摩擦磨损原理1固体的表面特性共69页文档
《摩擦与磨损原理》word版
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R z。
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R a。
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，这些离散的接触面积的总和构成实际接触面积。
摩擦学第五章磨损ppt课件
实际的磨损现象大都是多种类型磨损同时存在；或磨损状态随工 况条件的变化而转化。
摩擦学第五章磨损
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第二节 粘着磨损
一、定义及其过程
1、定义：
(1) 在摩擦副中，相对运动的摩擦表面之间，由于粘着现象产生材料转移
此外，磨损率与滑动速度无关。
摩擦学第五章磨损
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金属的粘着磨损的磨损系数
润滑状况 相同 无润滑 15X10-4
金属/金属
相容
部分相容和 部分不相容
不相容
金属/ 非金属
5X10-4
1X10-4 0.15X10-4 1.7X10-6
润滑不良 30X10-5 10X10-5
润滑良好 润滑极好
30X10-6 10X10-7
假定磨屑半径 ，产生磨屑的概率 ，则滑动 距离磨损体积：
摩擦学第五章磨损
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分析
粘着磨损的体积磨损率与法向载荷N (或正压力p)成正比，而与软金属材 料的屈服强度(或布氏硬度HB值)成反比。
当正压力
时，会使磨损加剧，产生胶合或咬死。
因此，在设计时应保证正压力不超过材料的布氏硬度的三分之一。
体积磨损率随着粘着磨损的磨损系数的增大而增大，而后者主要取决于摩 擦表面的润滑状况和两滑动金属相互牢固地粘着的趋向。
相溶性好的材料 材料塑性越高，粘着磨损越严重
脆性材料的抗粘着能力比塑性材料高 脆性材料：正应力引起，最大正应力在表面，损伤浅， 磨屑也易脱落，不堆积在表面。 塑性材料：剪应力引起，最大剪应力离表面某一深度， 损伤深。
摩擦学第五章磨损
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三、防止和减轻粘着磨损的措施
摩擦磨损试验 ppt课件
考虑到滑轮系统的摩擦力对测量精度有一定的影响，测量前 应首先对滑轮系进行标定。
fs=P/N
N P
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动摩擦系数的测定方法
动摩擦系数的测定系用间接测量方法。根据动摩擦系数公式
fk=F/P ，
通过测出摩擦力F或摩擦力矩M和正压力P，便可计算出摩擦系数。
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3.5 磨损测量
对于磨损磨粒的分析，铁谱和光谱分析各有所长。
铁谱能将磨损磨粒按尺寸列出，并反映出颗粒的形 状、磨损的性质，但是进一步定性定量分析有困难。
光谱能够区别磨损微粒的元素，并能进行定量分析， 但对于大于2微米的微粒即失去检测效能，而很多机械的 失效，磨损磨粒往往大于2微米。
因此，对磨损磨粒的分析，联合使用铁谱和光谱可以 相互补充，达到比较完美的检测效果.
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3.5 磨损测量
铁谱分析法
铁谱分析是一种从润滑油试样中分离和分析磨损微粒和碎 片的技术。它借助于各种光学或电子显微镜等检测和分析，方便地 确定磨损微粒或碎片的形状、尺寸、数量以及材料成分，从而判别 零件表面磨损类型和程度
（ 采用铁谱仪分离磨损微粒制成铁谱片。铁谱仪由三部分组成，
即：抽取润滑剂试样的泵；使磨损微粒磁化沉积的强磁铁；形成铁
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3.2 磨损量参数
3 磨损量是评定摩擦材料的耐磨性，控制产品质量和研究摩擦磨 损机理的一个重要指标。
4 磨损量测量方法有两类，即间接测法和直接测定法。 5 间接测定法只能确定各个摩擦表面磨损量的总值，而不能确定
磨损量在摩擦表面的分布情况和由于磨损造成的零件尺寸的变 化。 6 直接测定法是专门测定某一工作表面的磨损量的方法，它能测 出摩擦表面尺寸的变化和磨损量在摩擦表面的分布情况。各类 方法都有自己的特点，不能互相代替而只能互相补充。
摩擦磨损基本原理
4.犁沟效应
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，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成部分，在磨粒磨损 和檫伤磨损中，为主要分量。
硬金属表面的粗糙峰由许多半角为θ 的圆锥体组成，在法向载荷作用下，硬 峰嵌入软金属的深度为h，滑动摩擦时， 只有圆锥体的前沿面与软金属接触。 接触表面在水平面上的投影面积A =πd2/8； 在垂直面上的投影面积S=dh/2。 如果软金属的塑性屈服性能各向同性，屈服极限为σs，于是 法向载荷W和犁沟力Pe 分别为
定律三：摩擦系数与滑动速度无关。虽然对于金属材料基 本符合，而对粘弹性显著的弹性材料，摩擦系数则明显与滑 动速度有关。
特别注意：在古典摩擦定律中，摩擦系数µ是一个常数。 大量的试验指出，很难确定某种摩擦副固定的摩擦系数， 仅在一定的环境(湿度温度等)和工况(速度和载荷等)下，对 于一定的材质的摩擦副来说，µ才有可能是一个常数。如在 正常的大气环境下，硬质钢摩擦副表面的µ为0.6，但在真 空下，其µ可达到2.0。 因此，通过摩擦试验测得试样的摩擦系数时，必须注明 试验条件，否则所得的试验数据没有意义。
a.金属的整体机械性质：如剪切强度、屈服极限、硬度、弹 性模量等，都直接影响摩擦力的粘着项和犁沟项。 b. 晶态材料的晶格排列：在不同晶体结构单晶的不同晶面 上，由于原子密度不同，其粘着强度也不同。如面心立方晶 系的Cu的(111)面，密排六方晶系的Co的(001)面，原子密度 高，表面能低，不易粘着。
对金属间的摩擦而言，主要是粘着作用，其次是“犁沟”作用。 而材料的弹性变形引起的能量消耗很小，因而对总摩擦阻力的 影响很小，故可忽略不计，因此摩擦阻力可用下式表达：
F = F 剪 + F犁
摩擦磨损基本原理
摩擦磨损基本原理摩擦磨损是指两个接触的物体之间由于相对运动而产生的表面损伤现象。
摩擦磨损是一种普遍存在的现象，对于润滑技术、材料科学、机械工程等领域具有重要意义。
摩擦磨损的基本原理涉及到力学、热学、接触力学、表面科学等多个学科的知识。
摩擦磨损的基本过程可以概括为接触、破坏和脱落三个阶段。
在接触过程中，两个物体表面因为施加的外力而发生相互接触。
接触区域的应力和应变随着施加的力的增大而增加，而且还受到表面形貌、材料硬度等参数的影响。
随着外力增大，接触区域的变形加大，产生摩擦力，使得物体相对运动。
摩擦力对磨损的贡献主要通过两个方面：一是由于摩擦力的作用，使得接触区域的局部温度升高，导致材料处于高温和高应力状态，从而容易发生热疲劳、塑性变形和相变等现象。
这些过程都会导致表面产生裂纹、变形和疲劳剥落等磨损现象。
二是由于摩擦力的作用，使得接触区域的材料发生塑性流动和磨粒切削现象。
这些过程会导致材料的变形和脱落，从而造成表面的磨损。
在摩擦磨损的研究中，磨损机理的理论模型被广泛运用。
其中，最基本的模型是Archard模型，该模型认为磨损量与应力、相对滑动距离和材料的硬度等参数有关。
这个模型的关键假设是磨损过程中的材料脱落量与实际接触面积成正比。
基于此模型，许多研究进一步提出了考虑表面形貌、摩擦力、温度效应和润滑剂的改进模型。
另外，摩擦磨损也与材料的物理化学性质密切相关。
例如，摩擦磨损中的表面氧化和化学反应会使材料表面的性质发生变化，从而影响磨损机理。
一些研究表明，表面的硬度和化学反应等特性会影响摩擦磨损的发展。
此外，润滑剂也是影响摩擦磨损过程的重要因素。
润滑剂通过减少表面间的摩擦力和热量生成，降低了材料表面的磨损。
摩擦磨损的研究和控制对于提高机械零部件的寿命和可靠性具有重要意义。
通过优化材料硬度、润滑剂的选择和设计更好的表面形貌等手段，可以减少摩擦磨损的发生。
此外，对于特定工况下的摩擦磨损问题，还可以采用更先进的摩擦材料、表面处理技术和涂层技术等措施来提高材料的耐磨性能。
第4章摩擦磨损及润滑概述
A
y
ox
dy
du
B
y
液体层与层之间摩擦切应力： 实验结果： u
y ——牛顿提出的粘性定律
流体中任意点处的切应力与 该处的速度梯度成正比。
A
y dy
du
B
ox
y
η—液体的动力粘度，简称粘度 量纲：力·时间/长度2 单位： N ·s /m2 (Pa ·s) 称为泊 。 或厘泊：1P=1 dyn ·s /cm2 1泊=100厘泊
碍作用现象。
静 摩 擦：仅有相对运动趋势时的摩擦。 动 摩 擦：在相对运动进行中的摩擦。 滑动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滑动。 滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动。
三、 滑动摩擦状态
1. 干摩擦
两零件表面直接接触后，因为微观局部压力高 而形成许多冷焊点，运动时被剪切。
→功耗↑ 磨损↑ 温度↑ →烧毁机件
除了上述的润滑油和润滑脂以外，还有一 种固体润滑剂，如石墨、二硫化钼等，适用 于润滑油不能胜任工作的场合，如高温、低 速、重载。
使用方式： ▲调和在润滑油中； ▲涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜； ▲混入金属或塑料粉末中烧结成型。
二、添加剂 添加剂—为了改善润滑剂品质和性能而添加的物质。 作用—提高油性、极压性、延长使用寿命、改善性能。
粘附磨损 磨粒磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
点蚀磨损 胶合磨损 擦伤磨损
1. 粘附磨损
也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的 各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊”后， 在相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表 面，便形成粘附磨损。严重的粘附磨损会造成运 动副咬死。
2. 磨粒磨损
5. 机械化学磨损（腐蚀磨损） 当摩擦表面材料在环境的化学或电化学作用下
摩擦磨损优秀PPT文档
机油：动物油、植物油 润滑油 矿物油：来源充足、价格低廉、用途广。
化学合成油
◆主要性能指标：
粘度—表征液体流动的内摩擦性能；
润滑性（油性）：润滑性是指润滑油中极性分 子与金属表面吸附形成一层边界油膜，以减小 摩擦和磨损损性能。
§4-3 润滑剂、添加剂和润滑装置
极压性：极压性能是润滑油中加入硫、氯、磷的有机极性 化合物事，油中极性分子在金属表面生成抗磨、耐高压的 化学反应边界发出闪光时的最低温度，称为油的闪点。
◆混合摩擦：摩擦面间同时存在着边界摩擦和流体摩擦的 混合状态。
混合摩擦
§4-2 磨损
一、磨损过程 磨损大致分为三个阶段：
1、磨合阶段 2、稳定磨损阶段 3、剧烈磨损阶段
磨 损 量
磨合阶段 稳定磨损阶段
剧烈磨损阶段
二、磨损种类 按磨损机理分为以下几种： 1、粘附磨损（胶合磨损）
§4-2 磨损
2、疲劳磨损（点蚀）
3、磨粒磨损
§4-2 磨损
4、腐蚀磨损：在摩擦过程中，与周围介质发生化学反应 或电化学反应的磨损。 5、流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损（冲蚀磨损）
闪点：油在标准仪器中加热蒸发出的油汽，一遇火焰即能发出闪光时的最低温度，称为油的闪点。 钙基润滑脂：良好抗水性、但耐热能力差，工作温度不宜超过55～65 ℃。
主要性能指标：
◆锥入度（稠度）：重的标准锥体，于25℃恒温下， 由润滑脂表面经5s后刺入的深度。
◆滴点：在规定的加热条件下，润滑脂从标准测量杯 的孔口滴下第一滴时的温度叫润滑脂的滴点。
滴点决了润滑油的工作温度。
选择润滑脂品种的一般原则： ◆压力高和滑动速度低时，选用针入度小品种。 ◆滴点一般较轴承的工作温度高20℃~30℃，以免工作 时润滑剂过多地流失。 ◆潮湿环境下，应选用钙基或铝基润滑脂。
磨损及磨损理论PPT幻灯片课件
e.材料的硬度 硬度高的金属比硬度低的金属抗粘着能力强，因为表面接触 应力大于较软金属硬度的1/3时，很多金属将由轻微磨损转 变为严重的粘着磨损。
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②载荷的影响 粘着磨损一般随法向载荷增加到某一临界值后而急剧增加，
如图所示，K/H的比值实际上是材料硬度与许用压力的关
系。当载荷值超过材料硬度值的1/3时，磨损急剧增加， 严重时咬死。 因此设计中选择的许用压力必须低于材料硬度值的1/3。
发生相互影响。当压力值增加到H/3以上时，整个表面变
成塑性流动区，因而实际接触面积不再与载荷成正比，出
现剧烈的粘着磨损，摩擦表面严重破坏。
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由于式中的K代表微
凸体中产生磨粒的概 率，即粘着磨损系
数．因此，K值必须
按不同的滑动材料组 合和不同的摩擦条件 求得。右表给出了不 同工况和摩擦副配对
时的磨损系数K值。
距离的总磨损量(即磨损率，通常用于判断材料磨损
的快慢程度)为:
(2)
由(1)和(2)式，可得：
(3) 15
(3)
式(3)是假设了各个微凸体在接触时均产生一个磨粒而导出
如果考虑到微凸体相互产生磨粒的概率数K和滑动距离L，
则接触表面的粘着磨损量3，H为布氏硬度值，则式(4)可
这种模式的摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度 加剧。
c.擦伤
粘着强度比摩擦副的两基体金属的强度都高。剪
切主要发生在软金属的亚表层内，有时也发生在硬金
属的亚表层内，转移到硬金属上的粘着物又刮削软金
属表面，使软金属表面出现划痕，所以擦伤主要发生
在软金属表层，硬金属表面也偶有划伤。
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d.咬合
如果粘着强度比两金属基体的强度高得多，而且粘着点面积较 大时，剪切破坏发生在一个或两个金属表层深的地方。 此时表面将沿着滑动方向呈现明显的撕脱，出现严重磨损。如 果滑动继续进行，粘着范围将很快增大，摩擦产生的热量使表 面温度剧增，极易出现局部熔焊，使摩擦副之间咬死而不能相 对滑动。 这种破坏性很强的磨损形式，应力求避免。
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11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人Leabharlann 说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹