摩擦与磨损原理

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1、摩擦与磨损原理（复习资料）摩擦学定义：摩擦学是研究作相对运动的相互作用表面及其有关的理论和实践的一门科学技术。摩擦学又是一门涉及多学科的边缘学科，其涉及的主要学科为物理学、化学、机械工程、断裂力学、材料力学、流体力学等等。摩擦学涉及领域广泛，主要的研究内容可以归纳为以下几个方面：1、摩擦；2、磨损；3、流体润滑理论；4、边界润滑；5、润滑剂与润滑技术；6、摩擦学测试技术。摩擦学设计的任务就是利用摩擦学的现有知识，对一个特定对象通过合理的设计方法使其获得良好的摩擦学性能。摩擦学设计过程中需要注意摩擦学的几个主要特性：(1)、摩擦学的系统性；（2）、摩擦学的时

2、空性；（3）、摩擦学的多学科性。固体表面的微观几何形状统称为表面形貌。真实表面形貌，它由表面形状误差、波纹度和表面粗糙度组成。1、表面形状误差：在制造机器零件的过程中，机床-工件-刀具系统的误差及弹性变形，导致表面形状误差，数值由最大偏差表示，一般用平面度、圆度和圆柱度等误差来表示。2、波纹度是制造机器零件过程中，机床—工件-刀具系统的振动和机床传动件的缺陷周期性重复在机器零件已加工表面上的结果。3、波纹度是制造机器零件过程中，机床—工件-刀具系统的振动和机床传动件的缺陷周期性重复在机器零件已加工表面上的结果。表面形貌参数：微观不平度也称为微观不平度十点平

3、均高度，是在取样长度L内，5个最大的轮廓峰高的平均值与5个最大的轮廓谷深的平均值之和称为Rz。在取样长度内,被测轮廓线上各点到中线距离的绝对值总和的算术平均值，称为轮廓算术平均偏差Ra。表面的物理吸附和化学吸附：物理吸附是非常快的可逆过程，吸附分子保持自己的特性，并可脱吸。化学吸附比物理吸附具有更大的活化能，吸附过程是不可逆的，化学吸附膜比物理吸附稳定。金属表面层是由若干层次组成的表面层：外表面层有物理吸附和化学吸附作用生长的吸附层及因氧化形成的氧化膜层。塑性变形层称内层。真实物体的表面不是理想光滑的表面，当两个表面相接触时，只是在表面的个别地方接触，这些

4、离散的接触面积的总和构成实际接触面积。名义接触面积：又称表面接触面积或几何接触面积，它是两接触物体的宏观界面的边界所确定的面积。真实接触面积：两接触物体通过各微凸体直接传递界面相互作用力，发生变形而产生的微接触面积之和，不到名义接触面积的0.01~0.1%。赫兹接触理论：赫兹早在1881年就提出了著名的弹性接触理论，其假设条件为：认为材料是均匀的，各向同性的、完全弹性的；接触表面的摩擦力可忽略不计，表面是理想的光滑表面，在上述假设下，基本公式才能成立。摩擦理论：当两个互相接触的固体，在外力作用下作相对的切向运动、或具有相对切向运动趋势时，在两固体接触表面之

5、间就会产生一种运动阻力，这种阻力称为摩擦力。这种现象称为摩擦现象。a，按摩擦副的运动状态分类：9（1）静摩擦：两个物体在作宏观运动前的微观滑移，其接触表面之间的摩擦称为静摩擦。（2）动摩擦：两个物体作相对运动时，其接触表面之间的摩擦称为动摩擦。一般情况下，动摩擦系数小于最大静摩擦系数。b，按摩擦副的运动形式分类：（1）滑动摩擦：两个相互接触的表面作相对滑动时摩擦，称为滑动摩擦。（2）滚动摩擦：物体在力矩的作用下，沿接触表面滚动时的摩擦，称为滚动摩擦。例如各种车辆的车轮在地面的滚动等。c，按摩擦副表面的润滑状况分类：（1）干摩擦：常指名义上无润滑的摩擦。（2

6、）流体摩擦：被具有体积特性的流体层隔开的两固体相对运动的摩擦。摩擦发生在流体内部分子之间，摩擦力的大小与摩擦副表面状态无关，而只与流体内部的分子运动阻力有关，即与流体粘性有关。（3）边界摩擦：两固体接触表面间被存在一层极薄的润滑膜隔开，其摩擦和磨损不取决于润滑剂的粘度，而是取决于两固体表面的特征和润滑剂的特性。经典摩擦定律：第一定律：滑动摩擦力的大小与接触面之间的法向载荷成正比。第二定律：滑动摩擦力的大小与各义接触面积无关。第三定律：滑动摩擦力的大小与滑动速度无关。粘着摩擦理论：当两表面相接触时，在载荷作用下，主要在微凸体的顶端接触，接触点的单位压力很大，

7、使其产生塑性变形，表面变形点将牢固的粘着，使两表面形成一体，即称为粘着或冷焊。当一表面相对另一表面滑动时，则剪断这些连接粘着点的力就是摩擦力。一般来说，对于理想的弹-塑性材料，摩擦力主要就是剪断金属粘结点所需的剪切力。设粘结点部分的剪切强度为τb，则摩擦力为：因而(6-30)式中Ar——实际接触面积；——压缩屈服极限。滚动摩擦可以分为三种基本形式：（1）自由滚动：滚动元件沿着平面无约束地作直线滚动，这是最简单的滚动形式，或称纯滚动。（2）受制滚动：滚动元件受制动或驱动力矩的作用，因而在接触区同时有法向压力和表面切向力的作用。（3）槽内滚动：两个相互滚动的表

8、面，由于几何形状造成接触区内各点的切向速度不等因而伴随滑动的滚动。