干摩擦

冶金术语

干摩擦指物件间或试样间不加任何润滑剂时产生的摩擦作用。在工程实际中，并不存在真正的干摩擦，因为任何零件的表面不仅会因氧化而形成氧化膜，而且多少也会被含有润滑剂分子的气体所润滑或者受到“油污”。

干摩擦用途

两摩擦表面之间无任何润滑剂时，两物体表面的微小凸起部分(称为轮廓峰)直接接触，这种摩擦状态称为干摩擦。虽然金属间的干摩擦系数很大，但在工程实践中并不存在真正的干摩擦，因为暴露在大气中任何零件的表面，不仅会因氧化而形成氧化膜，而且或多或少会受到润滑剂的污染。此时的摩擦系数显著减小，对钢一钢表面，摩擦系数约为0.15～0.20。

在机械设计中，通常把未有经过人为润滑的摩擦状态当作“干摩擦”处理。

干摩擦是衡量摩阻材料的一个重要指标，利用干摩擦的作用将动能转化为热能，并加以吸收或散失以减少对磨表面相对运动速度，如刹车片这类材料就要求干摩擦力强。

而湿摩擦（当两接触表面之间有足够的液体以致两个物体并不直接接触时，两个物体间的摩擦叫做湿摩擦。）刚好与此相反。

利用高分子材料做成耐磨材料时，往往测其摩擦系数，多数是在干摩擦情况下进行。如测耐磨聚四氟乙烯，耐磨聚甲醛等的摩擦系数就是在这种状态下进行。

利用干摩擦阻尼的耗能作用来抑制结构的振动水平是一种非常有效的减振措施，且广泛应用于透平机械叶片结构设计中来降低叶片振动，提高结构的安全可靠性，在叶片中应用的具体结构包括：围带、松拉金、凸台拉金和平台阻尼块等。

干摩擦理论

两个粗糙表面接触时，接触点相互啮合，摩擦力就是所有这些啮合点的切向阻力的总和。在这种情况下，降低表面粗糙度就可以降低摩擦系数。对于干摩擦机理进行解释的经典理论适用于金属对金属的摩擦。它是建立在下列假设的基础上的：

（1）真实接触面积由塑性变形决定；

（2）两个接触表面被一个剪切强度较低的膜隔开；

（3）膜的剪切强度较高时，摩擦取决于基材金属的剪切强度。

在负荷的作用下，摩擦表面真实接触点上接触应力很大，以致产生塑性变性，形成小平面接触，直到接触面积增大到能够承受全部负荷时为止。对于理想的弹—塑性材料，真实接触面积与负荷的关系可用下式表达：

式中：F——法向负荷，N；

A——真实接触面积，；

——压缩屈服极限，Pa。

在这种情况下，金属表面将出现牢固的粘结点。在切向力的作用下，粘结点被剪断，表面随即发生滑移。摩擦的过程就是粘结与滑移交替进行的过程。摩擦力主要表现为剪断金属粘结点所需的剪切力。若硬表面的粗糙凸峰嵌入较软金属的表面，在障擦时也会增加滑动阻力。因此，摩擦力可以近似地等于剪断金属粘结点时所需的剪切力。

设粘结点部分的剪切强度为，则摩擦力为：

则摩擦系数为：

由上两式可知，摩擦力的大小仅与法向负荷成正比，而与实际接触面积无关。摩擦系数取决于材料的机械物理性能：与剪切强度成正比，与压缩屈服极限成反比。

数学模型

用于描述干摩擦接触面间摩擦阻尼特性的数学模型有很多种，最常用的有宏观滑移模型和微动滑移模型。

其中宏观滑移又称为整体滑移模型，即假设接触面内所有接触点的正压力都相等，可看作单点接触模型。它又分为“Sgn模型”（关于相对滑动速度的不连续函数）和 “迟滞模型”（关于滑动位移滞后的连续函数）。其后,，有大量学者对此模型作出改进。王亲猛考虑了接触面正压力的谐波变化特性，分析接触面摩擦力的非线性特性；徐自力考虑动、静摩擦力的差别,，对 Oden摩擦模型进行修改和完善；谢永慧考虑接触面正压力在叶片振动过程中发生变化且摩擦面会产生脱离。但工程计算中多采用正压力不变的滞后滑移模型，这种模型简单又能描述出摩擦接触的基本特性，便于分析，在工程中得到广泛的应用。

与宏观滑移模型不同，微动滑移模型相对复杂，能够较为准确的描述接触面处于大正压力载荷和小相对运动位移时的摩擦阻尼特性。微动滑移模型又称为局部滑移模型，它描述的接触面为多点接触, 在摩擦面之间出现整体滑移前，就存在接触面部分滑移现象，即叶片振动可能只导致部分接触点发生滑移，而其它接触点保持黏滞状态。微动滑移模型主要有两种型式：串联和并联。并联滑移模型摩擦力表示为叶片位移的函数，比串联模型更适合进行动力分析，工程应用中往往选择这种模型进行分析。

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