第二章摩擦学概论课件.ppt

1、第二章摩擦学概论Diagram1摩擦是不可摩擦是不可避免的自然避免的自然现象。现象。2磨损是摩擦磨损是摩擦的必然结果的必然结果。3润滑则是改润滑则是改善摩擦、减善摩擦、减缓磨损的有缓磨损的有效方法。效方法。当在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力当在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力的影响而发生相对滑动，或有相对滑动的趋势时，在的影响而发生相对滑动，或有相对滑动的趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这一自然现象接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这一自然现象叫做摩擦，这时所产生的阻力叫做摩擦力。摩擦是一叫做摩擦，这时所产生的阻力叫做摩擦力。摩擦是一种不可逆过程，其结果必然有能量

2、损耗和摩擦表面物种不可逆过程，其结果必然有能量损耗和摩擦表面物质的丧失或迁移，即磨损，磨损会导致表面损坏和材质的丧失或迁移，即磨损，磨损会导致表面损坏和材料损耗。润滑是降低摩擦和减少磨损的有效手段。料损耗。润滑是降低摩擦和减少磨损的有效手段。引言引言 摩擦学是研究有关摩擦、磨损与润滑的科学与技术，摩擦学是研究有关摩擦、磨损与润滑的科学与技术，并把在机械设计中正确运用摩擦学知识与技术，使之并把在机械设计中正确运用摩擦学知识与技术，使之具有良好的摩擦学性能这一过程称为摩擦学设计。具有良好的摩擦学性能这一过程称为摩擦学设计。当然，摩擦在机械中也并非总是有害的，如带传动、当然，摩擦在机械中也并非总是有

3、害的，如带传动、汽车及拖拉机的制动器等正是靠摩擦来工作的，这时汽车及拖拉机的制动器等正是靠摩擦来工作的，这时还要进行增摩技术的研究。这种反方向的研究领域也还要进行增摩技术的研究。这种反方向的研究领域也属于摩擦学的学科范畴。属于摩擦学的学科范畴。摩擦学的研究对于国民经济具有重要意义。据估计，摩擦学的研究对于国民经济具有重要意义。据估计，全世界大约有全世界大约有 的能源以各种形式消耗在摩擦上。的能源以各种形式消耗在摩擦上。而摩擦导致的磨损是机械设备失败的主要原因，大约有而摩擦导致的磨损是机械设备失败的主要原因，大约有80%的损坏零件是由于各种形式的磨损引起的。因此，控的损坏零件是由于各种形式的磨损

4、引起的。因此，控制摩擦，减少磨损，改善润滑性能已成为节约能源和原材制摩擦，减少磨损，改善润滑性能已成为节约能源和原材料、缩短维修时间的重要措施。料、缩短维修时间的重要措施。同时，摩擦学对于提高产品质量、延长机械设备的同时，摩擦学对于提高产品质量、延长机械设备的使用寿命和增加可靠性也有重要作用。由于摩擦学对工农使用寿命和增加可靠性也有重要作用。由于摩擦学对工农生产和人民生活的巨大影响，因而引起世界各国的普遍重生产和人民生活的巨大影响，因而引起世界各国的普遍重视，成为近三十年来迅速发展的技术学科，并得到日益广视，成为近三十年来迅速发展的技术学科，并得到日益广泛的应用。泛的应用。3121 摩擦学问题

5、中各种因素往往错终复杂，涉及到摩擦学问题中各种因素往往错终复杂，涉及到多门学科，例如流体力学、固体力学、流变学、多门学科，例如流体力学、固体力学、流变学、热物理、应用数学、材料科学、物理化学，以及热物理、应用数学、材料科学、物理化学，以及化学和物理学等内容。因此多学科的综合分析是化学和物理学等内容。因此多学科的综合分析是摩擦学研究的显著特点。摩擦学研究的显著特点。由于摩擦学现象发生在表面层，影响因素繁多，由于摩擦学现象发生在表面层，影响因素繁多，这就使得理论分析和实验研究都较为困难，因而理这就使得理论分析和实验研究都较为困难，因而理论与实验研究的相互促进和补充是摩擦学研究的另论与实验研究的相互

6、促进和补充是摩擦学研究的另一个特点。随着理论研究的日益深入和实验技术日一个特点。随着理论研究的日益深入和实验技术日益先进，目前摩擦学研究方法的发展趋势正由宏观益先进，目前摩擦学研究方法的发展趋势正由宏观进入微观；由定性进入定量；由静态进入动态；以进入微观；由定性进入定量；由静态进入动态；以及由单一学科角度的分析进入多学科的综合研究。及由单一学科角度的分析进入多学科的综合研究。第二章第二章 摩擦学概论摩擦学概论 第一节第一节 物体表面的性质物体表面的性质任何摩擦表面都是由许多不同形态的微凸峰和凹任何摩擦表面都是由许多不同形态的微凸峰和凹谷组成。表面几何特性对于混合润滑和干摩擦状态下谷组成。表面几

7、何特性对于混合润滑和干摩擦状态下的摩擦磨损和润滑起着决定性影响，因此，了解和研的摩擦磨损和润滑起着决定性影响，因此，了解和研究表面形貌及其参数是十分有必要的。究表面形貌及其参数是十分有必要的。一、物体的表面一、物体的表面 物体的表面总是凹凸不平的。表面粗糙度是表示物体的表面总是凹凸不平的。表面粗糙度是表示表面凹凸不平的程度，表面愈粗糙，实际接触面积愈表面凹凸不平的程度，表面愈粗糙，实际接触面积愈小，单位面积压力愈大，要求油膜厚度愈大。反之小，单位面积压力愈大，要求油膜厚度愈大。反之粗糙度愈小，实际接触面积愈大，单位面积压力愈小粗糙度愈小，实际接触面积愈大，单位面积压力愈小，要求油膜厚度也就可以

8、小一些。，要求油膜厚度也就可以小一些。（3）滑动表面的磨粒数增加，犁沟作用增大，摩擦系数急剧上升。起动摩擦阻力小，节能；按相对运动的位移特征分类两表面间应该具有足够大的相对运动速度，其运动方向从楔形较大较小的一端；接触表面的宏观面积，由接触物体的外部尺寸决定。润滑剂的分子链环具有较强分子吸引力，能阻止表面微凸体将润滑剂膜穿透，因而可以缓和磨损过程该学说的摩擦系数:f=fi/Ni=F/N=tan斯特里贝克Stribeck曲线不同的摩擦状态表现出的摩擦系数不同，Stribeck曲线表现了这些摩擦状态，u、p分别表示速度、润滑剂粘度和压力。应选用疲劳强度高、防腐性能好、耐磨耐高温的新钢种、新材料。在

9、某些新的摩擦表面上，因接触点较少，压力较大，容易产生小麻点状的点蚀。摩擦力是粘着效应和犁沟效应产生阻力的总和:粘着结点的剪切常发生在软材料内部，造成磨损中材料的迁移现象。不同金属的摩擦副，由于互溶性差，不易发生粘着，摩擦因数一般较低。吸附能力越强，油性越好。当机械的运动速度很低，而载荷又很太时，即使用粘度很大的润滑油也很难在摩擦表面间形成完整的油层。国产润滑脂牌号是以针入度大小为依据划六、摩擦时表面上发生的现象两表面间应该具有足够大的相对运动速度，其运动方向从楔形较大较小的一端；物体表面同相对静止的接触持续时间越长，摩擦系数增大。任何摩擦表面都是由许多不同形态的微凸峰和凹谷组成。（1）概念在外

10、载荷的作用下，两表面的微凸体之间的接触压力很大，造成接触点的粘着(冷焊)。表面形貌组成表面形貌组成 固体表面的微观几何形状，即形状公差固体表面的微观几何形状，即形状公差、波纹度和表面粗糙度统称为表面形貌、波纹度和表面粗糙度统称为表面形貌。二、表面结构二、表面结构:加工后的表面金属表面组成是复杂的，微加工后的表面金属表面组成是复杂的，微观是凹凸不平的微凸体，而且与环境介质观是凹凸不平的微凸体，而且与环境介质发生相互作用。大致分为发生相互作用。大致分为5个部分。个部分。污染层油污、灰尘污染层油污、灰尘吸附层液体、气体吸附层液体、气体氧化层氧化物氧化层氧化物 金属表面组成贝氏层加工中表面分子层熔化和

11、表面分子层流贝氏层加工中表面分子层熔化和表面分子层流 动产生的冷硬层，晶粒很细，有利于耐磨。动产生的冷硬层，晶粒很细，有利于耐磨。变形层机加工过程中形成的变质层。变形层机加工过程中形成的变质层。金属表面组成观是凹凸不平的微凸体，而且与环境介质如图23中的AB段，经过磨合，摩擦表面发生加工硬化，微观几何形状改变，建立了弹塑性接触条件。流体摩擦以流体层隔开相对运动表面时的摩擦，即由流体的粘性阻力或流变阻力引起的摩擦。大小与载荷和表面几何形状有关，约占名义接触面积的515%。是摩擦表面在很宽的速度范围内以及静止状态下都能承受外力作用而不发生磨损。例如水泵、水轮机，气力输送管道、火箭尾都喷管等产生的磨

12、损。摩擦表面材料微体积受循环接触应力作用，产生重复变形，导致裂纹和分离出微片或颗粒，形成疲劳磨损。3)极压性能需依靠添加抗磨极压剂(硫、磷、氯的有机极性化合物)来改善这种性能。保证供给适量的润滑剂，防止缺油和漏油；一般取脂的工作温度低于该脂的滴点2030。剪切力与犁沟作用的总和就构成了摩擦阻力:（3）滑动表面的磨粒数增加，犁沟作用增大，摩擦系数急剧上升。不同金属的摩擦副，由于互溶性差，不易发生粘着，摩擦因数一般较低。3急剧磨损阶段(III阶段)4)闪点和燃点应选用闪点高于工作温度2030C的油。磨损在固体摩擦表面上物质不断损耗的过程叫作磨损。1.接触的本质两个粗糙表面在载荷作用下相互接接触的本

13、质两个粗糙表面在载荷作用下相互接触时，最先是两表面上一些较高的微凸体发生触时，最先是两表面上一些较高的微凸体发生接触，这些不连续的微小接触点的变形构成了接触，这些不连续的微小接触点的变形构成了真实的接触面积。随着载荷的的增加，其它次真实的接触面积。随着载荷的的增加，其它次高微凸体也逐渐发生接触。高微凸体也逐渐发生接触。2.接触表面的相互作用接触表面的相互作用 （1）分子相互作用，即粘着）分子相互作用，即粘着:接触只在少数较接触只在少数较高微凸体上产生，实际接触面积很小，接触点高微凸体上产生，实际接触面积很小，接触点上的应力很大，在接触点处发生塑性流动、粘上的应力很大，在接触点处发生塑性流动、粘

14、着或冷焊。金属间的焊合性能将摩擦副分着或冷焊。金属间的焊合性能将摩擦副分3类完类完全焊合全焊合(PbCu,AlCu)、部分焊合、部分焊合(ZnFe,AlFe)和和有限焊合有限焊合(MgFe,AgFe)摩擦副。摩擦副。(2)机械相互作用材料不发生粘着而是产生一机械相互作用材料不发生粘着而是产生一定的变形和位移以适应相对运动。定的变形和位移以适应相对运动。三、三、固体表面的接触固体表面的接触v名义接触面积名义接触面积Anv 接触表面的宏观面积，由接触物体的外接触表面的宏观面积，由接触物体的外部尺寸决定。部尺寸决定。(2)轮廓接触面积轮廓接触面积Ap 接触表面被压扁部分形成的面积，即在波接触表面被压

15、扁部分形成的面积，即在波纹度的波峰上形成的接触面积。是一种假设纹度的波峰上形成的接触面积。是一种假设接触面积，接触面积，大小与载荷和表面几何形状有关，约占名大小与载荷和表面几何形状有关，约占名义接触面积的义接触面积的515%。(3)实际接触面积实际接触面积Ar 物体真实接触面积的总和，两接触物体通物体真实接触面积的总和，两接触物体通过表面微凸体直接传递界面相互作用，发生过表面微凸体直接传递界面相互作用，发生变形而产生的微接触面积之和。为名义接触变形而产生的微接触面积之和。为名义接触面积的面积的0.010.1%，黑点表示的接触面积。，黑点表示的接触面积。实际接触面积的部分特性实际接触面积的部分特

16、性（1 1）由于表面粗糙度具有离散性，）由于表面粗糙度具有离散性，其接触也同样具有离散性。其接触也同样具有离散性。（2 2）实际接触点是由塑性变形和）实际接触点是由塑性变形和弹性变形共同作用的结果。弹性变形共同作用的结果。（3 3）实际接触面积随载荷的增大）实际接触面积随载荷的增大而增大，接触点处的平均面积几而增大，接触点处的平均面积几乎保持不变。乎保持不变。（4 4）实际接触面积的增加主要是）实际接触面积的增加主要是由于接触点数的增加。由于接触点数的增加。滴点愈高，耐热性愈好，脂允许的工作温度也高。斯特里贝克Stribeck曲线不同的摩擦状态表现出的摩擦系数不同，Stribeck曲线表现了这

17、些摩擦状态，u、p分别表示速度、润滑剂粘度和压力。金属材料基本符合，粘弹性显著的弹性材料，与滑动速度有关。原因在于理想粗糙表面模型过于简化。2)扩展性疲劳磨损（4）摩擦系数与滑动速度无关。3)极压性能需依靠添加抗磨极压剂(硫、磷、氯的有机极性化合物)来改善这种性能。气泡形成和溃灭的反复作用，使零件表面产生疲劳破坏，出现麻点直至扩展为海绵状空穴，这种磨损称气蚀磨损。作用在两接触面上的循环接触应力较大由于材料塑性差或润滑不当，在磨合阶段就产生小麻点，经过一段时间，小麻点发展成痘斑状凹坑，使零件迅速失效。气泡形成和溃灭的反复作用，使零件表面产生疲劳破坏，出现麻点直至扩展为海绵状空穴，这种磨损称气蚀磨

18、损。1表面的污染如表面热处理(钢的表面淬火等)、表面化学热处理(钢的表面渗碳、渗氮等)、喷涂、喷焊、镀层、沉积、离子注入、滚压、喷丸等，改善表面的耐磨性。确定正确的润滑方式和润滑方法，设计合理的润滑装置和系统；磨粒磨损有凿削式、高应力碾碎式及低应力擦伤式等三种形式。4)闪点和燃点应选用闪点高于工作温度2030C的油。脱落颗粒和新露出的金属表面与大气中的氧起反应生成氧化物。（6）硬表面的表面粗糙度达到最佳值，软表面也可能达到同样光滑，摩擦系数趋于平稳。*通常认为实际接触面积与载荷保持线性关系，从理想粗糙表面模型分析表明，只有塑性状态这一关系才成立，而弹性接触为非线性关系。选用合适的润滑剂和润滑方

19、法，用理想的流体摩擦取代干摩擦，这是减少摩擦和磨损的最有效方法。*对于塑性接触状态，实际接触面积与对于塑性接触状态，实际接触面积与载荷成正比。载荷成正比。*通常认为实际接触面积与载荷保持线性关通常认为实际接触面积与载荷保持线性关系，从理想粗糙表面模型分析表明，只有系，从理想粗糙表面模型分析表明，只有塑性状态这一关系才成立，而弹性接触为塑性状态这一关系才成立，而弹性接触为非线性关系。原因在于理想粗糙表面模型非线性关系。原因在于理想粗糙表面模型过于简化。过于简化。摩擦的定义摩擦的定义两个接触物体表面在外力两个接触物体表面在外力作用下相互接触并作相对作用下相互接触并作相对运动或有运动趋势时，在运动或

20、有运动趋势时，在接触面之间产生的切向运接触面之间产生的切向运动阻力称为摩擦力，这种动阻力称为摩擦力，这种现象就是摩擦。现象就是摩擦。第二节第二节 摩摩 擦擦一一.摩擦的分类摩擦的分类1.1.摩擦按摩擦副运动状态可分为摩擦按摩擦副运动状态可分为静摩擦两物体表面产生接触，有相对运动趋势静摩擦两物体表面产生接触，有相对运动趋势但尚未产生相对运动时的摩擦。但尚未产生相对运动时的摩擦。动摩擦两相对运动表面之间的摩擦。动摩擦两相对运动表面之间的摩擦。2.2.按相对运动的位移特征分类按相对运动的位移特征分类滑动摩擦两接触物体接触点具有不同速度和滑动摩擦两接触物体接触点具有不同速度和(或或)方向时方向时的摩擦

21、。的摩擦。滚动摩擦两接触物体接触点的速度之大小和方向相同时滚动摩擦两接触物体接触点的速度之大小和方向相同时的摩擦。的摩擦。自旋摩擦两接触物体环绕其接触点处的公法线相对旋转自旋摩擦两接触物体环绕其接触点处的公法线相对旋转时的摩擦。时的摩擦。3.3.按表面润滑状态分类按表面润滑状态分类干摩擦两表面之间即无润滑剂又无湿气的摩擦。干摩擦两表面之间即无润滑剂又无湿气的摩擦。边界摩擦边界膜隔开相对运动表面时的摩擦。边界摩擦边界膜隔开相对运动表面时的摩擦。流体摩擦以流体层隔开相对运动表面时的摩擦，即由流流体摩擦以流体层隔开相对运动表面时的摩擦，即由流体的粘性阻力或流变阻力引起的摩擦。体的粘性阻力或流变阻力引

22、起的摩擦。混合摩擦半干摩擦和半流体摩擦的统称。混合摩擦半干摩擦和半流体摩擦的统称。4.4.斯特里贝克斯特里贝克StribeckStribeck曲线曲线 不同的摩擦状态表现出的摩擦系数不同，不同的摩擦状态表现出的摩擦系数不同，StribeckStribeck曲线表现了这些摩擦状态，曲线表现了这些摩擦状态，u u、p p 分别表示速度、润滑剂粘度和压力。分别表示速度、润滑剂粘度和压力。三、摩擦定律三、摩擦定律库仑摩擦定律库仑摩擦定律1.古典摩擦定律古典摩擦定律(称为阿蒙顿库仑定律称为阿蒙顿库仑定律):（1）摩擦力和载荷成正比，即）摩擦力和载荷成正比，即 F=f N。除了在重载荷。除了在重载荷下实际

23、接触面积接近表观面积外，都是正确的。可适下实际接触面积接近表观面积外，都是正确的。可适用于一般工程实际。但对一些极硬或软的材料，摩擦用于一般工程实际。但对一些极硬或软的材料，摩擦力和法向载荷间并不是线性的正比关系。力和法向载荷间并不是线性的正比关系。（2）摩擦系数与（名义）接触面积无关。有其局限性）摩擦系数与（名义）接触面积无关。有其局限性。一般仅对具有屈服极限的材料如金属材料是满足的。一般仅对具有屈服极限的材料如金属材料是满足的，不适于弹性和粘弹性材料。当两表面加工得很光滑，不适于弹性和粘弹性材料。当两表面加工得很光滑、很清洁时，如块规，它们之间会出现强烈的分子吸、很清洁时，如块规，它们之间

24、会出现强烈的分子吸引力，此时摩擦力与接触面积不成正比。实际上应说引力，此时摩擦力与接触面积不成正比。实际上应说成是与名义面积无关而与真实接触面积有关。成是与名义面积无关而与真实接触面积有关。（3）静摩擦系数大于动摩擦系数。不适于粘弹性材料，）静摩擦系数大于动摩擦系数。不适于粘弹性材料，尽管改材料究竟是否具有静摩擦系数还没定论。尽管改材料究竟是否具有静摩擦系数还没定论。（4）摩擦系数与滑动速度无关。金属材料基本符合，）摩擦系数与滑动速度无关。金属材料基本符合，粘弹性显著的弹性材料，与滑动速度有关。粘弹性显著的弹性材料，与滑动速度有关。在一般情况下是对的，但在近代弹性流体动压润滑理在一般情况下是对

25、的，但在近代弹性流体动压润滑理论中就不适用。论中就不适用。当温度在100度以上时，油很快就被氧化。为摩擦阻力是由机械变形抗力和分子引力的综合，并非常量，用摩擦二项式定律表示针入度愈小，润滑脂愈稠，承载能力强，密封性能好；利用摩擦表面形状和相对运动，使润滑油自然产生油压，把接触着的两个表面分开，这种情况称为液体动压润滑另外，溶解在液体中的气体也会析出形成气泡，一旦气泡运动到高压区，高压大于气泡压力，气泡遭到溃灭，瞬间产生极大的冲击力和高温。增加了冲击，润滑油膜易破坏，磨损速度急剧增加，致使机械效率下降，精度降低，出现异常的噪声和振动，最后导致意外事故。2使摩擦表面发生变化通过一套液压供油系统，将

26、具有一定压力的高压油强行供到摩擦表面的间隙中，使两相对运动的摩擦表面，在运动之前就被高压油分隔开，从而保证运动副在承受一定载荷情况下，完全处于液体润滑状态，称为液体静压润滑。经过B点后，由于摩擦条件发生较大的变化，如温度快速增加，金属组织发生变化。b、s分别是较软材料的剪切强度极限（或界面4)闪点和燃点应选用闪点高于工作温度2030C的油。不适于粘弹性材料，尽管改材料究竟是否具有静摩擦系数还没定论。两个接触物体表面在外力（4）摩擦系数与滑动速度无关。特点是磨损量与时间成正比增加。作用在两接触面上的循环接触应力较大由于材料塑性差或润滑不当，在磨合阶段就产生小麻点，经过一段时间，小麻点发展成痘斑状

27、凹坑，使零件迅速失效。吸附能力越强，油性越好。磨粒磨损有凿削式、高应力碾碎式及低应力擦伤式等三种形式。其表现为物体尺寸或形状的改变、表面质量的变化。在载荷继续作用下，形成凹坑。在不同的润滑条件下，摩擦因数差异很大，如洁净无润滑的表面摩擦因数为0.v四、摩擦机理四、摩擦机理v1机械理论机械理论v2分子理论分子理论 v3分子分子机械理论机械理论v4粘着理论粘着理论v5能量理论能量理论*v 滑动摩擦理论滑动摩擦理论1.1.机械啮合学说机械啮合学说 摩擦是由表面粗糙不平的凸起之摩擦是由表面粗糙不平的凸起之间的机械啮合作用的结果，解释了间的机械啮合作用的结果，解释了表面越粗糙，摩擦系数越大的现象表面越粗

28、糙，摩擦系数越大的现象，但无法解释经过精密研磨的洁净，但无法解释经过精密研磨的洁净表面的摩擦系数反而增大的现象。表面的摩擦系数反而增大的现象。该学说的摩擦系数该学说的摩擦系数:f=fi f=fi/Ni=F/N=tan /Ni=F/N=tan v 是接触微凸体的倾斜角。是接触微凸体的倾斜角。2.2.分子吸引理论分子吸引理论当两表面的材料分子接近时，分子当两表面的材料分子接近时，分子之间的吸引作用是产生摩擦阻力的之间的吸引作用是产生摩擦阻力的假说，利用分子力与分子之间距离假说，利用分子力与分子之间距离的关系导出了摩擦系数与接触面积的关系导出了摩擦系数与接触面积成正比成正比 F=f(N+pAr)F=

29、f(N+pAr)p p为分子引力，为分子引力，ArAr为真实接触面积为真实接触面积但这结果与试验结果不一致但这结果与试验结果不一致3.3.分子分子机械理论机械理论克拉盖尔斯基克拉盖尔斯基19391939年提出分子机械摩擦年提出分子机械摩擦理论，认理论，认为摩擦阻力是由机械变形抗力和分子引为摩擦阻力是由机械变形抗力和分子引力的综合，并非常量，用摩擦二项式力的综合，并非常量，用摩擦二项式定律表示定律表示 f=Ar/N+f=Ar/N+如果如果=b=b，则分子分量与下述的粘着，则分子分量与下述的粘着是一致的。是一致的。金属的，金属的，塑料的塑料的=0.06=0.060.12 =0.0170.12 =0

30、.0170.060.06。4.4.粘着理论粘着理论 （1 1）概念在外载荷的作用下，两表面的微凸体之间）概念在外载荷的作用下，两表面的微凸体之间的接触压力很大，造成接触点的粘着的接触压力很大，造成接触点的粘着(冷焊冷焊)。当相对。当相对滑动时，粘着点被剪断。如果两表面的硬度不同，滑动时，粘着点被剪断。如果两表面的硬度不同，硬的微凸体还会在软表面上产生犁沟。剪切力与犁硬的微凸体还会在软表面上产生犁沟。剪切力与犁沟作用的总和就构成了摩擦阻力沟作用的总和就构成了摩擦阻力 :F=Wb/s F=Wb/s =F/W=b/s =F/W=b/s b b、ss分别是较软材料的剪切强度极限（或界面分别是较软材料的

31、剪切强度极限（或界面 剪切强度）和屈服极限。剪切强度）和屈服极限。(2)(2)粘着理论基本要点粘着理论基本要点摩擦表面处于塑性接触状态摩擦表面处于塑性接触状态:实际接触面只占名义面积很实际接触面只占名义面积很小部分，接触点处应力达到受压屈服极限产生塑性变小部分，接触点处应力达到受压屈服极限产生塑性变形后，接触点的应力不再改变，只能靠扩大接触面积形后，接触点的应力不再改变，只能靠扩大接触面积承受继续增加的载荷。承受继续增加的载荷。滑动摩擦是粘着与滑动交替发生的跃动过程滑动摩擦是粘着与滑动交替发生的跃动过程:接触点处于接触点处于塑性流动状态，在摩擦中产生瞬时高温，使金属产生塑性流动状态，在摩擦中产

32、生瞬时高温，使金属产生粘着，粘着结点有很强的粘着力，随后在摩擦力作用粘着，粘着结点有很强的粘着力，随后在摩擦力作用下，粘结点被剪切产生滑动。下，粘结点被剪切产生滑动。v 摩擦力是粘着效应和犁沟效应产生阻力的总和摩擦力是粘着效应和犁沟效应产生阻力的总和:粘着粘着结点的剪切常发生在软材料内部，造成磨损中材料结点的剪切常发生在软材料内部，造成磨损中材料的迁移现象。的迁移现象。*两点说明两点说明:(1)(1)上式表明，摩擦力与载荷成正比，与名义接触面积上式表明，摩擦力与载荷成正比，与名义接触面积无关，摩擦系数决定于较软材料的力学性质无关，摩擦系数决定于较软材料的力学性质.(2)(2)实验证明，接触点上

33、的变形阻力和分子间作用力相实验证明，接触点上的变形阻力和分子间作用力相比很小，可以忽略不计。比很小，可以忽略不计。b 是黏结点上分子键的剪是黏结点上分子键的剪切强度极限，切强度极限，s 是材料的受压屈服极限。是材料的受压屈服极限。v犁沟效应犁沟效应v犁沟效应是硬金属的粗糙峰嵌入犁沟效应是硬金属的粗糙峰嵌入软金属后，在滑动中推挤软金属软金属后，在滑动中推挤软金属，产生塑性流动并划出一条沟槽，产生塑性流动并划出一条沟槽。犁沟效应的阻力是摩擦力的组。犁沟效应的阻力是摩擦力的组成部分，在磨粒磨损和擦伤磨损成部分，在磨粒磨损和擦伤磨损中，为主要力量。中，为主要力量。6.6.滑动摩擦机理分析滑动摩擦机理分

34、析两相对滑动表面摩擦系数是微凸体变形、磨粒和微凸两相对滑动表面摩擦系数是微凸体变形、磨粒和微凸体犁沟以及表面粘着综合作用的结果，可以把摩体犁沟以及表面粘着综合作用的结果，可以把摩擦特性和时间的关系分几个典型阶段描述擦特性和时间的关系分几个典型阶段描述 （1 1）表面被污染，摩擦系数主要取决于材料组合）表面被污染，摩擦系数主要取决于材料组合、表面特性和环境条件。、表面特性和环境条件。（2 2）粘着起作用，摩擦系数开始上升，如果微凸）粘着起作用，摩擦系数开始上升，如果微凸体断裂，产生的磨粒将产生犁沟作用，使摩擦系数体断裂，产生的磨粒将产生犁沟作用，使摩擦系数升高。升高。（3 3）滑动表面的磨粒数增

35、加，犁沟作用增大，摩）滑动表面的磨粒数增加，犁沟作用增大，摩擦系数急剧上升。擦系数急剧上升。（4 4）进入和离开界面的磨粒数相等时，摩擦系数）进入和离开界面的磨粒数相等时，摩擦系数保持不变，即稳定摩擦状态。保持不变，即稳定摩擦状态。（5 5）硬表面的微凸体被逐渐磨平，形成光滑表面，）硬表面的微凸体被逐渐磨平，形成光滑表面，磨粒不能黏附在光滑的表面，犁沟作用减弱。同磨粒不能黏附在光滑的表面，犁沟作用减弱。同时微凸体变形也减弱，摩擦系数有所下降。时微凸体变形也减弱，摩擦系数有所下降。（6 6）硬表面的表面粗糙度达到最佳值，软表面也可）硬表面的表面粗糙度达到最佳值，软表面也可能达到同样光滑，摩擦系数

36、趋于平稳。能达到同样光滑，摩擦系数趋于平稳。（7 7）如果硬表面不是静止的，而是相对于静表面运）如果硬表面不是静止的，而是相对于静表面运动的，则硬表面将始终是粗糙的，后两个阶段不动的，则硬表面将始终是粗糙的，后两个阶段不可能实现。可能实现。五、影响摩擦的因素五、影响摩擦的因素 1润滑条件润滑条件 在不同的润滑条件下，摩擦因数差异很大，如在不同的润滑条件下，摩擦因数差异很大，如洁净无润滑的表面摩擦因数为洁净无润滑的表面摩擦因数为0.30.5；而在液体动；而在液体动压润滑的表面上摩擦因数为压润滑的表面上摩擦因数为0.0010.01。2表面氧化膜表面氧化膜 在一般情况下，由于表面氧化膜的塑性和机械强

37、在一般情况下，由于表面氧化膜的塑性和机械强度比金属材料差，在摩擦过程中，膜先被破坏，金度比金属材料差，在摩擦过程中，膜先被破坏，金属表面不易发生粘着，使摩擦因数降低，磨损减少属表面不易发生粘着，使摩擦因数降低，磨损减少。纯净金属材料的摩擦副不存在表面氧化膜，摩擦。纯净金属材料的摩擦副不存在表面氧化膜，摩擦因数都较高。在摩擦表面上涂上铟、镉、铅等软金因数都较高。在摩擦表面上涂上铟、镉、铅等软金属，能有效地降低摩擦因数。属，能有效地降低摩擦因数。v 3材料性质材料性质v 相同金属或互溶性较大的金属摩擦副易相同金属或互溶性较大的金属摩擦副易发生粘着，摩擦因数增高；不同金属的摩擦发生粘着，摩擦因数增高

38、；不同金属的摩擦副，由于互溶性差，不易发生粘着，摩擦因副，由于互溶性差，不易发生粘着，摩擦因数一般较低。数一般较低。v4载荷载荷v 在弹性接触的情况下，由于真实接触面在弹性接触的情况下，由于真实接触面积与载荷有关，摩擦因数将随载荷的增加而积与载荷有关，摩擦因数将随载荷的增加而越过一极大值，当载荷足够大时，真实接触越过一极大值，当载荷足够大时，真实接触面积变化很小，因而使摩擦因数趋于稳定。面积变化很小，因而使摩擦因数趋于稳定。在弹塑性接触情况下，材料的摩擦因数随载在弹塑性接触情况下，材料的摩擦因数随载荷的增大而越过一极大值，然后随载荷的增荷的增大而越过一极大值，然后随载荷的增加而逐渐减小。加而逐

39、渐减小。v5滑动速度滑动速度v在一般情况下，摩擦因数随滑动速度的在一般情况下，摩擦因数随滑动速度的增加而升高，越过一极大值后，又随滑动增加而升高，越过一极大值后，又随滑动速度的增加而降低。有时摩擦因数随滑动速度的增加而降低。有时摩擦因数随滑动速度的减小而增大，并不是由于速度的直速度的减小而增大，并不是由于速度的直接影响，而是速度减小时摩擦表面粗糙凸接影响，而是速度减小时摩擦表面粗糙凸起相互作用的时间长了，使它们发生塑性起相互作用的时间长了，使它们发生塑性变形和增大实际接触面积。变形和增大实际接触面积。v 6静止接触的持续时问静止接触的持续时问v 物体表面同相对静止的接触持续时间越长，摩擦物体表

40、面同相对静止的接触持续时间越长，摩擦系数增大。系数增大。v 7温度温度v摩擦副相互滑动时，温度的变化使表面材料的性摩擦副相互滑动时，温度的变化使表面材料的性质发生改变，从而影响摩擦因数。质发生改变，从而影响摩擦因数。v 8表面粗糙度表面粗糙度 v 在塑性接触的情况下，由于表面粗糙度对真实在塑性接触的情况下，由于表面粗糙度对真实接触面积的影响不大，因此可认为摩擦因数不受影响接触面积的影响不大，因此可认为摩擦因数不受影响，保持为一定值。对弹性或弹塑性接触的干摩擦，当，保持为一定值。对弹性或弹塑性接触的干摩擦，当表面粗糙度达到使表面分子吸引力有效地发挥作用时表面粗糙度达到使表面分子吸引力有效地发挥作

41、用时，机械啮合理论不能适用，表面粗糙度愈小，真实接，机械啮合理论不能适用，表面粗糙度愈小，真实接触面积愈大，摩擦因数也愈大。触面积愈大，摩擦因数也愈大。v 六、摩擦时表面上发生的现象六、摩擦时表面上发生的现象 v1表面的污染表面的污染 v2金属的转移金属的转移v3温度作用温度作用v4产生振动产生振动v5预位移预位移 第三节第三节 磨磨 损损v磨损在固体摩擦表面上物质不断损耗的过磨损在固体摩擦表面上物质不断损耗的过程叫作磨损。其表现为物体尺寸或形状的改变程叫作磨损。其表现为物体尺寸或形状的改变、表面质量的变化。使机械零件丧失精度，影、表面质量的变化。使机械零件丧失精度，影响使用寿命与可靠性。响使

42、用寿命与可靠性。v一、磨损的实质一、磨损的实质v1磨损是物体在摩擦中相互作用的结果磨损是物体在摩擦中相互作用的结果 例如水泵、水轮机，气力输送管道、火箭尾都喷管等产生的磨损。经过B点后，由于摩擦条件发生较大的变化，如温度快速增加，金属组织发生变化。通过一套液压供油系统，将具有一定压力的高压油强行供到摩擦表面的间隙中，使两相对运动的摩擦表面，在运动之前就被高压油分隔开，从而保证运动副在承受一定载荷情况下，完全处于液体润滑状态，称为液体静压润滑。其表现为物体尺寸或形状的改变、表面质量的变化。当然，摩擦在机械中也并非总是有害的，如带传动、汽车及拖拉机的制动器等正是靠摩擦来工作的，这时还要进行增摩技术

43、的研究。4)闪点和燃点应选用闪点高于工作温度2030C的油。4)闪点和燃点应选用闪点高于工作温度2030C的油。选用合适的润滑剂和润滑方法，用理想的流体摩擦取代干摩擦，这是减少摩擦和磨损的最有效方法。接触表面的宏观面积，由接触物体的外部尺寸决定。随着理论研究的日益深入和实验技术日益先进，目前摩擦学研究方法的发展趋势正由宏观进入微观；斯特里贝克Stribeck曲线不同的摩擦状态表现出的摩擦系数不同，Stribeck曲线表现了这些摩擦状态，u、p分别表示速度、润滑剂粘度和压力。大小与载荷和表面几何形状有关，约占名义接触面积的515%。针入度愈小，润滑脂愈稠，承载能力强，密封性能好；原因在于理想粗糙

44、表面模型过于简化。润滑剂在表面所生成的膜具有较低的剪切强度，即摩擦力较小；不适于粘弹性材料，尽管改材料究竟是否具有静摩擦系数还没定论。一般取脂的工作温度低于该脂的滴点2030。(4)摩擦表面间材料的转移极压性能-润滑膜承受载荷而不被挤出摩擦表面,导致摩擦面缺少润滑的能力在不同的润滑条件下，摩擦因数差异很大，如洁净无润滑的表面摩擦因数为0.v零件的工作表面在摩擦中产生磨损。在磨零件的工作表面在摩擦中产生磨损。在磨损过程中，零件不仅改变外形和尺寸，从摩损过程中，零件不仅改变外形和尺寸，从摩擦表面上分离出材料颗粒，或在表面上产生擦表面上分离出材料颗粒，或在表面上产生残留变形，而且还会发生各种物理、化

45、学和残留变形，而且还会发生各种物理、化学和机械的现象。机械的现象。v 表面摩擦的多次重复作用使表面上的材料产表面摩擦的多次重复作用使表面上的材料产生疲劳裂纹和微观鳞状物，并以颗粒的形式生疲劳裂纹和微观鳞状物，并以颗粒的形式脱落下来。脱落下来。v2使摩擦表面发生变化使摩擦表面发生变化v 摩擦时，零件表面微观凹凸不平的相互接摩擦时，零件表面微观凹凸不平的相互接触处会发生弹性或塑性变形。它会产生一连串触处会发生弹性或塑性变形。它会产生一连串派生的物理、化学和力学变化。主要有热的作派生的物理、化学和力学变化。主要有热的作用、氧化作用、机械作用、疲劳作用，从而导用、氧化作用、机械作用、疲劳作用，从而导致

46、材料的磨损。致材料的磨损。v(1)表面微观裂纹的生成及其破坏作用表面微观裂纹的生成及其破坏作用v(2)化学反应过程化学反应过程v(3)润滑剂作用润滑剂作用v(4)摩擦表面间材料的转移摩擦表面间材料的转移这一阶段磨损趋于稳定、缓慢，工作时间可以延续很长。实际上应说成是与名义面积无关而与真实接触面积有关。运动粘度滴点愈高，耐热性愈好，脂允许的工作温度也高。二、典型磨损过程（3）实际接触面积随载荷的增大而增大，接触点处的平均面积几乎保持不变。大小与载荷和表面几何形状有关，约占名义接触面积的515%。气蚀和冲蚀磨损统称浸蚀磨损。如石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯、尼龙、铅等。能适应各种不同的要求。7)机械杂

47、质 8)水分9)其它第二章摩擦学概论经磨合后，接触面积扩大，实际压力降低，小麻点停止扩展。一般取脂的工作温度低于该脂的滴点2030。表面摩擦的多次重复作用使表面上的材料产生疲劳裂纹和微观鳞状物，并以颗粒的形式脱落下来。吸附能力越强，油性越好。(1)浸蚀磨损表面粗糙度是表示表面凹凸不平的程度，表面愈粗糙，实际接触面积愈小，单位面积压力愈大，要求油膜厚度愈大。气泡形成和溃灭的反复作用，使零件表面产生疲劳破坏，出现麻点直至扩展为海绵状空穴，这种磨损称气蚀磨损。作用在两接触面上的循环接触应力较大由于材料塑性差或润滑不当，在磨合阶段就产生小麻点，经过一段时间，小麻点发展成痘斑状凹坑，使零件迅速失效。v

48、二、典型磨损过程二、典型磨损过程v 1磨合阶段磨合阶段(I阶段阶段)v新的摩擦副表面具有一定的表面粗糙度。新的摩擦副表面具有一定的表面粗糙度。在载荷作用下，实际接触面积较小，故接触应在载荷作用下，实际接触面积较小，故接触应力很大。因此，在运行初期，表面的塑性变形力很大。因此，在运行初期，表面的塑性变形与磨损的速度较快。随着磨合的进行，摩擦表与磨损的速度较快。随着磨合的进行，摩擦表面粗糙峰逐渐磨平，实际接触面积逐渐增大，面粗糙峰逐渐磨平，实际接触面积逐渐增大，表面应力减小，磨损减缓。表面应力减小，磨损减缓。v2稳定磨损阶段稳定磨损阶段(阶段阶段)v如图如图23中的中的AB段，经过磨合，摩擦表面段

49、，经过磨合，摩擦表面发生加工硬化，微观几何形状改变，建立了发生加工硬化，微观几何形状改变，建立了弹塑性接触条件。这一阶段磨损趋于稳定、弹塑性接触条件。这一阶段磨损趋于稳定、缓慢，工作时间可以延续很长。特点是磨损缓慢，工作时间可以延续很长。特点是磨损量与时间成正比增加。量与时间成正比增加。vv 3急剧磨损阶段急剧磨损阶段(III阶段阶段)v如图如图23中曲线中曲线B点以右部分。经过点以右部分。经过B点后，由于摩擦条件发生较大的变化，如点后，由于摩擦条件发生较大的变化，如温度快速增加，金属组织发生变化。增加了温度快速增加，金属组织发生变化。增加了冲击，润滑油膜易破坏，磨损速度急剧增加冲击，润滑油膜

50、易破坏，磨损速度急剧增加，致使机械效率下降，精度降低，出现异常，致使机械效率下降，精度降低，出现异常的噪声和振动，最后导致意外事故。的噪声和振动，最后导致意外事故。v磨损规律的意义磨损规律的意义v 第一，了解机件一般工作在稳定磨损第一，了解机件一般工作在稳定磨损阶段，一旦转入急剧磨损阶段，机件必须阶段，一旦转入急剧磨损阶段，机件必须进行修复或更换。进行修复或更换。v 第二，磨损的发展过程是由自然第二，磨损的发展过程是由自然(正常的正常的)磨损和事故磨损和事故(过早的、迅速增长的或突然发过早的、迅速增长的或突然发生意外的生意外的)磨损组成。自然磨损是不可避免磨损组成。自然磨损是不可避免的，事故磨