静摩擦力的方向F静沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势的方向相反；

静摩擦力方向与接触面间弹力方向垂直思考：静摩擦力一定发生在静止的物体之间吗？人走路（演示）不一定，“静”指物体间的相对静止人走路时所受摩擦力的分析应用力学基础第四章摩擦库轮实验应用力学基础第四章摩擦1．静摩擦力Ff当ＦP由零逐渐增加但不够大时，物体与水平面之间产生了摩擦力物体不会向右滑动即产生了：静摩擦力——两个物体之间有相对滑动趋势时接触面之间产生的摩擦力用Ｆf表示。由平衡条件得：F

N=GＦf=ＦP如果ＦP继续增大，在某一范围内，物体仍保持静止状态，但摩擦力Ｆf随ＦP而增加。静摩擦力的规律为：①静摩擦力产生的条件是有切向力ＦP存在，物体间有相对滑动趋势但仍静止；②静摩擦力的大小可根据平衡条件确定，其方向与滑动趋势方向相反。应用力学基础第四章摩擦2、最大静摩擦力ＦfＭax最大静摩擦力——当ＦP增大到某一界限ＦPK时，物体处于将要滑动而尚未滑动的临界状态。此时，静摩擦力达到最大值即最大静摩擦力，用ＦＭax表示。实验表明:ＦＭax与ＦN成正比，方向仍与相对滑动趋势相反，可表示为：ＦＭax=ｆsＦN

ｆs称为静摩擦因数，是大小与两接触物体的材料性质及表面状况有关的比例系数。静摩擦力的范围是：0≤Ｆ≤ＦＭax两物体间的静摩擦力F静在0与最大静摩擦力Fmax之间，即0<F静≤Fmax

静摩擦力静摩擦力取值范围：说明：(1)静摩擦力的大小与正压力无关。(2)静摩擦力可以是阻力,也可以是动力.F例题：如图所示，重力为G的物块相对于墙面处于静止状态，试求压力是F和2F时物块受到的摩擦力。静摩擦力大小跟物体接触面间的压力大小无关思考：1.静摩擦力的大小与物体间的压力有关系吗？2.那最大静摩擦力呢？最大静摩擦力跟物体间的压力有关,随着压力的增大而增大最大静摩擦力（1）与接触面的性质有关

（2）与压力有关

（3）同一对接触面，在压力相同的条件下，最大静摩擦力略大于滑动摩擦力静摩擦因数，略大于滑动摩擦因数注意：若物体需要的摩擦力大于最大静摩擦力，则物体会相对滑动起来

思考水平地面上,一个重为G=100N的木箱A受到水平推力F的作用.已知木箱与地面间最大静摩擦力为20N。试求当F=15N时,此时木箱受摩擦力Ff=________.当F=25N时,此时木箱受摩擦力Ff=________.15N小结

摩擦力的性质应用力学基础第四章摩擦3、滑动摩擦力当拉力ＦP稍大于ＦPK后，物体开始滑动动摩擦力——两相对滑动的物体接触面间产生阻碍物体滑动的力，用Ｆf′表示。实验表明，动摩擦力大小与两接触面间的正压力ＦN成正比，表示为：Ｆf′=ＦNf

ｆ称为动摩擦因数，是与两接触物体材料性质、表面状况以及相对滑动速度有关的比例系数。一般同一种材料的：ｆ＜ｆs

滑动摩擦力在我国东北寒冷的冬季，雪橇是常见的运输工具。

滑动摩擦力1、定义：两个互相接触挤压且发生相对运动的物体,在它们的接触面上会产生阻碍相对运动的力.2、滑动摩擦力产生的条件：（1）、接触面不光滑（即接触面粗糙）（2）、两物体相互接触（3）、两物体间有挤压（即有弹性形变）（4）、两物体间有相对运动滑动摩擦力的方向：与相对（施力物）运动方向相反滑动摩擦力的方向※v沿接触面与物体相对运动方向相反，与物体是否受其他力作用无关vf滑动摩擦力的方向：F

滑动摩擦力说明：1、运动的物体可以受到滑动摩擦力，静止的物体也可以受到滑动摩擦力。

B静止AA受到B对它的滑动摩擦力：B受到A对它的滑动摩擦力。2.“相对运动”指的是研究对象相对与其接触的物体而言.3、滑动摩擦力与μ、FN有关，而与其他外力无关4、滑动摩擦力可是阻力，也可是动力（传送带演示）。例如：思考滑动摩擦力的方向一定跟运动方向相反吗？滑动摩擦力的大小与重力成正比吗？摩擦力一定是阻力吗？运动的物体受到的摩擦力一定是滑动吗？静止的物体受到的摩擦力一定是静摩擦力吗？滑动摩擦力的大小与正压力成正比不一定不一定滑动摩擦力可以是阻力，也可以是动力。但它产生的效果一定是阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势摩擦力的方向一定与运动方向相反吗？讨论1：运动的物体只能受滑动摩擦力，静止的物体只能受静摩擦力吗？作用对象：运动的物体也可以受静摩擦力，静止的物体也可以受滑动摩擦力。讨论2:例、用手握住一个瓶子，恰好处于静止（竖直方向）。下列说法正确的是A.若增加瓶子质量,手需要握的越紧B.手握的越紧,瓶子受到的摩擦力越大C.不管手握得多紧,瓶子受到的摩擦力总是一定的.D.以上说法都不正确AC已知图中物体都处于静止状态，试对物体进行受力分析，画出力的示意图。GF静FNGFNFF静GFNGF静FFN摩擦力静摩擦力滑动摩擦力方向:与相对运动趋势方向相反产生条件大小：0＜F≤Fmax产生条件方向：与相对运方向相反大小：滑动摩擦力小结F＝μFN4、滚动摩擦实例应用力学基础第四章摩擦4、滚动摩擦简介滚动摩擦——一物体沿另一物体的表面作相对滚动或有相对滚动趋势时，接触表面产生的摩擦。滚动比滑动阻力小。滚动摩擦的规律在车轮上轮心处加一水平力Ｆp时，支承面产生一摩擦阻力Ｆf，阻止车轮的滑动。由于ＦP和Ｆf构成一对力偶，使车轮向前滚动。可见，摩擦阻力Ｆf除阻止车轮滑动外，还有促使车轮滚动的作用。

GOBFNFP应用力学基础第四章摩擦GOFPFfFNGOBFNFPFfFfGOBFNFPGOBFNGOBFNFPmFf滚动摩擦的规律应用力学基础第四章摩擦滚动摩擦的规律

将ＦN平移到B点，产生的附加力偶为滚动摩擦力偶矩：T=ＦNδ当车轮平衡时，有：∑T=0T=ＦNδ=ＦPrT随Ｆp大小而变化，当Ｆp增大到使车轮处于将滚面未滚的临界状态时，T也达到了最大值：Tmax=δＦN滚动摩擦定律δ称为滚动摩擦系数，与材料、接触面得状况有关。车轮滚动须克服摩擦阻力偶Tmax即Ｆpr＞δmＦN，作用于车轮上的水平力应满足以下条件：Ｆp＞应用力学基础第四章摩擦RM滚动摩擦GFANPAP-F=0N-G=0-PR=0GPGPNMF应用力学基础第四章摩擦GPFNδMmax=Nδδ

称为滚动摩阻系数,它具有长度的量纲,也是一常数,与材料有关.Mmax称为滚动摩擦阻力偶矩,简称滚阻力偶当主动力P不足够大时,圆轮仍处于静止,当P逐渐增达到一定值时,轮子将处于将动未动的临界状态,此时,

力偶矩达到最大值Mmax且有:由于滚动摩阻系数δ很小,因此,滚动摩阻通常忽略不计.应用力学基础第四章摩擦第二节考虑摩擦的平衡问题

考虑摩擦与不考虑摩擦时构件的平衡问题，求解方法基本相同。不同的是在画受力图时要画出摩擦力Ff，并需要注意摩擦力的方向与滑动趋势方向相反，不能随意假定。由于Ff值是一个范围（平衡范围），确定这个范围可采取两种方式：一种是分析平衡时的临界情况，假定摩擦力取最大值，以Ff=Ffmax=fFN作为补充条件，求解平衡范围的极值。另一种是直接用，以不等式进行运算。

应用力学基础第四章摩擦考虑摩擦时的平衡问题考虑摩擦时物体的平衡问题一般分为以下几类：①已知作用在物体上的主动力，要求判断物体是否平衡并计算摩擦力；②已知物体处于临界平衡状态，要求计算主动力大小或确定平衡时的位置（如角度等）；③求物体的平衡范围。应用力学基础第四章摩擦例1-18

解：取制动轮为研究对象，画出受力图。当制动轮处于临界平衡状态时，有：Ｆf=ＦfＭax=ＦNfs，且左右两摩擦力互成力偶，方向与主动力偶Ｍ方向相反，即得平衡方程：∑ＭO=0：ＦfＭax2r=Ｍ2ＦNfsr=Ｍ

算得：ＦN=8000NFNFNFOYFOXFNFNFfmaxFfmaxMM增大有益摩擦力实例1应用力学基础第四章摩擦摩擦角

FpGFNFfFRFN—

正压力Ff—

静摩擦力FR—

全约束反力

（全反力）

—

全反力与接触面

法线的夹角:全反力与法线间的最大夹角。

第三节摩擦角及自锁的概念

摩擦角与摩擦静摩擦系数之间的关系由上图可得：

tg

=Fmax/FN=μFN/FN=μ即摩擦角的正切值等于静摩擦系数。应用力学基础第四章摩擦下图是测定摩擦系数的一种简单装置

GFf物体受主动力G的作用，不可能上滑，只能是静止或下滑，所以，Ff方向

如图FN应用力学基础第四章摩擦GFfFNxy物体可产生的最大静摩擦力：ΣFx=0Ffmax-Gsinα=0①ΣFy=0FN-Gcosα=0②并且Ffmax=μFN③

由①得：Ffmax=Gsinα由