静摩擦是摩擦学研究中一个重要的方面,也是基本的组成部分。静摩擦的研究对于工程实际应用和理论研究都有着非常重要的意义。比如在位置控制、测量、装配和制造领域,当它们的精度要求到纳米级或更高时,静摩擦力大小和静摩擦的预位移问题,加载时间对静摩擦系数的影响问题等等,就显得尤为重要。工欲善其事,必先利其器。要想深入全面地研究静摩擦问题,就必须有稳定、可靠、精确度高的静摩擦试验设备。本文在深入分析静摩擦测试技术的关键和设备现状的基础上,研制了一台高精度静摩擦系数测定设备,研究了静摩擦与动摩擦临界转变点确定方法及其与位移的关系,测试分析了金属/金属、金属/高分子材料、金属/漆膜和橡胶/混凝土等摩擦副的静摩擦系数与载荷、驱动速度的关系。通过设计和研究,本文取得的成果和结论如下:(1)研制的高精度静摩擦系数测定设备精度高、稳定性好,为开展有关静摩擦的摩擦学性能研究提供了必备的研究手段。重点解决了以下关键技术问题。a)动力系统采用步进电动机和线性模组的组合,获得了低速切向驱动力源。其中步进电动机可以精确控制转速和转数,最小转速1r/min,线速度0.033mm/s,提供了低速动力;线性模组保证了运动的直线度和平稳度,以及微小的摩擦阻力,提高了试验机的精度。b)测力系统采用直线导轨与S型拉压力传感器的组合技术以及滚珠螺栓加载定位技术,实现了高精度的摩擦学测定。其中直线导轨的高精度、摩擦阻力极小,保证了运动的直线度和平稳度;S型拉压力传感器能自动校正垂向载荷,数据采集频率为100Hz,保证了静摩擦力测量精度;方向力加载装置中安装4颗滚珠螺栓,提供滚动点接触,减少对静摩擦力测量精度的干扰,提高了重力加载系统的精度。c)动力部分和测力部分采用刚性连接,保证了推拉力的有效、即时传递,同时可以准确测量到最大静摩擦力。所研制的高精度静摩擦测定装置主要性能参数是:法向载荷:1.8～100N(加载误差<1%);主轴转速:1～100r/min,直线导轨滑块线速度:0.033～3.300mm/s(速度误差≤5%);静摩擦力测量精度:0.05N(静摩擦力测量示值误差≤0.5%);可靠工作温度:0℃～40℃。(2)关于静摩擦与动摩擦临界转变点的位移表征试验研究发现:在最大静摩擦系数出现之前,上下试样间并不是绝对的相对静止,而是出现了微量的非线性的相对滑动;在本试验装置条件下,最大静摩擦系数基本对应于线性的相对滑动的起始点。(3)对所研制的静摩擦力测定装置的可靠性研究表明:本测定装置具有较高的可靠性。在载荷、速度以及试验环境都相同的条件下,测得的最大静摩擦系数相对误差最大值为4.5%。(4)对四类材料摩擦副的静摩擦系数测定试验发现:上下试样相对移动速度和载荷对不同摩擦副间的最大静摩擦系数均有影响,但是对于不同摩擦副来讲,影响的趋势各有差异。