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摩擦磨損試驗機的起源
閱讀：842發(fā)布時間：2024-4-24
早期人類靠捕魚為生，過著茹毛飲血的生活。傳說遂人氏發(fā)現，鳥在啄燧木時，有火星迸出，于是從中受到啟發(fā)，折燧木枝以鉆木取火；這在古籍《韓非子·五蠹》、《拾遺記》、《古史考》以及《漢書》中都有記載。鉆木取火是非常偉大的發(fā)明，從此，人類脫離了茹毛飲血的生活，從而進入文明時代。鉆木取火的根據是摩擦生熱原理。木頭這種材料本身較為粗糙，在摩擦時，摩擦力較大，會產生大量的熱量，加之木材本身就是易燃物，所以就會生出火來。在舊石器時代晚期，爪哇的猿人、北京猿人及后來的海德堡人、尼安德特人等都掌握了鉆木取火和用火石摩擦取火的技能。這種對摩擦取火的靈感很可能來自于現實生活中所見到的自然現象：干燥的樹枝或者是草在風的作用下互相摩擦起火。電影《魯濱遜漂流記》中的主人公漂流到荒島上鉆木取火的鏡頭令人印象深刻。幾經嘗試，魯濱遜的手都被木刺扎破了，火才被點著，可見最為原始的鉆木取火還是非常困難的。直至新石器時代，人類發(fā)明了皮帶鉆和弓鉆以及用鹿角、骨頭、石頭做成的軸承，鉆木取火才逐漸容易起來。據調查，黎族地區(qū)至今還保留著人工取火的傳統(tǒng)。
鉆木取火可以看作人類最早掌握的與摩擦相關的科學與技術之一。摩擦科學與技術所研究的內容本質上是一種自然現象，任何物體接觸表面的相對運動都存在著摩擦，有摩擦就必然會產生能量消耗或表面材料的磨損，利用摩擦或降低摩擦是人類在發(fā)展過程中與自然作斗爭的重要內容。摩擦科學與技術也是自然科學與社會科學相結合的產物。這種自然科學與社會進步統(tǒng)一的學科特征，為不同時代的科學家在摩擦科學與技術領域的研究提供了挑戰(zhàn)，也為摩擦科學與技術的發(fā)展提供了機遇。單單就鉆木取火所用裝置本身來說，后來人們開始采用鹿角或骨頭制作的軸承。出現的與摩擦有關典型器件可以歸結如下。
公元前3500年，人們開始使用車輪；而出現輪式運輸工具的最早證據是美國考古學家Baldia在位于敘利亞的晚期Uruk遺址發(fā)現的，那里出土了一個帶有輪子的模型和“貨車"的壁畫，這些東西是先民在距今6400~6500年前留下的。
幾乎所有的文明古國早在幾千年前就用藤、竹編成索，借以過河渡人，我國古代稱為“懸渡"或“溜索"。通常認為是怒族人發(fā)明和使用溜索，據說最早是因為他們看見蜘蛛在樹間織網、來回爬行而受到啟發(fā)；李約瑟認為南美洲的古索橋是約公元前7世紀由中國人傳到那里的。
公元前2000年左右，我國出現涉及系統(tǒng)的摩擦科學與技術的產品如古代戰(zhàn)車、滑車以及木制滑動軸承等。
公元前1880年，古代埃及人使用滑橇搬運巨大石像，其中有人將滑道上噴灑液體，可能是某種潤滑劑；著名專家道森(Dowson)估計搬運過程的摩擦系數約為0.23。
據《物原》記載：“史佚始作轆護"。史佚是周代初期的史官。早在公元前1100多年前漢族勞動人民已經發(fā)明了轆韓。到春秋時期，轆護就已經流行。
公元40年，羅馬帝國的尼米湖曾出現推力球軸承；至公元1世紀左右，羅馬帝國輝煌的一段時間里，軍隊工程師利用摩擦科學與技術設計作戰(zhàn)機械和防御工事。
對摩擦科學與技術提出科學論斷的一位科學家是文藝復興時代的達·芬奇(LeonardoDaVinci,1452—1519),他是一位杰出的工程師和藝術家，他的探索精神使他具有廣泛的研究興趣。除了在哲學和藝術領域卓有成就外，他對摩擦科學與技術方面的研究同樣作出了不朽的貢獻。如在對機器的設計中，觀察到摩擦的約束本質以及摩擦對螺旋千斤頂及齒輪結構的影響；他最先提出了摩擦的科學定義，通過對處于水平和傾斜面上兩物體的摩擦阻力的測量，總結出摩擦力取決于法向載荷而與名義接觸面積無關，并定義摩擦系數是摩擦力與法向載荷之比，并得出其比值為0.25,這是人類對摩擦力進行定量的研究。遺憾的是，這些工作在很長時間都未出版，他的這些工作并沒有對科技產生重大作用。
在16世紀，軸承材料有了很大發(fā)展。1684年，Hooke把鋼軸頸和青銅軸瓦組合成車輪軸承，它比木質軸頸與鐵質軸瓦的組合要好得多。
在此期間，有關摩擦科學和技術領域的文字記錄非常少，直到1699年，法國物理學家阿蒙頓(Amontons)研究了兩個平面之間的干摩擦之后，再次發(fā)現摩擦學的兩個定律：第一，阻止界面滑動的摩擦力與正壓力成正比；第二，摩擦力的大小與接觸面積無關。他在摩擦科學技術方面有其見解，特別是在摩擦阻力的測量方面開展了大量的工作：以銅、鐵、鉛和木材等不同材料組成配對副，并在摩擦時在界面涂抹油脂，采用彈簧加載方法測量系結在彈簧一端的滑頭開始滑動時所需的力。他認為，雖然材料的組合及滑頭大小不同，但所測量的結果基本相近，即摩擦阻力約為法向載荷的1/3。另外，他認真地研究了摩擦過程，認為摩擦阻力是摩擦界面微凸體間互相嚙合的結果，從而揭示了表面粗糙度對摩擦的影響作用，也為古典的摩擦理論——機械學說奠定了基礎。阿蒙頓在摩擦領域的研究使他在摩擦學發(fā)展的占有重要地位。在17世紀末，大學生們的機械設計課程幾乎不考慮摩擦，因而在所有的與運動相關的課程中，機器對摩擦的影響都沒有引起足夠的重視；而摩擦對機器性能的影響在當時已顯得非常明顯，因此他提議在大學機械設計課程中設置摩擦學內容，從此造就了一代代具有摩擦學知識的機械工程師。
這些發(fā)現后來被法國物理學家?guī)靵?/span>(Coulomb)修正，他補充了第三條摩擦定律，即滑動摩擦力與速率無關，并且對靜摩擦和動摩擦作了明確的區(qū)分。可以說，庫侖是18世紀摩擦學領域代表性的人物。為了探討工況因素對摩擦的影響，他將不同材料，在不同的潤滑狀態(tài)、速度、應力和試驗時間(從0.5s到4d)條件下測量其摩擦阻力(對于有些材料，他還考慮了濕度、溫度和真空等環(huán)境因素)。庫侖基于測量結果從如下角度進行了討論：①在“庫侖"接觸過程中材料及表面層的性質；②表面積的范圍；③法向載荷；④接觸時間對摩擦的影響。他得出如下結論：多數情況下，摩擦與載荷成正比而與接觸表面無關；黏附對摩擦有影響，但比例非常小。
幾乎是同一時代，牛頓(Newton)在1668年提出了黏性流體的基本理論。一直到19世紀后期，人們對摩擦科學技術中的潤滑作用才有了科學認識。實際上，人們對流體動力潤滑原理的認識，始于1884年Tower的試驗研究、1886年雷諾(Reynolds)對其進行的理論解釋以及潘曲夫(Petroff)的相關工作。此后，為了提高新型機械的軸承可靠性，流體動力軸承的理論及實踐發(fā)展得非常快。相對于摩擦和潤滑的理論和技術的發(fā)展而言，磨損研究起步較晚，它基于大量的試驗工作。直到20世紀中期，對磨損進行的研究還比較少。霍爾姆(Holm)是最早對磨損研究做出實質性貢獻的先驅者之一。
隨著兩次工業(yè)革命的洗禮以及第三次工業(yè)革命的醞釀，蒸汽時代結束電氣時代的到來，工業(yè)的巨大發(fā)展推動了摩擦科學與技術的發(fā)展，對摩擦科技各方面知識的需求也急速增長，有必要將現有的知識組合產生一門新的學科。
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