機械系統中摩擦模型的分析

楊義準

【摘 要】現在社會發展迅速，在進行生產的過程中對機械系統的精度提出了更高的要求。為了能夠提高機械運行的可靠性和穩定性，就應該采取合理的措施對機械摩擦產生的不良影響進行消除?，F在，技術人員在對機械系統摩擦模型的建立上取得了一定的成績。本文通過對機械系統中的摩擦問題進行分析，從而建立摩擦模型。

【關鍵詞】機械系統 摩擦模型 分析

摩擦作為一種物理現象，在自然界中被廣泛的應用。摩擦現象是在兩個物體之間形成的。很長一段時間以來，摩擦問題也引起了廣泛關注，物理學在對摩擦現象進行研究中也取得了一些進展?，F在，摩擦的相關原理在機械的生產中得到了較為廣泛的應用，如輪胎的剎車功能等。但是在一些大型機械中，如果不對摩擦進行限制，其就會影響到機械運行的精度，使機械不能正常的運動。

隨著社會的迅速發展，在生產中人們對機械提出了更高的要求，為了能夠確保機械系統的順利運行，就要對機械在運行中的摩擦系數進行分析，采用摩擦補償技術，提高機械的運行效率。機械摩擦的補償技術在使用中存在一定的限制，所以，需要建立一個科學的摩擦模型，從而能夠使摩擦系數的設計更加準確。在使用這些摩擦模型的過程中，應該分清這些模型的使用類型，分析其構成的原理和適用范圍。

1 摩擦現象的分析

摩擦現象是在兩個物體之間形成的，物體之間由于接觸會形成一個切向的作用力，這個就是摩擦。產生摩擦的原因有很多，如機械的潤滑程度不夠，物體的加速度以及兩個物體表面的粗糙程度等。

16世紀，人們就發現了摩擦現象，并開始進行研究，通過各類實驗分析摩擦現象，找出了摩擦現象的根本原因。摩擦現象的類型主要有以下幾種。

1.1 庫倫摩擦

庫倫摩擦是一種常見的摩擦現象，也是在物理運動研究中首先被提出的。庫倫摩擦是在運動中產生的，所以又叫做運動摩擦。這種摩擦是由兩個物體運動的加速度決定的，而且還與物體之間的接觸面積有關。物體之間的接觸面積越大，摩擦力也就越大。物體之間的摩擦與速度的幅值是沒有直接關系的。

1.2 黏性摩擦

黏性摩擦是與物體之間的流體黏性決定的，其與物體的運動速度也有很大的關系，如果物體沒有運動，那么，其黏性摩擦力的大小為零。

1.3 stribeck摩擦

這類摩擦能夠對低速區的摩擦行為進行分析，能夠建立穩態的速度函數，隨著物體運動速度的增大，其數值會越來越小。

1.4 靜摩擦力

靜摩擦力在自然界中比較普遍，是自然界中形成的一種力，是物體從靜止到運動產生的力的大小。靜摩擦力與物體之間的相對速度成反比，與物體之間的作用力成正比。其與庫倫摩擦力有相似之處，但是靜摩擦力比庫倫摩擦力要大。

1.5 預滑動移位

兩個物體的表面發生接觸后，如果施加的外力比靜摩擦力要小，那么這兩個物體在接觸時就會產生位移，但是這種位移非常小，所以叫做預滑動位移。預滑動位移與彈簧具有一定的相似性，摩擦力不能運用速度函數的形式來表達，只能夠運用位移函數來表達。

1.6 摩擦滯后

摩擦滯后指的是產生的摩擦力比滑動速度要滯后，其也可以稱為摩擦記憶，速度和摩擦力之間會形成一種滯后的關系。所以，在做減速運動的過程中，摩擦力的幅值會變小，而滯后的速度變化與物體之間的速度是有密切關系的。

2 摩擦模型

20世紀初，物理學家已經對摩擦問題進行了深入的討論，并建立起摩擦模型。摩擦模型的建立能夠在一定程度上幫助研究人員分析摩擦產生的原因和機制，從而能夠在機械的使用中避免摩擦，提高機械的運行效率。通過相關的分析，摩擦模型的種類有以下幾種。

2.1 庫倫模型

早在16世紀，庫倫就進行了摩擦實驗，分析出摩擦力與荷載存在密切的關系，摩擦力與物體的運動方向沒有關系，與物體之間的接觸面沒有關系。相關的物理學家又對此理論進行了進一步的研究，得出了庫倫模型，其參數的表達方式為：f（v）=fcsgn（v）。

在這個參數表達式中，f表示的是摩擦力，v表示的是相對滑動的速度，fc表達的是庫倫摩擦系數，fn表示的是法向力。這是最早關于摩擦力的模型，其是運用速度函數來分析摩擦力的，所以，在表達摩擦力的時候也會受到一定的限制，只能夠對速度大于零的摩擦力進行分析。如果物體的運動速度為零，表達的摩擦力的數值就會不準確。而且，在這一模型中，符號函數的應用，使方程運用分段函數來表示，為了能夠使計算方法得到簡化，就必須提出新的模型。

2.2 karnopp模型

上述的模型在表達的過程中是比較復雜的，而且在求解中容易出現錯誤，所以，其仿真過程中是很難得到控制的，而且不能檢測到物體為零速度時的摩擦力。所以，物理學家研究出了karnopp模型，這類模型能夠彌補庫倫模型的不足，能夠在零速度中分析出物體的摩擦力，其滑動速度也能夠被準確地分析出來。在一個接近零的速度值中，這類模型也可以通過對工作條件的分析，從而能夠分析出摩擦力的變化。在不同的速度區域中，速度可以為零，這時摩擦力的大小與物體受到的外力有很大的關系，摩擦力可以運用速度函數來表示，也可以借助外力模型來表示，使摩擦力的表達更加具體。

結語

現在，人們在生產中越來越注重生產效率的提高，所以，機械設備的運行效率顯得尤為重要，在機械運行中，容易產生摩擦，這些摩擦會降低機械的運行效率，所以，建立摩擦模型，分析摩擦產生的原因，能夠使機械在運行中減少耗損。

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