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标题: 摩擦力与接触面积的关系 [打印本页]

作者: 永无止步 时间: 2024-7-4 19:02
标题: 摩擦力与接触面积的关系
感觉已经迷茫了，最近遇到一个问题，就是想验证一下在腰型孔螺栓连接时，标准平垫圈和大垫圈哪个紧固性能更好。情况如下图：

试验条件是：通过扭力扳手将两种情况下螺栓的预紧力调成一致，然后用拉力机测试紧固失效开始滑动时的拉力值。
最后的结果是：标准型平垫圈（材质为A4）在1.33kN时开始滑动；大垫圈（材质为A4）在2.02kN时开始滑动。
我现在大脑糊涂的是，以前学过摩擦力只跟正压力和摩擦系数有关，现在同样的材料摩擦系数应该一样，那么剩下的变量就是正压力不同，扭矩一样的情况下，两种垫圈会影响正压力吗？

作者: 永无止步 时间: 2024-7-4 19:05
补两张紧固连接图片

作者: ytzhanggj007 时间: 2024-7-4 19:22
标准理论是这样的。
你的数据大概率也是准确的。
但是实践是有很大的区别的。当初的理论并没有考虑这种情况。

作者: ytzhanggj007 时间: 2024-7-4 19:25
这也是学院派经常出笑话的原因。因为很多理论的边界条件并没有限定很严格。或者说，那个理论只是在很理想很单纯的状况下得出的结论。

作者: m2006410 时间: 2024-7-4 19:38
看书头发掉，难搞。物理不扎实

作者: 永无止步 时间: 2024-7-4 19:40

ytzhanggj007 发表于 2024-7-4 19:25
这也是学院派经常出笑话的原因。因为很多理论的边界条件并没有限定很严格。或者说，那个理论只是在很理想很 ...

这两天网上也在找资料，有一个解释说是：摩擦系数跟接触面粗糙度以及材料特性有关，然后这个粗糙度从微观来说就是两个物体表面凹凸部分交叉扣合在一起，在正压力一定的情况下，面积大扣合的深度就小了，面积减小扣合的深度就会加大，然后这个总体的会保持不变

我现在就是没法确认，相同扭矩下，两种情况正压力会不同吗？

作者: 永无止步 时间: 2024-7-4 19:44

m2006410 发表于 2024-7-4 19:38
看书头发掉，难搞。物理不扎实

怎么说？

作者: 702736 时间: 2024-7-4 20:07
拍个实际的照片看看，包括变形，压痕

作者: 永无止步 时间: 2024-7-4 20:21

702736 发表于 2024-7-4 20:07
拍个实际的照片看看，包括变形，压痕

我刚才又想到是不是因为被固定的工件表面做了油漆，是软性的，跟这个是不是也有关系。 (, 下载次数: 31)

作者: 面壁深功 时间: 2024-7-4 20:40
//www.szfco.com/thread-1072322-1-1.html

作者: 702736 时间: 2024-7-5 07:18

永无止步发表于 2024-7-4 20:21
我刚才又想到是不是因为被固定的工件表面做了油漆，是软性的，跟这个是不是也有关系。

要把垫片和槽的压痕拍出来，还有拧紧的照片。
油漆会影响摩擦系数

作者: 制造商 时间: 2024-7-5 08:12
如果不用垫片会更大，因为螺栓头会咬进去

作者: 大墨子 时间: 2024-7-5 08:42
本帖最后由大墨子于 2024-7-5 08:46 编辑

你知道从古典到现代的摩擦理论有多少个？
别想轻易的否定摩擦理论，多读点书对你有好处。而且谁告诉你用标准垫圈和大垫圈产生的正压力是一定相等的，关于这一点，好好学一学螺栓在拧紧的变形情况。
不过结论可以先告诉你，摩擦力与接触面积一点儿关系没有。
你那点实验数据误差根本不能不可能去否定一个摩擦理论，蒙场理论是大量实验的结果，什么叫大量实验？就你这就一个数据，就那么点儿数据差别就想否定。

作者: cdhcn 时间: 2024-7-5 09:15
如果摩擦力跟面积不正相关，那汽车可以用自行车胎了。溜冰鞋不用冰刀直接穿板鞋上了。

作者: QQxy 时间: 2024-7-5 09:22
你两垫片粗糙度尽量一样，还有你的扭力是一样不代表压力相同，还有压力不能太大到发生变形会影响条件改变。

作者: 臭宝的臭day 时间: 2024-7-5 10:28
楼主是迷茫，求助各位大侠。某些自以为是的抽沙壁曲解别人的意思，还让人多读书，真的该读书的是你吧，原来迷茫是否定的意思啊，可能我也得多读书啦 0.0

作者: DaedraMech 时间: 2024-7-5 11:09
理论没错，但理论针对的是这种平动模型 ↓ ↓ ↓ ↓
(, 下载次数: 20)
而楼主这个螺栓压板的形式不一定符合这种模型。螺栓头的底面、垫片的表面乃至压板的表面可能都不平整，这会导致不同位置单位面积上的摩擦力不同，从而使拉动过程中螺栓或垫片发生转动，这克服的就不是摩擦力而是摩擦转矩了，而摩擦转矩是和面积正相关的；

然后是预紧力的问题，扭矩扳手打的力矩会转化为两部分，摩擦力矩和通过变形转化来的预紧力，实验过程中摩擦因数不同、螺牙形状有差异、螺纹表面有杂质等等都会影响最终转化出的预紧力，就是同样的垫片做两次实验得到这个结果我都不奇怪，更别提扭矩扳手本身就没什么精度。一些车企甚至在打力矩前会在螺纹上涂油来控制预紧力的一致性；

还有就是拉力机的拉力方向是否平行接触面，每次装夹如果拉力偏角不同，结果也会有不小的差异；

另外实验次数太少，要积累大量数据才能从统计学上获得一些有价值的规律。

所以说这么多变量都不控制，想要获得“摩擦力相等”的结果还是相当困难的。

作者: 永无止步 时间: 2024-7-5 13:28

面壁深功发表于 2024-7-4 20:40
//www.szfco.com/thread-1072322-1-1.html

是不是还跟垫圈形变量有一定关系？

作者: 永无止步 时间: 2024-7-5 13:36

大墨子发表于 2024-7-5 08:42
你知道从古典到现代的摩擦理论有多少个？
别想轻易的否定摩擦理论，多读点书对你有好处。而且谁告诉你用标 ...

关于摩擦楼主确实知之甚少。说到变形，昨晚研究到一篇资料，把螺栓连接看成是一个拉力弹簧来理解，扭力一定的话整体形变量也是一定的，那在目前我这个结构中大垫圈形变的面积比小垫圈形变的面积大，导致正压力相应也大，所以摩擦力变大了。不知道这样理解对不对？

作者: 永无止步 时间: 2024-7-5 13:37

cdhcn 发表于 2024-7-5 09:15
如果摩擦力跟面积不正相关，那汽车可以用自行车胎了。溜冰鞋不用冰刀直接穿板鞋上了。

那也不是这样简单理解的

作者: 永无止步 时间: 2024-7-5 13:39

DaedraMech 发表于 2024-7-5 11:09
理论没错，但理论针对的是这种平动模型 ↓ ↓ ↓ ↓

而楼主这个螺栓压板的形式不一定符合这种模型。螺栓 ...

所以，我想可能还是跟形变有关系。理论上的应该是把模型都简化了，比如物体是刚性的。

作者: Rubick 时间: 2024-7-5 13:52
我感觉可以朝两种方向去思考，
1、垫片的增大增加了力矩，
2、微观结构上，大垫片分散了应力，使得应力更小，这导致发生的形变较小，粗糙度变化小；小垫片由于应力的增大导致形变严重破坏了原有接触表面的粗糙度。
我个人认为。摩擦的本质和理想状态的螺纹是相似的，是无数个不规则的元斜面的组合。同样的载荷，旋合长度短的螺纹容易滑丝失效，而旋合长度更长的就不容易，因为牙数变多导致，螺纹上应力分散变小，齿面形变更小，更不容易失效。

作者: Rubick 时间: 2024-7-5 14:05

永无止步发表于 2024-7-4 19:40
这两天网上也在找资料，有一个解释说是：摩擦系数跟接触面粗糙度以及材料特性有关，然后这个粗糙度从微观 ...

接触面压力过大会不会导致原有接触面的锯齿状锁合发生破坏，导致摩擦系数有变化。

作者: 永无止步 时间: 2024-7-5 14:05

臭宝的臭day 发表于 2024-7-5 10:28
楼主是迷茫，求助各位大侠。某些自以为是的抽沙壁曲解别人的意思，还让人多读书，真的该读书的是你吧，原来 ...

说起来楼主也是机械专业的，但是很多知识确实都忘了。毕业之后从事的是比较简单的钣金行业，不是非标自动化行业，很多机械计算十来年没用过了。就拿这个紧固件连接来说，几乎很少有需要计算的，都是在凭所谓的经验做事，但是现在意识到如果只是知其然不知其所以然，那么我们所谓机械工程师的专业性怎么体现，做项目的底气和信心又从何而来。

作者: loge 时间: 2024-7-8 08:20

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