“揚(yáng)利抑弊”思想在摩擦應(yīng)用中的體現(xiàn)

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(jìn)步離不開(kāi)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(rèn)識(shí)和掌握摩擦規(guī)律基礎(chǔ)上，采取“揚(yáng)利抑弊”的指導(dǎo)思想，以體會(huì)應(yīng)用理論知識(shí)解決生產(chǎn)生活問(wèn)題的重要意義。

關(guān)鍵詞：因勢(shì)利導(dǎo) 摩擦 利弊 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（b）-0250-02摩擦應(yīng)用的歷史，上起遠(yuǎn)古中的鉆木取火，下至當(dāng)今的納米摩擦技術(shù)，可以說(shuō)人類文明在很大程度上離不開(kāi)摩擦。與其他事物一樣，摩擦也是一把雙刃劍，時(shí)常使人們喜憂參半。試想如果我們處在一個(gè)無(wú)摩擦的世界，大家衣、食、住、行都非常困難，例如打好的領(lǐng)帶一松手馬上就會(huì)松散，抓取物品比捉泥鰍還滑，走路如履薄冰，一不小心就會(huì)前倒后傾，當(dāng)?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(zāi)時(shí)，由于沒(méi)有摩擦保護(hù)神，這些災(zāi)難很難在短時(shí)間內(nèi)得到控制和平息，它們將會(huì)給人類帶來(lái)致命性的后果。同時(shí)，摩擦的弊端也處處可見(jiàn)，譬如行駛的汽車，為了克服摩擦必須消耗汽油，時(shí)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(bào)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(jī)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(bào)廢的。既然摩擦具有兩面性，在分析和應(yīng)用摩擦?xí)r，如何遵循“揚(yáng)利抑弊”行為準(zhǔn)則，對(duì)用好摩擦服務(wù)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(dòng)摩擦力、動(dòng)滑動(dòng)摩擦力和滾動(dòng)摩擦力，靜滑動(dòng)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(dāng)外力大于此值時(shí)，摩擦力轉(zhuǎn)化為動(dòng)滑動(dòng)摩擦力又符合動(dòng)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(dòng)摩擦遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于滑動(dòng)摩擦，常用滾動(dòng)摩擦力偶矩（0≤≤）表示，其最大值滿足滾動(dòng)摩擦定律，三個(gè)摩擦計(jì)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(wú)摩擦力，流體摩擦與法向正壓力無(wú)關(guān)，但與流體粘性系數(shù)、接觸面積、運(yùn)動(dòng)速度和流體厚度存在密切關(guān)系，其中運(yùn)動(dòng)速度對(duì)流體摩擦的影響比其對(duì)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(yáng)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(duì)它的存在可能視而不見(jiàn)，習(xí)以為常，試想世界末日來(lái)臨之前，由于某種神秘原因摩擦力突然不復(fù)存在。起床無(wú)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(wú)法前進(jìn)，寫(xiě)字困難重重……諸多現(xiàn)象，也許你現(xiàn)在意識(shí)到無(wú)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(jī)械傳動(dòng)中，帶傳動(dòng)是利用摩擦進(jìn)行傳動(dòng)的典型機(jī)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(guò)設(shè)計(jì)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(wèn)題，例如打結(jié)的領(lǐng)帶、劈柴的斧頭、爬電桿的套鉤、安裝機(jī)床的楔鐵、輸送物料的傳送帶……都是摩擦自鎖在實(shí)踐中的應(yīng)用。在機(jī)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(yīng)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(shí)鉆頭也不會(huì)自動(dòng)退出，并能依靠摩擦力使鉆頭固定在主軸上進(jìn)行鉆孔，體現(xiàn)了小錐角錐柄的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多重用途。

在機(jī)械制造過(guò)程中，鉗工劃線、刀具刃磨、磨削加工、噴砂處理更離不開(kāi)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(shí)，當(dāng)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(shí)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(jī)器停止運(yùn)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(wú)齒鋸，雖然切割時(shí)因?yàn)樵胍舸蟋F(xiàn)已被淘汰，但作為利用摩擦發(fā)熱的一個(gè)方面，還是值得一提的。

3 “揚(yáng)利抑弊”思想在摩擦限制中的體現(xiàn)

在有些場(chǎng)合，摩擦也給我們帶來(lái)許多壞處，在各種機(jī)械工作中，許多零件的磨損、機(jī)構(gòu)的卡死、機(jī)器設(shè)備的振動(dòng)和噪音、機(jī)械效率和潤(rùn)滑條件的下降無(wú)不與摩擦導(dǎo)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(dòng)性，遵循因勢(shì)利導(dǎo)，揚(yáng)利抑弊的思想準(zhǔn)則，想方設(shè)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?cè)O(shè)計(jì)出帶有滾輪的手拉行李箱，為了避免零件因干摩擦而過(guò)早失效，許多機(jī)械設(shè)備引入潤(rùn)滑系統(tǒng)。在機(jī)械工程中，有關(guān)摩擦、磨損和潤(rùn)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(jī)械行業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

在這里，不妨看看人們對(duì)軸承進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的各種方案，起初人們?cè)谳S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(chǔ)油窩以存留潤(rùn)滑油，后來(lái)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(rùn)滑油，因此稱為自潤(rùn)滑軸承。以上兩種軸承的潤(rùn)滑屬于混合潤(rùn)滑條件，當(dāng)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，人們借助油液粘性產(chǎn)生楔形油膜設(shè)計(jì)出動(dòng)壓軸承，這種流體潤(rùn)滑條件雖優(yōu)于混合潤(rùn)滑條件，但工作過(guò)程受低速的制約，當(dāng)軸在起停時(shí)由于轉(zhuǎn)速過(guò)低往往會(huì)破壞楔形油膜，為此人們又研制了靜壓軸承來(lái)彌補(bǔ)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(jī)床導(dǎo)軌上，研制了靜壓導(dǎo)軌和氣墊導(dǎo)軌，進(jìn)一步改善了這些設(shè)備的潤(rùn)滑條件和工作精度。

在許多機(jī)械和儀器設(shè)備中，人們還廣泛采用滾動(dòng)軸承來(lái)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(rùn)滑劑制成的墊片，可制成自潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們又利用滾動(dòng)摩擦制成了滾動(dòng)導(dǎo)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(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，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(shí)，常會(huì)因摩擦升溫而導(dǎo)致零件表面品質(zhì)降低的現(xiàn)象，一般可通過(guò)不斷噴射冷卻劑使工件處于冷卻狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，摩擦是一把可愛(ài)的雙刃劍，沒(méi)有它我們無(wú)法生存和從事生產(chǎn)活動(dòng)，雖然它的存在有時(shí)會(huì)給我們帶來(lái)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(yùn)含的運(yùn)行之道，采取“因地制宜、揚(yáng)利抑弊”的思維方法，將道法自然的哲學(xué)思想貫穿于摩擦問(wèn)題解決的始終，只有這樣，才能在認(rèn)識(shí)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(guó)走向自由王國(guó)，最終實(shí)現(xiàn)摩擦為人類服務(wù)的真正夢(mèng)想。

參考文獻(xiàn)

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