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库仑摩擦定律在油田中的应用

2013-11-06  石油知识网  佚名  浏览

摩擦产生的原因是个非常复杂的问题。从15世纪开始研究摩擦,一直到18世纪末库仑(1736—1806)总结出摩擦定律时为止,科学家们逐渐对摩擦有了深刻的认识。库仑在研究和总结了达芬奇、阿蒙顿的实验和理论之后,做了大量的实验,然后提出了他的摩擦理论——库仑摩擦定律。

古典摩擦定律又叫阿蒙顿-库仑定律,综述如下:

1.摩擦力与法向载荷成正比;

2.摩擦因数与外表的接触面积无关;

3.摩擦因数与滑动速度无关;

4.最大静摩擦因数大于滑动摩擦因数。

古典摩擦定律不完全正确,必须做如下修正:

1.当法向载荷较大时,摩擦力与法向压力呈非线性关系,法向载荷愈大摩擦力增加得愈快;

2.有一定屈服点的材料(如金属),其摩擦阻力才与接触面积无关,黏弹性材料的摩擦力与接触面积有关;

3.精确测量,摩擦力与速度有关,金属与金属的摩擦力随速度的变化不大;

4.黏弹性材料的静摩擦因数不大于动摩擦因数。

库仑是第一个认识到摩擦不仅取决于正确选用摩擦副材料,而且取决于结构参数的人。他得到的实验数据,在实际中也获得了证实。

摩擦无时不有,无处不在。可以毫不夸张地说,每个人时时都在和摩擦打交道。一个最简单的例子,当你漫步在路上时,鞋底与地的接触面就有摩擦发生。摩擦的实质是能量的消散,并引起接触面的摩损。摩擦对运动来说,既有不利的方面,也有有利的方面。对于机器来说,摩擦不仅消耗能量,还造成零部件损坏。据统计,每年各种摩擦要消耗世界能量的三分之一,机器零部件损坏的8.0%是由摩擦引起的。因而,人们就必须设法减少摩擦的耗能和引起的磨损。

油田设备往往都包含有一定数量的摩擦副和易损件,因此,摩擦学在油田设备上应用的主要目标是提高油田设备的可靠性和节约能量与材料。在新型的机械装置研发过程中,渗透了“摩擦学设计”的理念,在对诸如齿轮、轴承等进行产品设计时,可将其材料、尺寸、耦合件、润滑、工况、环境等作为一个系统加以考虑,并建立动态的应用反馈体系不断修正优化。例如汽车的能量形式转化与利用系统,其发动机和传动装置的机械摩擦损耗占发动机总能耗的12,如果采用摩擦学设计方法,使用低挥发性、具有良好氧化安定性、抗氧化性的低黏度润滑油可以节约燃料0.6~5.5,大大降低了生产能源。