呂俊峰

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.250

摘 要：摩擦現(xiàn)象在自然界客觀存在，人類文明的進步離不開摩擦。與其他事物一樣，摩擦現(xiàn)象也具有兩面性，為了用好摩擦為人類造福，我們必須在認識和掌握摩擦規(guī)律基礎上，采取“揚利抑弊”的指導思想，以體會應用理論知識解決生產(chǎn)生活問題的重要意義。

關(guān)鍵詞：因勢利導 摩擦 利弊 應用

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0250-02摩擦應用的歷史，上起遠古中的鉆木取火，下至當今的納米摩擦技術(shù)，可以說人類文明在很大程度上離不開摩擦。與其他事物一樣，摩擦也是一把雙刃劍，時常使人們喜憂參半。試想如果我們處在一個無摩擦的世界，大家衣、食、住、行都非常困難，例如打好的領帶一松手馬上就會松散，抓取物品比捉泥鰍還滑，走路如履薄冰，一不小心就會前倒后傾，當?shù)厍虮砻嫔习l(fā)生山體滑坡、火山地震、海嘯雪崩等自然災時，由于沒有摩擦保護神，這些災難很難在短時間內(nèi)得到控制和平息，它們將會給人類帶來致命性的后果。同時，摩擦的弊端也處處可見，譬如行駛的汽車，為了克服摩擦必須消耗汽油，時間久了，部分零件和輪胎因磨損必需定期修理和更換。據(jù)有關(guān)資料報道，人類為了克服各類摩擦需要消耗很多能量，世界上約30%的能量消耗于摩擦，機械工業(yè)中50%的原材料用于生產(chǎn)維修用的配件，這些更換的零件中有80%是由于磨損報廢的。既然摩擦具有兩面性，在分析和應用摩擦時，如何遵循“揚利抑弊”行為準則，對用好摩擦服務人類具有重要的意義。

1 影響不同摩擦的決定因素

摩擦通常包括干摩擦和濕摩擦兩種形式，干摩擦指固體之間的摩擦，分為靜滑動摩擦力、動滑動摩擦力和滾動摩擦力，靜滑動摩擦力是一種隨外力而改變的摩擦力，大小為0≤≤，它的最大值滿足靜摩擦定律，當外力大于此值時，摩擦力轉(zhuǎn)化為動滑動摩擦力又符合動摩擦定律，顯然和都與相互接觸物體的材料種類、表面狀況和接觸面正壓力有關(guān)。在相同條件下，滾動摩擦遠遠小于滑動摩擦，常用滾動摩擦力偶矩（0≤≤）表示，其最大值滿足滾動摩擦定律，三個摩擦計算公式都表明不同干摩擦力均與兩物體接觸面正壓力和摩擦系數(shù)等因素有關(guān)。濕摩擦指固體與液體或氣體之間的摩擦，根據(jù)牛頓流體內(nèi)摩擦定律可知，與干摩擦相比，兩者之間存在很大差異，靜止流體無摩擦力，流體摩擦與法向正壓力無關(guān)，但與流體粘性系數(shù)、接觸面積、運動速度和流體厚度存在密切關(guān)系，其中運動速度對流體摩擦的影響比其對干摩擦的影響大得多，粘性系數(shù)主要取決于受流體種類、環(huán)境溫度和工作壓力等因素。

2 “揚利抑弊”思想在摩擦利用中的體現(xiàn)

摩擦是一種極為普遍的現(xiàn)象，這種普遍致使我們對它的存在可能視而不見，習以為常，試想世界末日來臨之前，由于某種神秘原因摩擦力突然不復存在。起床無法爬起穿衣，鞋帶剛一打結(jié)就散，洗臉洗手洗不干凈，吃飯拿不起筷子，走路寸步難行，騎車無法前進，寫字困難重重……諸多現(xiàn)象，也許你現(xiàn)在意識到無摩擦的世界是苦不堪言，還是趕快回到我們的摩擦世界，讓一切依靠摩擦的可行之事都變得水到渠成吧。

在機械傳動中，帶傳動是利用摩擦進行傳動的典型機構(gòu)，為了增大摩擦力，采用摩擦系數(shù)較大且耐磨的橡膠制作帶（橡膠與鋼的摩擦系數(shù)約為0.8），借助皮帶張緊輪裝置增大帶與帶輪正壓力，且張緊輪安裝盡量靠近大輪，以免影響小帶輪包角的減小，還可以通過設計三角帶改變摩擦面為槽面增大摩擦力。另外，人們利用摩擦自鎖原理也解決了許多問題，例如打結(jié)的領帶、劈柴的斧頭、爬電桿的套鉤、安裝機床的楔鐵、輸送物料的傳送帶……都是摩擦自鎖在實踐中的應用。在機械工業(yè)中，連接螺紋牙型采用三角形輪廓，主要考慮滿足自鎖條件和增大摩擦，防止擰緊螺紋受外界干擾而松退，螺旋千斤頂之所以能支起汽車，虎鉗能加緊工件，都是螺紋自鎖的具體應用。再者，許多工具和刀具的柄都利用了楔鐵的自鎖條件，譬如按莫氏錐度制造的麻花鉆柄，極易裝入主軸錐孔，鉆削時鉆頭也不會自動退出，并能依靠摩擦力使鉆頭固定在主軸上進行鉆孔，體現(xiàn)了小錐角錐柄的結(jié)構(gòu)設計的多重用途。

在機械制造過程中，鉗工劃線、刀具刃磨、磨削加工、噴砂處理更離不開摩擦。隨著現(xiàn)代工業(yè)水平的發(fā)展，人們利用摩擦發(fā)熱原理制成摩擦焊，焊接時，當不轉(zhuǎn)的工件被壓力推向旋轉(zhuǎn)工件使兩者端面產(chǎn)生擠壓摩擦作用，這時端面局部金屬因加熱至塑性狀態(tài)而被擠出形成飛邊，待機器停止運轉(zhuǎn)后，材料迅速冷卻成一整體，這種焊接方法能夠?qū)煞N不同的金屬快速焊接在一起。利用摩擦發(fā)熱原理，還可以制成無齒鋸，雖然切割時因為噪音大現(xiàn)已被淘汰，但作為利用摩擦發(fā)熱的一個方面，還是值得一提的。

3 “揚利抑弊”思想在摩擦限制中的體現(xiàn)

在有些場合，摩擦也給我們帶來許多壞處，在各種機械工作中，許多零件的磨損、機構(gòu)的卡死、機器設備的振動和噪音、機械效率和潤滑條件的下降無不與摩擦導致的后果有關(guān)。盡管如此，我們?nèi)匀灰l(fā)揮人類改造自然的主觀能動性，遵循因勢利導，揚利抑弊的思想準則，想方設法將這類摩擦的危害性限制到最小，例如為了減少旅客的勞累，人們設計出帶有滾輪的手拉行李箱，為了避免零件因干摩擦而過早失效，許多機械設備引入潤滑系統(tǒng)。在機械工程中，有關(guān)摩擦、磨損和潤滑方面的研究一直是人們關(guān)注的課題，一旦研究成果能夠轉(zhuǎn)化為減小摩擦的思路和舉措，它將給機械行業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。

在這里，不妨看看人們對軸承進行優(yōu)化設計的各種方案，起初人們在軸瓦上澆鑄耐磨合金形成軸承襯套，利用合金組織結(jié)構(gòu)形成儲油窩以存留潤滑油，后來人們又采用粉末冶金成形工藝，用銅和鐵作為基體材料，將燒結(jié)侵油后的軸承直接安裝使用，不需添加潤滑油，因此稱為自潤滑軸承。以上兩種軸承的潤滑屬于混合潤滑條件，當軸高速旋轉(zhuǎn)時，人們借助油液粘性產(chǎn)生楔形油膜設計出動壓軸承，這種流體潤滑條件雖優(yōu)于混合潤滑條件，但工作過程受低速的制約，當軸在起停時由于轉(zhuǎn)速過低往往會破壞楔形油膜，為此人們又研制了靜壓軸承來彌補這種缺陷和不足?？紤]空氣粘性比油小幾十倍，人們又將靜壓軸承工作原理遷移到機床導軌上，研制了靜壓導軌和氣墊導軌，進一步改善了這些設備的潤滑條件和工作精度。

在許多機械和儀器設備中，人們還廣泛采用滾動軸承來減小摩擦，通常在保持架球窩中嵌入二硫化鉬和聚四氟乙烯固體潤滑劑制成的墊片，可制成自潤滑滾動軸承。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們又利用滾動摩擦制成了滾動導軌和滾珠絲杠，極大地降低了摩擦作用，提高了工作效率。在進行機械加工時，由于切削力的作用致使刀具與工件接觸摩擦而發(fā)熱，可使刀刃局部溫度升至900～1 000℃，這樣的溫度足以使碳素工具鋼刀具因退火變軟而失去高溫紅硬性，最終不能正常工作，因此我們更多的使用高速鋼和硬質(zhì)合金刀具，在磨削加工時，常會因摩擦升溫而導致零件表面品質(zhì)降低的現(xiàn)象，一般可通過不斷噴射冷卻劑使工件處于冷卻狀態(tài)。

4 結(jié)語

在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，摩擦是一把可愛的雙刃劍，沒有它我們無法生存和從事生產(chǎn)活動，雖然它的存在有時會給我們帶來困擾和危害，但我們決不能就此而因噎廢食。正確的做法是：持辯證的態(tài)度審視摩擦的利與弊，不斷探究摩擦所蘊含的運行之道，采取“因地制宜、揚利抑弊”的思維方法，將道法自然的哲學思想貫穿于摩擦問題解決的始終，只有這樣，才能在認識摩擦中不斷提升人類駕馭摩擦的能力，才能使人類真正從必然王國走向自由王國，最終實現(xiàn)摩擦為人類服務的真正夢想。

參考文獻

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