1、第五章 摩 擦,51 引言52 滑动摩擦53 考虑摩擦时的平衡问题举例5-4 摩擦角和自锁现象5-5 滚动摩擦的概念,2,静力学,前几章我们把接触表面都看成是绝对光滑的，忽略了物体之间的摩擦，事实上完全光滑的表面是不存在的，一般情况下都存在有摩擦。 例,第五章 摩 擦,5-1 引言,平衡必计摩擦,3,静力学,一、为什么研究摩擦？二、怎样研究摩擦，掌握规律利用其利，克服其害。,三、按接触面的运动情况看：摩擦分为 滑动摩擦滚动摩擦,4,静力学,1、滑动摩擦力定义：相接触物体，产生相对滑动（趋势）时，其接触面产生阻止物体运动的力叫滑动摩擦力。（ 就是接触面对物体作用的切向约束反力）,5-2 滑动摩擦
2、,一、静滑动摩擦定律,5,静力学,2、状态： 静止：临界：（将滑未滑） 滑动：,所以增大摩擦力的途径为：加大正压力N 加大摩擦因数f,（f 静滑动摩擦因数）,（f 动摩擦因数）,静滑动摩擦定律,6,3、 特征： 大小： （平衡范围）满足 静摩擦力特征：方向：与物体相对滑动趋势方向相反定律： （ f 只与材料和表面情况有关，与接触面积大小无关。）,静力学,7,静力学,二、动滑动摩擦定律：大小： （无平衡范围） 动摩擦力特征：方向：与物体运动方向相反定律： （f 只与材料和表面情况有 关，与接触面积大小无关。）,8,静力学,5-3 考虑摩擦时的平衡问题举例,考虑摩擦与不考虑摩擦时分析物体平衡问题的
3、特点： 共同点： 1、物体平衡时满足平衡条件；2、解题方法步骤也基本相同。 不同点：1、受力图考虑摩擦力；2、静滑动摩擦中，摩擦力F有一定范围，因此物体的平衡也有一定的范围；3、列出临界状态摩擦关系式,9,静力学,5-3 考虑摩擦时的平衡问题举例,例1 已知：a =30，G =100N，f =0.2 求：物体静止时，水平力Q的平衡范围；当水平力Q = 60N时，物体能否平衡？,10,静力学,解：先求使物体不致于上滑的 图(1),11,静力学,同理：再求使物体不致下滑的 图(2),解得：,平衡范围应是,12,静力学,例2 梯子长AB=l，重为P，若梯子与墙和地面的静摩擦系数f =0.5, 求a
4、多大时，梯子能处于平衡？,解：考虑到梯子在临界平衡状态有下滑趋势，做 受力图。,13,静力学,注意，由于a不可能大于 ，所以梯子平衡倾角a 应满足,14,静力学,5-3 考虑摩擦时的平衡问题举例,例5-1 拉重物问题 例5-2 改变倾角，测摩擦因数 例5-3 求平衡范围 例5-4 求平衡范围,15,静力学,全反力：法向反力和摩擦力的合力，称为全反力。 摩擦角：当摩擦力达到最大值 时其全反力与法线的夹角 称为摩擦角。,计算：,5-4 摩擦角与自锁现象,一、概念,16,静力学,17,静力学,二、自锁 定义：当物体依靠接触面间的相互作用的摩擦 力 与正 压力（即全反力），自己把自己卡 紧，不会松开（
5、无论外力多大），这种现象称为自锁。,18,静力学,摩擦系数的测定：OA绕O 轴转动使物块刚开始下滑时测出a角，tg a=f , (该两种材料间静摩擦系数),自锁应用举例,螺旋千斤顶：,作 业,P122 5-3；5-5；5-12；5-17。,20,静力学,由实践可知，使滚子滚动比使它滑动省力，下图的受力分析看出一个问题，即此物体平衡，但没有完全满足平衡方程。,Q与F形成主动力偶使前滚,5-5 滚动摩擦的概念（自学）,21,静力学,出现这种现象的原因是，实际接触面并不是刚体，它们在力的作用下都会发生一些变形，如图：,22,静力学,滚阻力偶与主动力偶（Q,F）相平衡,滚动 摩擦,23,静力学,滚动摩
6、擦系数 d 的说明：有长度量纲，单位一般用mm,cm；与滚子和支承面的材料的硬度和温度有关。 d 的物理意义见图示。,根据力线平移定理，将N和M合成一个力N ，N=N,24,静力学,从图中看出，滚阻力偶M的力偶臂正是d（滚阻系数），所以，d 具有长度量纲。由于滚阻系数很小，所以在工程中大多数情况下滚阻力偶不计，即滚动摩擦忽略不计。,25,静力学,第五章 摩擦习题课本章小结 一、概念：1、摩擦力-是一种切向约束反力，方向总是与物体运动趋势方向相反。,a. 当滑动没发生时 Ff N (F=P 外力) b. 当滑动即将发生时 Fmax=f N c. 当滑动已经发生时 F =f N (一般f 动 f
7、静 ),26,静力学,2、 全反力与摩擦角a.全反力R（即F 与N 的合力）b. 当 时，物体不动（平衡）。,3、 自锁 当 时自锁。,27,二、内容：1、列平衡方程时要将摩擦力考虑在内；2、解题方法：解析法 几何法3、除平衡方程外，增加补充方程 (一般在临界平衡状态计算）4、解题步骤同前。,静力学,28,静力学,三、解题中注意的问题：1、摩擦力的方向不能假设，要根据物体运动趋势来判断。（只有在摩擦力是待求未知数时，可以假设其方向）2、由于摩擦情况下，常常有一个平衡范围，所以解也常 常是力、尺寸或角度的一个平衡范围。（原因是 和 ）,29,静力学,四、例题 例1 作出下列各物体的受力图,30,
8、静力学,例2 作出下列各物体的受力图 P 最小维持平衡 P 最大维持平衡状态受力图； 状态受力图,31,静力学,例3 构件1及2用楔块3联结，已知楔块与构件间的摩擦系数f=0.1,求能自锁的倾斜角a 。,解：研究楔块，受力如图,32,静力学,例4 已知：B块重Q=2000N，与斜面的摩擦角j =15，A块与水 平面的摩擦系数f=0.4，不计杆 自重。 求：使B块不下滑，物块A最小重量。,解：研究B块，若使B块不下滑,33,静力学,再研究A块,34,静力学,35,静力学,练习5 已知：Q=10N， f 动 =0.1 f 静 =0.2 求：P=1 N; 2N, 3N 时摩擦力F？,解：,所以物体运
9、动：此时,（没动，F 等于外力）,（临界平衡）,（物体已运动）,36,静力学,练习6 已知A块重500N，轮B重1000N，D轮无摩擦，E点的摩擦系数fE=0.2，A点的摩擦系数fA=0.5。求：使物体平衡时块C的重量Q=？,解： A不动（即i点不产生 平移）求Q,1,37,静力学,由于,1,分析轮有,38,静力学,本章结束,39,静力学,由, E 点不产生水平位移,40,静力学,41,静力学, B轮不向上运动，即N0,显然,如果i,E两点均不产生运动,Q必须小于208N,即,42,静力学,补充方程 ,练习7 已知：P、D、d、Q1、Q2，P为水平。求：在大球滚过小球时，f=?,解：研究整体,
10、将、代入得：,43,静力学,当 时，能滚过去（这是小球与地面的f 条件）,要保证大球滚过小球，必须使大球与小球之间不打滑。,求大球与小球之间的f , 研究大球,44,静力学,补充方程 ,将代入得： ,又,45,静力学,当 时能滚过小球,结论：当 和 时能保证大球能滚过小球的条件。,解得：,注大球与小球间的f 又一种求法：,46,静力学,解： 作法线AH和BH 作A,B点的摩擦角j 交E,G两点 E,G两点间的水平距离l为人的 活 动范围,练习8 水平梯子放在直角V形槽内，略去梯重，梯子与两个斜面间的摩擦系数（摩擦角均为j），如人在梯子上走动，试分析不使梯子滑动，人的活动应限制在什么范围内？,l,47,静力学,所以人在AC和BD段活动 都不能满足三力平衡必汇 交的原理，只有在CD段 活动时，才能满足三力 平衡必汇交，能交上 （有交点）,证明：由几何关系,48,静力学,本章结束,
