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螺杆设计之塑料和金属的摩擦
塑料之所以能随螺杆的转动而向前运动,是由于各个外力作用的结果。正如在下面各节屮将要叙述的那样,在这些外力之中起关键作用的是摩擦力。根据库仑定律,摩檫力F等于正压力P和摩擦系数f之乘积。近代的摩擦机理认为,在两个物体接触肘,实际的接触面枳远远小于名义上的接触面积,真正接触处只是那些凸出的部分。而且在接触面之间还有种种杂质如氮化膜等存在。在压力的作用下, 这些膜被粉碎,摩檫付直接接触,在高压下接触的凸出部分首先塑性变形,产生了 "冷焊"戍"强粘连”现象。当摩擦付相对运动时,如果两种材料的剪切强度都大于粘连强度,则两种材枓在粘连处分开,这时的摩檫力为粘连强度和实际接触面积的乘积,而当粘连强度大于一种材科的剪切强度但小于另一种材料的剪切强度时,剪切破坏将发生于比较钦的材料内部而不在分界面上,这时摩擦力F为: F=Ar
式中A为实际接触面积,r为较软材料的剪切强度。
在一种材料比另一种材料硬得多的况下,摩擦力还应包栝由于硬材料在软材料上划出沟槽而产牛的附加摩擦力,由于这一项数值较小,一般计算时都忽略不计。另一方而,高压力引起材料的变形,在理想情况下认为材料完全是塑性的,因此实际接触面积A与正压力P成正比,而与屈服应力B成反比,即: A=P/B
根据库仑定律,摩擦系数定义为摩擦力和疋压力之比,即:F=F/P=Ar/AB=r/b
由此可见,庫擦系数实际上是两个滑动体中较软一个的物理性质的函数。当然,也只有这个物体的变形完全是塑性变形并且r, B都保持常量的情况下摩擦系数才有可能是一个常量。但是塑料实际上既不是一个完全的塑性体,也不是一个完全的弹性体,它的实际接触面积并不正比于正压力P而是还取决于表面几何形状,负荷作用时间与温度等等因素,因此我们往往用一个经验公式来表示,A∝Pα/B
这样,摩擦力和摩擦系数便可写成:F=Ar=C Pα f=F/P=C Pα-1
对纯塑性变形,α=1,此时f=C=r/B 而对纯弹性变形,可以证明α=2/3,由此可见塑料的α值都在1与2/3之间。
实际上这些公式只能定性地说明摩擦系数的本质,而定量计算是困难的。一系列的研究表明:塑料和全属之间的摩擦系数是一个很难准确确定的数值,它和一系列因素有直接的关系。富理(Furey)的研究表明,理想的塑料的摩擦系数f=r/B≈0.2。但是实际上测出的数据和这个数值相差很多。施奈德(Schneider) 使用专门的仪器对庫擦系数进行了反复测定,测出PA6的摩擦系数在0.04-0.8的范围内。而裉据他的计算PA6的摩擦系数应该是0.6。计算值与测定值的误差是由于实验条件的变更引起的。施奈德指出:用净化剂处理过的表面的摩擦系数是很低的。在开始时,PA6与金属之间的摩擦系数仅0.05。而经过10000次反复摩擦后,摩擦系数增加到0.42。本文由华鸿塑料机械厂整理而成,我们主营:各种塑机螺杆,合金螺杆,注塑机配件。
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