摩擦学原理(精选)
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(高教版)知识点整理
摩擦学原理(高教版)知识点整理-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN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。
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
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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。
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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
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图2-2 不同轮廓表面的
和 Ra 值
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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）。
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偏态s的定义是
S
z 3 ( z )dz
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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(全套课件819P)
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.
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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
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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。
摩擦学原理第2章
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4.表面轮廓高度的分布
第2章 表面
表面微凸体高度的分布如图2-8(a)所示，以表面轮廓中线
为x轴，在标准长度l内，每隔一定距离Δl，测量轮廓图形距
参考中线的高度Z1、Z 2、……Zi，然后求出同一Z值的纵坐 标数之和，也就是该高度的纵标频数。
作 出 从 ＋ Zmax 至 － Zmax 区 间 内 的 直 方图。由此直方图
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（2）体心立方晶胞(bcc)
第2章 表面
体心立方晶胞如图2—13所示，也是在8个顶角各有1个 原子，在其立方体的中心还有一个原子。显然，每一个原 子周围有8个最近邻原子，因此，配位数为8。属于这种结 构的；金属有钒、铌、钽、钼、铬、钡、β钛、α铁、δ 铁、α钨等。
图2－13 体心立方晶胞 29
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（3）微观不平度十点高度Rz
第2章 表面
Rz是指在标准长度l内五个最高的轮廓峰高的平均值与五 个最低的轮廓谷深的平均值之和，其计算公式为
式中： hpi是第i个最高的轮廓峰高；hvi是第i个最低的轮廓谷深。
若测量长度包括几个标准长度时，应取该测量长度内所 测得的几个Ra或Rz的平均值作为某一表面的Ra或Rz。
（3）密排六方晶胞(hcp)
第2章 表面
密排六方晶胞如图2—14所示，六棱柱体的各角有一个 原子，在其上、下面中心还各有一个原子，此外在两面的 中间还有三个原子。属于这类结构的金属有镁、锌、镉、 锆、α铍、α钛、α钴等。
图2－14 密排六方晶胞 30
第2章 表面
表2－3 3种典型金属晶体结构特征
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（1）轮廓算术平均偏差Ra
算术平均偏差的数学表达式为
第2章 表面
式中 zi——以中线为起点度量出的廓形高度； n——在样品标准长度 l 内的测量次数。
摩擦学原理及其在机械设计中的应用
摩擦学原理及其在机械设计中的应用摩擦学原理是研究物体相互之间接触运动所产生的摩擦现象，以及探究摩擦力大小和摩擦因数等基本理论的一门学科。
在机械设计中，摩擦学原理发挥着至关重要的作用。
本文将从摩擦学的基本理论入手，分别从零件摩擦与磨损、摩擦传动、摩擦制动、密封技术和润滑技术等方面阐述摩擦学在机械设计中的运用。
一、零件摩擦与磨损摩擦学的基本理论之一就是摩擦力大小和摩擦因数，而零件摩擦与磨损是摩擦学的重要应用之一。
摩擦力是指两个物体之间接触面之间的作用力，摩擦因数则是表征物体间摩擦程度的物理量。
在机械设计中，零件的磨损是很普遍的一种现象，其中摩擦因数的大小是决定零件磨损情况的重要因素。
对于机械设备的零件来说，特别是传动零件，摩擦对于机械的正常运行起着至关重要的作用。
想要减小零件的磨损，就需要尽量减小摩擦因数，但在保证摩擦传递的情况下不至于过低。
因此，在摩擦学原理的指导下，可以在零件设计中适当地调整零件的形状和材料选择，以达到优化摩擦性能的目的。
二、摩擦传动在机械设备中，特别是在传动系统中，摩擦传动是常见的一种方式。
摩擦传动是指通过接触面间的摩擦力传递动力或转矩的方式，控制机械设备的运转。
一种常见的摩擦传动装置是离合器。
摩擦离合器是一种安装于发动机和变速器之间的装置，其作用是在两个转动的轴之间传递动力。
在离合器发动机启动时，通过摩擦对轴的悬挂力将离合器拖离，从而使发动机与变速器分离。
而当离合器抬起时，摩擦将两个轴锁在一起。
摩擦离合器凭借着摩擦传动的优点，其传动效率高、启动顺畅，运转灵活性好等特点，很好地应用于机械设备中。
三、摩擦制动摩擦制动是通过接触面之间的摩擦力将机械设备的运动减速或停止的一种装置。
摩擦制动可以被广泛应用于车辆制动、机器设备停转等方面。
其优点是能快速制动，保证安全性。
同时，摩擦制动装置的制动力和制动性能也很容易控制，可以根据实际需要进行调整。
四、密封技术在机器设备的使用过程中，由于高压介质或热膨胀等因素，机器之间需要存在一定的空间间隔。
摩擦学原理第5章
第五章润滑理论与润滑设计
主讲：高诚辉
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内容目录
第5章 润滑
一、润滑状态与流体性质 二、流体润滑理论基础 三、流体润滑计算的数值解法 四、典型机械零件的润滑设计 五、边界润滑
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一、润滑状态与流体性质
1.润滑状态及其特征 2.润滑油的密度 3.流体的粘度 4.非牛顿流体 5.粘度的测量与换算
VI L U 100 LH (5 - 1 - 11)
其中L，H和U分别为0VI, 100VI标准油和待测油在100°F时的 运动粘度值。大多数工业用润滑油的VI值介于0～100之间。 粘度指数高的润滑油表示它的粘度随温度的变化小，因而粘 温性能好。粘度指数原用来评定矿物油的粘温特性，而应用 于合成油和多级油时，其VI值通常要超过100，要重新修订。
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（ 2 ）粘度与温度的关系
第5章 润滑
按照分子学的观点，凡是流体都是由大量的处于无规则 运动状态的分子所组成，流体的粘度是分子间的引力作用和动 量的综合表现，分子间的引力随着分子间的距离增大而急剧减 小，而分子的动量取决于运动速度。 当温度升高时，流体分子运动的平均速度增大，而分子 间的距离也增加。这样就使得分子的动量增加，而分子间的作 用力减小。因此，液体的粘度随温度的升高而急剧下降，从而 严重影响它们的润滑作用。为了确定摩擦副在实际工况条件下 的润滑性能，必须根据润滑剂在工作温度下的粘度进行分析。 这样，热分析和温度计算成为润滑理论的主要问题之一。而气 体的粘度随温度的升高而略有增加。 粘度随温度的变化是润滑剂的一个十分重要的特性。通 常润滑油的粘度越高，其对温度的变化就越敏感。
du dz
可知：剪应变率等于流动速度沿流体厚度方向的变化梯度。 这样，牛顿粘性定律可写成
(完整版)摩擦学原理(第4章磨损理论)
光谱分析（油样分析） 推断磨损部位 吸收光谱、发射光谱 可分析几十种元 素 只适用小磨 屑<2μm
其他间接方法 振动与噪声、温度、位移
1 磨损率
1）线磨损率Kl
KL
磨损高度 相对滑动距离
h s
dh ds
(4.1)
2）体磨损率Kv 3）重量线磨损率KG
KV
磨损体积 相对滑动距离
V s
dV ds
3VH NS
(4.8)
式中：N为法向载荷；H为材料的硬度。
4.1.2 磨损分类
将磨损分类的主要目的是为了将实际存在的各种各样的磨损现象归纳 为几个基本类型，从而更好地分析磨损规律。早期人们根据摩擦的作 用将磨损分为以下三大类：
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。
(4.2)
KG
磨损材料重量 相对滑动距离 接触表面积
G sAa
dG Aa ds
(4.3)
4）质量线磨损率Km
Km
磨损材料质量 相对滑动距离 接触表面积
m sAa
dm Aa ds
(4.4)
2．耐磨性
有时为了判断材料的耐磨性大小，也可以采用耐
磨性E来衡量。耐磨性为磨损率的倒数。
对线磨损率来说，线耐磨性表示为：
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。
摩擦基本原理
固体摩擦理论主要内容§1 摩擦的基本特性§2 摩擦理论§1 摩擦的基本特性=F fw古典摩擦理论(Amonton、Coulomb): F=fW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。
1.静止接触时间的影响2.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3.预位移问题：极限位移；静摩擦力§2 摩擦理论1、机械啮合理论问题(1)超精加工表面间的摩擦系数反而增加(2)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§2 摩擦理论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，即粘着理论，摩擦二项式。
1§2 摩擦理论四、摩擦二项式定律000()()b am m m F S A B p S A B p =+++00m mF S S ττ=+•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0τ0S m τmS§2 摩擦理论五、滚动摩擦Charles-Augustin Coulomb (1736-1806) proposed that the frictional resistance of a rolling wheel or cylinder is proportional to the load P, and inversely proportional to the radius of the wheel.Arsène Dupuit in 1840 ：a simple torque balance (see below) between the interfacial rolling resistance and the material resisting torque leads to an inverse square root dependence of friction in R.§2 摩擦理论五、滚动摩擦2000:Firestone and Ford tire controversy§2 摩擦理论-应用From the teaching material of tribology of MITFriction at Dry Sliding Interface Undulated Surface for Elimination of Particles 5μm spacing μ-structured Si50μm spacing μ-structured SiPin-disk experiments•Pin specimens-Bearing ball (1/16”) •Flat specimens•μ-structured Si(coated)§2 摩擦理论-应用Pin-disk experiments影响摩擦研究的几项科技进步1）高真空和表面技术使科学家得以制备高度规则结构表面(well-defined surfaces)－洁净晶体表面、原子级光滑表面、单分子膜表面等2）AFM和FFM的发明提供了探索原子尺度摩擦行为的条件3）微机电系统和纳米技术发展要求理解微纳米系统中的摩擦和粘附规律4）大规模计算机模拟可以直观地揭示和再现两个表面之间的复杂摩擦过程和现象。