大学课件之摩擦学-固体摩擦、磨损理论.ppt

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1、第20章固体摩擦、磨损理论主要内容§20-1摩擦的基本特性§20-2摩擦理论§20-3磨损的基本形式§20-1摩擦的基本特性古典摩擦理论(Amonton、Coulomb):摩擦系数仅取决于材料性质,而与表观接触面积,滑动速度和载荷大小无关。静止接触时间的影响跃动现象干摩擦运动并非连续平稳的滑动,而是一物体相对于另一物体断续的滑动,此称跃动现象。滑动速度；接触时间预位移问题：极限位移；静摩擦力§20-2摩擦理论1、机械啮合理论问题超精加工表面间的摩擦系数反而增加表面吸附一层极性分子后,其厚度不及抛光粗糙度的十分之一，摩擦系数极大减小Amontons于1699

2、年提出认为滑动中摩擦能量损耗于粗糙峰的相互啮合,碰撞及弹塑性变形,即粗糙度越小,摩擦系数越低。一、简单摩擦理论§20-2摩擦理论2、分子作用理论Tomlinson于1929年提出分子间电荷力所产生的能量损耗是摩擦的起因,推导出Amontons公式§20-2摩擦理论2、分子作用理论立论依据:接触分子转换所引起的能量损耗应当等于摩擦力作功。所以接触面积摩擦力,与载荷无关,所以越粗糙,实际接触面积越小,因而摩擦系数越小,只是在重载下符合。3、机械－分子摩擦理论无论是机械理论还是分子理论，都是很不完善，得出与粗糙度的关系都是片面的，在英和苏相继建立了两个学派，

3、即粘着理论，摩擦二项式。§20-2摩擦理论1.基本要点：Bowden和Tabor于1945年提出的,观点如下:1)摩擦表面处于塑性接触状态,即实际接触面积很小,峰点压力高,产生塑变二、粘着理论滑动摩擦是粘着与滑动交替发生的跃动过程接触点金属塑性流动,产生瞬时高温,因而使两金属产生粘着,随后在摩擦力作用下,粘着结点被剪切而产生滑动,滑动摩擦就是粘着结点的形成和剪切交替发生的过程。摩擦力是粘着效应和犁沟效应的总和梨沟面剪切面§20-2摩擦理论金属摩擦发生结点焊联这一事实不容置疑。纯净金属在高真空中，确实测出很高的粘着力和摩擦系数。金属在大气中摩擦，分子转移

4、现象也由示踪放射技术所验证。问题：推导出的摩擦学数值与实测结果颇不一致。讨论?矛盾§20-2摩擦理论修正：考虑摩擦切向力对变形的贡献。2.修正粘着理论实际接触面积和接触点变形条件应取决于压应力和剪应力的联合作用。当量应力§20-2摩擦理论表面薄膜摩擦§20-2摩擦理论硬金属粗糙峰嵌入软金属后,在滑动中挤软金属,使之产生塑性流动,在磨粒磨损和擦伤磨损中,它是摩擦力的主要成分。3.犁沟效应屈服性能各向同性粘性犁沟§20-2摩擦理论其中,为单位面积上分子作用产生的摩擦力为分子作用面积为单位面积上机械作用产生的摩擦力为机械作用面积与法向.载荷p的关系三、摩擦二项式定

5、律§20-2摩擦理论二项式用于边界润滑的摩擦系数计算很理想。所以f不是常量,它随A/W比值而变化。§20-2摩擦理论－小结机械－分子摩擦理论摩擦二项式定律机械啮合理论分子作用理论基本粘着理论修正粘着理论犁沟效应简单摩擦理论粘着理论§20-3磨损的基本形式磨损机理摩擦表面作用疲劳磨损粘着磨损磨料磨损腐蚀磨损机械类分子－机械类腐蚀－机械类§20-3磨损的基本形式磨损过程1、表面相互作用2、表面层的变化3、表面层的破坏机械的、组织结构的、物理的、化学的变化擦伤点蚀剥落微观点蚀、剥落胶合二体三体机械的吸引粘着分子的§20-3磨损的基本形式磨损机理疲劳磨损粘着磨损磨料

6、磨损腐蚀磨损§20-3磨损的基本形式一、疲劳磨损相对滚动或滚动兼滑动的表面，在循环接触应力作用下，由于材料疲劳而形成凹坑。1、表面萌生金属表面在循环接触应力作用下,疲劳裂纹发源于材料表层内部的应力集中源,如非金属夹杂物或空穴。裂纹萌生以后，首先顺滚动方向平行于表面扩展，然后分叉延伸到表面，使磨屑剥落后形成凹坑，其断口比较光滑。2、脱层理论认为接触的两表面相对滑动,硬表面的峰顶滑过软表面时,软表面上每点都经受一次循环载荷。由于产生塑性变形，金属表面出现大量位错，塑性变形过程就是位错的移动过程，移动到表面的位错能量得以释放，而在亚表层就会形成位错堆积，从而形成裂

7、纹核，这样，在循环载荷的不断作用下，裂纹就会不断扩展。Fujita等人于1977年对Nicr渗碳纲实验§20-3磨损的基本形式3、点蚀现象点蚀分为宏观点蚀和微观点蚀。宏观点蚀：Way于1935年提出,润滑油在高压下迅速进入裂纹,接触面将裂纹封住，使裂纹油压裂纹向纵深发展油压大，裂纹根部强度不够，折断形成小坑，即点蚀。裂纹深度在200m左右。§20-3磨损的基本形式微观点蚀：认为实际接触在峰顶，每个峰进入接触都产生一个微观应力，其远高于Hertz应力,于是易产生应力集中,出现微裂纹。裂纹深度在20m左右。微观点蚀是宏观点蚀的起因。疲劳磨损的影响因素§

8、20-3磨损的基本形式宏观应力场摩擦副材料材料内部缺