【毕业论文】滑动摩擦知识小结及相关问题探究.docVIP

滑动摩擦知识小结及相关问题探究 机25 夏子帮 020792 摘要：本文对本学期所学的滑动摩擦知识进行了小结，并在此基础上，对两个分别来自工程实际和日常生活的有关滑动摩擦的例子进行了探究。 一.知识小结 1.摩擦现象： 两个相互接触的物体产生相对运动或具有相对运动的趋势时，彼此在接触不为会产生一种阻碍对方相对运动的作用。这种现象称为摩擦，这种阻碍作用，称为摩擦阻力。物体之间的相互阻碍有两种基本形式：一种是阻碍彼此间沿公切线方向的滑动或滑动趋势的作用，这种摩擦现象称为滑动摩擦，相应的摩擦阻力成为滑动摩擦力，简称摩擦力。另一种是量物体之间具有相对滚动或相对滚动趋势，彼此在接触不为将产生阻碍对方相对滚动的作用，这种摩擦称为滚动摩擦，相应的摩擦阻力实际上是一种力偶，称之为滚动摩擦阻力偶，简称滚阻力偶。下面仅讨论滑动摩擦中的静滑动摩擦。 2.静滑动摩擦： （1）概念：如下图1，重为W的物体在水平面上处于平衡状态。今在物体上施加一水平力F1，由于物体与水平面之间并非绝对光滑，当F1较小时，物体并不向右运动，而是继续保持静止。因此，水平面给物体的作用出了法向反力以外，还有一个阻碍物体向右运动的力F，即水平面施加给物体的静滑动摩擦力。 图1 (2)库仑静摩擦定律：F随F1增大而增大，但F有一上限Fmax，当F1大于Fmax时，物体将滑动。由此知： 0≤F≤Fmax 库仑根据大量的实验确立了库仑静摩擦定律：最大静摩擦力的大小与接触物体之间的正压力成正比，即 Fmax=fFN F称为静摩擦因素。 (3)摩擦角：在不超出最大静摩擦力的范围内，静摩擦力具有约束力的性质。可将图1中法向反力FN与静摩擦力F合成为一全约束力FR,简称全反力。相应地，主动力F1与FP也合成为一合力，如图2所示。 图2 这样，物体便看作在主动力FQ与全反力FR两力作用下处于平衡，FR=-FQ。改变FQ，FR也随之改变。当达到最大静摩擦力时，FR与接触面法线的夹角φ达到最大值φm,称之为两接触物体的摩擦角，由图2可知： tanφm= Fmax/FN=f 通过全反力作用点，以2φm为顶角作一锥面，称为摩擦锥，则可知，当FQ的作用线在摩擦锥内时，不管其之增至多大，总有相应大小的FR与之平衡，使物体恒处于平衡状态，这种现象称为自锁。 二.问题探究 1.螺旋千斤顶原理解析 其核心部件如图3所示，该部件称为丝杠，其上有螺纹。工作时，在外力作用下，丝杠沿着其底座（图中没画出）φm，因此，螺纹的自锁条件是 ≤φm 若螺旋千斤顶的螺杆与螺母之间的摩擦系数为f=0.1,则 tanφm=f=0.1 得 φm＝ 为保证螺旋千斤顶自锁，一般取螺纹升角＝～ 2．滑行窗的作用位置对作用效果的影响 问题引出：生活的经验告诉我，开滑行窗（如铝合金窗，如图5所示）时，作用位置对作用效果的影响极大。原因何在？ 图5 滑行窗示意图 模型建立：如图6，设滑行窗的款和高分别为x和y，下面分析其受力。将滑行窗看作是质量均匀的物体，则其重心位于其几何中心，设其重为W（注：由于沿着力的作用线平行移动力，不改变其作用效果，故图中的重力作用线进行了平移）。当在高为h处作用一水平力P时，其上沿仅起固定作用，作用力很小，故忽略；其下沿受一分布力系，可将其等效至主动力作用线与底部的交点上，在尚未推动滑行窗时，由二力平衡条件可知，该等效作用点上的约束反力FR（包括垂直分量FN和静摩擦力F）与主动力FQ共线,且大小相等。 图6 设FR与底面法线的夹角为，则可得以下方程： (1) (2) (3) 又设约束力的等效作用点距中心线的距离为 ,则由几何关系得 （4） 设滑行窗与下沿的静