乾摩擦指物件間或試樣間不加任何潤滑劑時產生的摩擦作用。在工程實際中，並不存在真正的乾摩擦，因為任何零件的表面不僅會因氧化而形成氧化膜，而且多少也會被含有潤滑劑分子的氣體所潤滑或者受到“油污”。
基本介紹
- 中文名：乾摩擦
- 外文名：dry friction;
- 定義：gān mó cā
- 定義：不加任何潤滑劑的摩擦作用
- 相關名詞：濕摩擦
- 套用學科：冶金工業
概述,乾摩擦理論,數學模型,
概述
兩摩擦表面之間無任何潤滑劑時，兩物體表面的微小凸起部分(稱為輪廓峰)直接接觸，這種摩擦狀態稱為乾摩擦。雖然金屬間的乾摩擦係數很大，但在工程實踐中並不存在真正的乾摩擦，因為暴露在大氣中任何零件的表面，不僅會因氧化而形成氧化膜，而且或多或少會受到潤滑劑的污染。此時的摩擦係數顯著減小，對鋼一鋼表面，摩擦係數約為0.15～0.20。
在機械設計中，通常把未有經過人為潤滑的摩擦狀態當作“乾摩擦”處理。
而濕摩擦（當兩接觸表面之間有足夠的液體以致兩個物體並不直接接觸時，兩個物體間的摩擦叫做濕摩擦。）剛好與此相反。
利用乾摩擦阻尼的耗能作用來抑制結構的振動水平是一種非常有效的減振措施，且廣泛套用於透平機械葉片結構設計中來降低葉片振動，提高結構的安全可靠性，在葉片中套用的具體結構包括：圍帶、松拉金、凸台拉金和平台阻尼塊等。
乾摩擦理論
兩個粗糙表面接觸時，接觸點相互嚙合，摩擦力就是所有這些嚙合點的切向阻力的總和。在這種情況下，降低表面粗糙度就可以降低摩擦係數。對於乾摩擦機理進行解釋的經典理論適用於金屬對金屬的摩擦。它是建立在下列假設的基礎上的：
（1）真實接觸面積由塑性變形決定；
（2）兩個接觸表面被一個剪下強度較低的膜隔開；
（3）膜的剪下強度較高時，摩擦取決於基材金屬的剪下強度。
在負荷的作用下，摩擦表面真實接觸點上接觸應力很大，以致產生塑性變性，形成小平面接觸，直到接觸面積增大到能夠承受全部負荷時為止。對於理想的彈—塑性材料，真實接觸面積與負荷的關係可用下式表達：
式中：F——法向負荷，N；
A——真實接觸面積，
；
在這種情況下，金屬表面將出現牢固的粘結點。在切向力的作用下，粘結點被剪斷，表面隨即發生滑移。摩擦的過程就是粘結與滑移交替進行的過程。摩擦力主要表現為剪斷金屬粘結點所需的剪下力。若硬表面的粗糙凸峰嵌入較軟金屬的表面，在障擦時也會增加滑動阻力。因此，摩擦力可以近似地等於剪斷金屬粘結點時所需的剪下力。
設粘結點部分的剪下強度為
，則摩擦力
為：
則摩擦係數
為：
由上兩式可知，摩擦力的大小僅與法向負荷成正比，而與實際接觸面積無關。摩擦係數取決於材料的機械物理性能：與剪下強度成正比，與壓縮屈服極限成反比。
數學模型
用於描述乾摩擦接觸面間摩擦阻尼特性的數學模型有很多種，目前最常用的有巨觀滑移模型和微動滑移模型。
其中巨觀滑移又稱為整體滑移模型，即假設接觸面內所有接觸點的正壓力都相等，可看作單點接觸模型。它又分為“Sgn模型”（關於相對滑動速度的不連續函式 ）和 “遲滯模型”（關於滑動位移滯後的連續函式）。其後,，有大量學者對此模型作出改進。王親猛考慮 了接觸面正壓力的諧波變化特性，分析接觸面摩擦力的非線性特性；徐自力考慮動、靜摩擦力的差別,，對 Oden摩擦模型進行修改和完善；謝永慧考慮接觸面正壓力在葉片振動過程中發生變化且摩擦面會產生脫離。但工程計算中多採用正壓力不變的滯後滑移模型，這種模型簡單又能描述出摩擦接觸的基本特性，便於分析，在工程中得到廣泛的套用。
與巨觀滑移模型不同，微動滑移模型相對複雜，能夠較為準確的描述接觸面處於大正壓力載荷和小相對運動位移時的摩擦阻尼特性。微動滑移模型又稱為局部滑移模型，它描述的接觸面為多點接觸, 在摩擦面之間出現整體滑移前，就存在接觸面部分滑移現象，即葉片振動可能只導致部分接觸點發生滑移，而其它接觸點保持黏滯狀態。微動滑移模型主要有兩種型式：串聯和並聯。並聯滑移模型摩擦力表示為葉片位移的函式，比串聯模型更適合進行動力分析，工程套用中往往選擇這種模型進行分析。
