摩擦学原理摩擦表面状态
摩擦学知识点总结
摩擦学知识点总结摩擦是指两个表面之间的相对运动受到的阻力。
摩擦学是研究摩擦现象的科学，涉及到力学、材料学、表面科学、润滑学等多个学科的知识。
摩擦学的研究对于工程和日常生活都有着重要的意义。
本文将就摩擦学的一些重要知识点进行总结，包括摩擦力的产生机制、摩擦系数、摩擦的影响因素、摩擦的应用以及摩擦的减小等内容。
一、摩擦力的产生机制摩擦力的产生是由于两个表面之间的微观不平整的凸起和凹陷之间发生了相互作用。
当两个表面接触时，由于其不光滑的表面，导致表面之间存在着局部的微小接触点。
在这些接触点处，由于原子和分子之间的相互吸引力和斥力，产生了摩擦力。
这种微观不平整的表面结构导致了摩擦力的产生，这也是为什么光滑的表面摩擦力更小的原因。
二、摩擦系数摩擦系数是用来描述两个表面之间摩擦性质的参数。
通常用符号μ来表示。
摩擦系数的大小取决于两个表面之间的物理性质以及表面之间的状态。
通常来说，摩擦系数分为静摩擦系数和动摩擦系数。
静摩擦系数是指在两个表面相对静止的情况下，需要克服的摩擦力与正压力之比。
而动摩擦系数是指在两个表面相对运动的情况下，需要克服的摩擦力与正压力之比。
摩擦力与正压力之比就是静摩擦系数或者动摩擦系数。
摩擦系数是一个重要的物理量，不同材料之间的摩擦系数差异很大，所以在工程设计和实际应用中需要根据具体情况来选择合适的摩擦系数。
三、摩擦的影响因素影响摩擦的因素有很多，主要包括：1. 表面形状和粗糙度：表面的形状和粗糙度对摩擦力的大小影响很大。
通常来说，表面越光滑，摩擦力就越小。
2. 正压力大小：正压力越大，摩擦力也就越大。
正压力是指两个表面之间的垂直于接触面的力。
3. 材料的性质：不同材料之间的摩擦系数是不同的，材料的硬度、弹性模量、表面粗糙度都会影响摩擦力的大小。
4. 温度：温度的变化也会对摩擦力产生影响。
一般来说，温度升高会使摩擦力减小。
5. 润滑情况：润滑剂的使用会减小摩擦力，从而减小磨损和能量损失。
四、摩擦的应用摩擦力是一种普遍存在的力，它在我们的日常生活和工程实践中都有着广泛的应用。
摩擦学原理(第4章磨损理论)
1．机械类 由摩擦过程中表面的机械作用产生的磨损，包括磨粒磨损、表面塑性 变形、脆性剥落等，其中磨粒磨损是最普遍的机械磨损形式。 2．分子-机械类 由于分子力作用形成表面粘着结点，再经机械作用使粘着结点剪切所 产生的磨损，这类磨损的主要形式就是粘着磨损。 3．腐蚀-机械类 这类磨损是由介质的化学作用或电化学作用引起表面腐蚀，而摩擦中 的机械作用加速腐蚀过程，它包括氧化磨损和化学腐蚀磨损。
为了设计具有足够抗磨能力的机械零件和估算其磨损寿命，还必须 建立适合于工程应用的磨损计算方法。近年来通过对磨损状态和磨 屑分析以及对磨损过程的深入研究，提出了一些磨损理论，它们是 磨损计算的基础。磨损计算方法的建立必须考虑磨损现象的特征。 而这些特征与通常的强度破坏很不相同。
第四章 磨损机理
表4.1磨损类型
分类 磨损机理 1．粗糙峰变形或去除 2．犁沟导致的磨损 3．剥层磨损 主要由材料的机械行为引起的磨损 4．粘着磨损 5．磨料磨损 6．微动磨损 7．固体颗粒冲击引起的磨损 1．腐蚀磨损 2．氧化磨损 主要由材料的化学行为引起的磨损 3．扩散磨损 4．表面层溶解引起的磨损 5、高温下的粘着磨损 磨损常数K（范围） 10-4 10-4 10-4 10-4 10-2~10-1 10-6~10-4
第二篇 磨损理论
各种磨损形式有着不同的作用机理：
磨粒磨损主要是犁沟和微观切削作用； 粘着磨损过程与表面间分子作用力和摩擦热密切相关； 接触疲劳磨损是在循环应力作用下表面疲劳裂纹萌生和扩 展的结果； 而氧化和腐蚀磨损则由环境介质的化学作用产生。 接触面的塑性变形常常引起磨损，也就是说变形导致磨损， 化学作用也常能引起磨损。此外，有很多种磨损机理必 须利用机械学、热力学等学科的理论来分析。
摩擦学原理
2.3 表层结构与表面性质
2.4 粗糙表面的接触
7
任何摩擦表面都是由许多不同形态的微凸蜂和凹谷组 成。表面几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，了解和研究表面形貌及 其参数是十分有必要的。
表面几何特征采用形貌参数来描述。最常用的表面形 貌参数是表面粗糙度，它取表面上某一个截面的外形轮廓 曲线来表示。根据表示方法的不同可分为一维、二维和三 维的形貌参数。
26
对于一条轮廓曲线来说，它的自相关函数是 各点的轮廓高度与该点相距一固定间隔处的轮廓高 度乘积的数学期望(平均)值，即
R(l ) Ez( x) z( x l )
这里，E表示数学期望值。
如果在测量长度L内的测量点数为n，各测量 点的坐标为 x i ，则 R(l )为
1 n 1 R(l ) z( xi ) z( xi l ) （2-7） n 1 i 1
12
图2-2 不同轮廓表面的
和 Ra 值
13
坡度 z 或 z ，它是表面轮廓曲线上各点坡度 a q 即斜率 z dz 的绝对值的算术平均值 z 或者均方 a dx 根值 z q 。该指标对于微观弹流润滑效应十分重要。
峰顶曲率C 或C ，采用各个粗糙峰顶曲率的
算术平均值C 或者均方根值C 。它对于润滑和表面 q a 接触状况都有影响。
切削加工表面形貌的分布曲线往往与标准 Gauss分布 存在一定偏差，通常用统计参数表示这种偏差。常用的偏 差统计量有偏态s（衡量分布曲线偏离对称位置的指标）和 峰态K（表示分布曲线的尖峭程度）。
22
偏态s的定义是
S
z 3 ( z )dz
3
摩擦学基础知识综述
剪切强度）和屈服极限。
(2)粘着理论基本要点：
摩擦表面处于塑性接触状态: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。 滑动摩擦是粘着与滑动交替发生的跃动过程: 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。
属摩擦副摩擦系数较大；二者之间容易发生 粘着，而互溶性差的金属不易发生粘着。
2.摩擦副表面特性：
（1）表面粗糙度：非常粗糙的表面，表面须
越过另一表面的微凸体，摩擦系数高。非常 光滑的表面摩擦系数甚至更高：实际接触面 积大，分子作用增强。在塑性接触下，实际 接触面积总是与载荷成正比，表面粗糙度的 实际影响并不大。
（4）无法解释脆性材料具有的和金属材料相
似的摩擦性能。
（5）粘着理论很好解释了“相溶性较大的金
属之间容易发生黏着,摩擦系数较大”现象.
对于大多数金属, τb =0.2σs ,计算的摩擦系数 为 0.2左右.正常大气中测的摩擦系数都高达 0.5 ,在真空中更高.
5.机械—粘着—犁沟综合作用理论 粘着理论的基础上提出“机械—粘着—犁沟”
摩擦学基础知识
概述
1. 摩擦的定义：
两个接触物体表面在外力 作用下相互接触并作相对 运动或有运动趋势时，在 接触面之间产生的切向运 动阻力称为摩擦力，这种 现象就是摩擦。
2 . 摩擦的分类 1. 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。 2. 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(或) 方向时的摩擦。 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 对旋转时的摩擦。
摩擦学原理固体摩擦
mxx kx fW
（3.6）
假设在某个速度区间，动摩擦系数与相对滑动速度之间呈线性减小关系，
即：
f f0 g(V x)
（3.7）
式中，f0是与速度无关的动摩擦系数，g表示动摩擦系数与相对滑动速度
曲线的斜率。
根据上述粘滑现象的动力学模型，防止粘滑的途径有两条：
1、设法增大系统刚度、阻尼和滑动体的质量；
2、设法减小动、静摩擦系数的差异，如采用纸基摩擦材料就可以减小 静动摩擦比，同时使得摩擦系数-滑动速度曲线在系统的工作速度范围内 保持正梯度或较小的变化。
3.1.4 Preset displacement (预位移)
将式（3.7）代入式（3.6）有：
mx ( gW )x kx ( f0 gV )W
（3.8）
若 gW ，或 g ，该系统的阻尼为负值，当加速时就会发
生振动。
W
滑动摩擦的粘滑现象会影响机器工作的平稳性。
例如摩擦离合器啮合产生的颤动、车辆在制动过程中的尖叫、刀具切削 金属时的振动以及滑动导轨在缓慢移动时的爬行现象等都与摩擦粘滑现 象有关。这类振动现象有时也称为摩擦诱发振动或摩擦自激振动。
粘滑问题的等效力学模型
粘滑时的位移—时间曲线
设摩擦副的一方（质量为m）在滑动方向上受到一个等效弹簧（刚度为k） 和一等效线性阻尼（阻尼系数为）的约束，与它接触的另一方以速度V
运动。当外力尚未达到静摩擦力时，双方粘连在一起，共同以绝对速率 运动，此时上方的摩擦副的位移满足下式：
kx V fsW
式中，W表示正压力或载荷，fs 是静摩擦系数。 当物体m从静止状态的原点O沿运动方向逐渐增大位移x=Vt时，弹簧力 随之线性增大即kVt，系统存储的弹性能，在某一时刻t=tA时，物体到达 A点，此时有：
摩擦学表面摩擦和粘性摩擦
摩擦学表面摩擦和粘性摩擦摩擦学：表面摩擦和粘性摩擦摩擦作为物体之间的相互作用力之一，在日常生活中无处不在。
它不仅影响着机械装置的性能，也在我们的运动中起到重要的作用。
本篇文章将对摩擦的不同类型进行探讨，着重介绍表面摩擦和粘性摩擦的特点及应用。
一、表面摩擦表面摩擦是指两个物体接触表面之间的摩擦力。
它是由于两个物体表面的不平滑性和接触面积对力的传递造成的。
表面摩擦可以分为静摩擦和动摩擦。
1. 静摩擦静摩擦是指物体在没有相对运动时所受的摩擦力。
它的大小与物体之间的垂直压力以及物体表面的粗糙度有关。
当我们试图拉开两个紧密堆叠的书本时，由于静摩擦的作用，书本往往很难分离。
这是因为两个书本表面的微小凸起和凹陷之间产生的摩擦力比我们所施加的力要大。
2. 动摩擦动摩擦是指物体在相对运动时所受的摩擦力。
与静摩擦相比，动摩擦往往较小。
当我们用力将物体推动时，动摩擦会抵消部分作用在物体上的力，使得物体的运动速度较慢。
汽车轮胎和道路之间的摩擦力就是一种实际应用中的动摩擦。
合理控制动摩擦可以帮助我们安全驾驶，防止车辆打滑。
二、粘性摩擦粘性摩擦是指物体在相对运动时，在介质中的阻力产生的摩擦力。
其中介质可以是液体或气体。
相比于表面摩擦，粘性摩擦是由于物体与介质之间的黏性造成的。
1. 液体粘性摩擦液体粘性摩擦是指物体在液体介质中相对运动时受到的阻力。
例如，当我们将手指伸入水中快速移动时，我们可以感觉到液体对手指的阻力。
这种阻力是由于液体分子与手指表面分子间的相互作用力造成的。
液体粘性摩擦在管道输送、风洞试验等领域具有广泛应用。
2. 气体粘性摩擦气体粘性摩擦是指物体在气体介质中相对运动时受到的阻力。
相比于液体粘性摩擦，气体粘性摩擦较小，因为气体分子间的相互作用力较弱。
然而，在高速运动或高温条件下，气体粘性摩擦也会产生一定的影响。
航空航天领域中的空气动力学研究就需要考虑气体粘性摩擦的影响。
结语摩擦作为一种力的体现，对于物体的运动和工程设计至关重要。
第3章摩擦原理
摩擦力大小与相接触物体间的表面名义接触面积无关。
犁沟效应22rA v π=H A rh=SS v rA W σπσ)2(2==H S SF A rh σσ==θππσπσμctg r h r rh W F S S p 2222====∴若考虑粘着效应和犁沟效应S r B v A A F στ+=θπστσσστμctg A A A A W FS B S v S r S v B v 2+=+==①对大多数金属加工表面角很大，第二项数值很小可以忽略②磨粒磨损中，角很小，不能省去第二项θθ机械互锁模型粘着模型自由滚动受制滚动槽内滚动由于材料的弹性模量不同由于滚动接触表面有切向由于几何形状使接触各点接触消失时，大部分变形能得到释放，由于产生的能量差为滚动摩擦的损耗其大小与材料的阻尼和松弛性能有关低速滚动时的弹性滞后损失小高速滚动时的弹性滞后相对较大随载荷增大，塑性变形逐渐扩展到表使材料发生塑性变形需要消耗能量滚动体前方的塑性变形是滚动摩擦十Tabor与滑动摩擦的表面分离过程完全不同滚动接触的接近与分离在垂直方向分离过程要克服粘附力拉伸作用粘附力属于范德华力粘附力很小，只占摩擦阻力很小一部分滚动摩擦是由多种机理组合的复杂过程概括为四种机理：微观滑移、弹性滞后、塑性变四种机理产生的摩擦阻力可以相互叠加滚动接触应力不大时主要以弹性滞后为主接触应力比较大时主要以塑性变形为主对于滚动过程的摩擦阻力如何定量计算？圆柱在平面上的滚动材料的受压弹性变形为：引入滞后系数，则功耗为：摩擦阻力:滚动阻力系数: （由实验得出）2221W x p aa π=−4WR a E π=′23e Mx Wa x E M R Rθπ===×α23e e Wa x E Fx E R αααπ⇒==•23Wa F Rαπ∴=1/2224()33F a WR f R R E ααωπππ===′α。
摩擦学原理知识点整理
绪论1、摩擦学定义：是关于相对运动的相互作用表面的科学技术，包括摩擦、润滑、磨损和冲蚀。
2、摩擦学研究内容主要包括：摩擦、磨损、润滑以及表面工程技术。
3、摩擦：是抵抗两物体接触表面在外力作用下发生切向相对运动的现象。
4、磨损：着重研究与分析材料和机件在不同工况下的磨损机理、发生规律和磨损特性。
5、润滑：研究内容包括流体动力润滑、静力润滑、边界润滑、弹性流体动力润滑等在内的各种润滑理论及其在实践中的应用。
6、表面工程技术：将表面与摩擦学有机结合起来，解决机器零部件的减摩、耐磨，延长使用寿命的问题。
第一章1、表面形貌：微观粗糙度、宏观粗糙度（即波纹度）和宏观几何形状偏差。
2、表面参数：（1）算术平均偏差Ra 是在一个取样长度lr 内纵坐标值Z （x ）绝对值的算术平均值。
（2）轮廓的最大高度Rz 是在一个取样长度lr 内最大轮廓峰高Zp 和最大轮廓谷深Zv 之和的高度。
（3）均方根偏差Rq 是在一个取样长度lr 内纵坐标值Z （x ）的均方根值。
3、对于液体，表层中全部分子所具有的额外势能的总和，叫做表面能。
表面能越高，越易粘着。
4、物理吸附：当气体或液体与固体表面接触时，由于分子或原子相互吸引的作用力而产生的吸附叫做物理吸附，是靠范德华力维系的，温度越高，吸附量越小。
物理吸附薄膜形成的特点是吸附和解吸附具有可逆性，无选择性。
5、化学吸附：极性分子与金属表面的电子发生交换形成化学键吸附在金属表面上，且极性分子呈定向排列。
化学吸附的吸附能较高，比物理吸附稳定，且是不完全可逆的，具有选择性。
6、粘附：是指两个发生接触的表面之间的吸引。
7、影响粘附的因素：①润湿性，②粘附功，③界面张力，④亲和力。
8、金属表面的实际结构：（1）外表层：①污染层，②吸附气体层，③氧化层；（2）内表层：①加工硬化层，②金属基体。
第二章1、固体表面的接触分类：（1）点接触和面接触。
（2）①弹性接触（赫兹接触），②塑性接触，③弹塑性接触，④粘弹性接触。
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Main Areas in Tribology
Friction (摩擦) Wear(磨损) Lubrication(润滑)
Leonardo da Vinci 10
秦始皇兵马俑铜车马的1号车
Research——textured surface
Sample of textured surface
“现在我国汽车有1亿辆，摩托车1亿3000万辆。这些 摩托司机都有一个梦，梦见两轮变成四轮，摩托车变 成汽车。摩托车的升级有着巨大的市场。”
中国汽车工业协会
2012年中国汽车产销量双双超过了1900万辆，轿车销售达 到了1074万辆，其中中德、中日、中美、中韩、中法等合资企 业在中国实现汽车销售250万辆、190万辆、196万辆、172万 辆，105万辆，和44万辆。
中国汽车工业协会统计分析，2013年1-9月，中国品牌乘用车共 销售512.50万辆，同比增长12.14%， 德系、日系、美系、韩 系和法系乘用车分别销售254.17万辆、198.28万辆、160.46万 辆、116.12万辆和40万辆，分别占乘用车销售总量的19.78%、 15.43%、12.49%、9.04%和3.11%。 中国汽车1-9月产销量1281万辆.
Introduction
Tribology:
Tribology is the science, application science, which deals with of the two surfaces having relative movement, or moving trend, covers Friction, Lubrication and Wear. It has some research field related to Physics, Chemistry, Metallurgy, Material Science, Rheology, Hydromechanics, Elasticity, Viscoelasticity, Thermodynamics, as well as, Machinery Science and so on.
2012款奥迪A6L 2.5L 30 FSI手自一体， 最大功率140KW 140KW*2000万辆=28亿千瓦
The highest efficiency of Internal-combustion engine is less than 30%
Oil energy have more than 50% waste as heat， With the rest, there are 20% energy used to control the devices. there are about 30% energy used for over come the friction， 2% gears, 5% bearings and so on。
From Leonardo da Vinci (1452-1519) to Sir Jost report in 1960’s. Tribology from single, isolated study becomes a research field of systematically study of friction, lubrication and wear
Main contents of《 Automotive Tribology 》
Part one, Theory of tribology. Introduction、solid surface, friction and wear
Double layer 1
Double layer 2
Surface texture
Surface texture by laser Type of texture，a-triangle，b-square，c-circle；1-convexly，2-concave
Bearings, piston—rings
Automotive Tribology
SCHOOL OF MECHANICAL ENGINEERING
XI’AN JIAOTONG UNIVERSITY xuhua@mail徐.xjt华
Tel 82669157源自在购车经费一定的情况下，你买车时首 先考虑的因素有那些？列举三个，各用 一句话来说明。
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“2012中国汽车产业发展高层论坛 ”
2012年10月在钓鱼台国宾馆举行“2012中国汽车产业 发展高层论坛” 。
中国汽车协会副会长董扬在发言中指出，中国汽车市 场的发展空间依旧宽广，2020年之前应会保持与GDP 增长率一致的发展速度。 “中国汽车已经连续两年增 长，这个市场到底有多大？2020年之前，中国汽车应 该能够在产销数量用大于等于GDP的数额增长，由于 当前我国人均的汽车数量还很低，从现代社会大生产 的结构要求来讲，需要更多的汽车；第三个原因是现 在中国的机动车数量最多的不是汽车，而是摩托车， 这其中蕴含着因为升级换代带来的巨大增长空间。
The Wheel is the most successful example of Tribological design. And lubricant has been used for more than three thousand years.
By estimate，1/3~1/2 energy sources, consumed by human, owing to friction and wear。
Without texture，friction coefficient 0.069
under microscope
10v 15min, With texture，deepness 3 μm friction coefficient 0.031
Surface texture 表面织构
square texture