摩擦学
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。
摩擦学原理知识点总结
摩擦学原理知识点总结摩擦学是研究物体之间相对运动时所产生的摩擦现象和规律的科学。
摩擦学原理包括摩擦的定义、摩擦力的产生原因，摩擦力的类型、摩擦力的计算方法等内容。
通过了解摩擦学原理，可以更好地理解摩擦力的作用和影响，从而在工程、物理学和机械设计等领域得到应用。
一、摩擦的定义摩擦，是指两个物体相对运动时，在它们接触表面上由于微观不平整而发生的阻力，这种阻力叫做摩擦力。
摩擦力是一种非常微小的力，通常在我们的日常生活中会忽略它的存在。
摩擦力的大小取决于物体表面的光滑程度、压力大小以及接触面积等因素。
二、摩擦力的产生原因摩擦力的产生是由于物体表面的不规则微观结构，当两个物体表面接触时，这些微不足道的不规则结构会相互干涩地牵引、压迫、撞击对方而产生的一种相对运动阻力。
三、摩擦力的类型1、静摩擦力当两个物体相对运动时，接触面会产生一个阻碍相对滑动的摩擦力，这就是静摩擦力。
静摩擦力的大小与物体之间的正压力成正比，即F_s = μ_sN，其中F_s为静摩擦力大小，μ_s为静摩擦系数，N为正压力的大小。
静摩擦力通常比动摩擦力大，当施加在物体上的力小于静摩擦力时，物体不会发生相对滑动。
一旦施加的力达到或超过了静摩擦力，物体就会开始发生相对滑动。
2、动摩擦力当物体产生相对滑动时，接触面会产生一个与相对滑动方向相反的摩擦力，即动摩擦力。
动摩擦力的大小与静摩擦力相关，通常小于静摩擦力，通常F_k = μ_kN。
其中F_k为动摩擦力大小，μ_k为动摩擦系数，N为正压力的大小。
动摩擦力通常比静摩擦力小，所以一旦物体开始运动，需要施加的力就变小了。
四、摩擦力的计算方法1、静摩擦力的计算静摩擦力的大小与物体间的正压力成正比，即F_s = μ_sN。
其中F_s为静摩擦力大小，μ_s为静摩擦系数，N为正压力的大小。
静摩擦系数是一个无量纲的常数，它取决于物体表面的光滑程度。
静摩擦系数的大小可以通过实验测定或者查找资料获得。
2、动摩擦力的计算动摩擦力的大小与正压力成正比，即F_k = μ_kN。
摩擦学的古典四大定律
摩擦学的古典四大定律
一、摩擦力与法向载荷成正比
定律表述：摩擦力F与两接触体之间的法向载荷P成正比，即F=uP（其中u为摩擦系数，但需注意，此公式在重载情况下可能不成立，因为此时摩擦力与法向压力可能呈非线性关系，法向载荷愈大，摩擦力增加得愈快）。
解释：这一定律说明了摩擦力的大小与接触面之间的正压力有关，正压力越大，摩擦力也越大。
二、摩擦因数与接触面积无关
定律表述：摩擦系数与表观接触面积无关。
但这一定律的适用性有限，它一般适用于具有屈服极限的材料（如金属），而不适用于弹性及黏弹性材料。
对于黏弹性材料，摩擦力与接触面积是有关的。
解释：这一定律表明，在接触面积改变的情况下，只要接触面的材料和粗糙度不变，摩擦系数就不会改变。
三、摩擦因数与滑动速度无关
定律表述：两个相对运动物体之间的摩擦系数与它们的滑动速度无关。
但这一定律也并非绝对，它对于金属来说基本符合，但对于黏弹性显著的弹性体来说，摩擦系数明显与滑动速度有关。
解释：这一定律说明，在滑动速度改变的情况下，只要接触面的材料和粗糙度不变，摩擦系数就不会改变。
但实际上，在高速滑动时，由于摩擦热和表面变形等因素的影响，摩擦系数可能会发生变化。
四、静摩擦因数大于动摩擦因数
定律表述：静摩擦系数通常大于动摩擦系数。
但这一定律同样不适用于黏弹性材料，因为黏弹性材料的静摩擦因数可能不大于动摩擦因数。
解释：静摩擦力是使物体开始滑动所需要的力，而动摩擦力则是维持物体滑动持续进行所需要的力。
由于静摩擦时接触面之间的分子间作用力更大，因此静摩擦力通常大于动摩擦力。
摩擦学的进展和未来
摩擦学的进展和未来一、本文概述摩擦学，作为一门研究物体间接触表面相互作用及其产生的摩擦、磨损和润滑现象的学科，自其诞生以来就在工业、交通、能源、生物医学等众多领域发挥了至关重要的作用。
随着科技的不断进步，摩擦学的研究也日益深入，新的理论、技术和应用不断涌现。
本文旨在全面概述摩擦学领域的最新进展，并展望其未来发展方向。
我们将回顾摩擦学的发展历程，从最初的经典摩擦理论到现代的纳米摩擦学、生物摩擦学等新兴分支。
接着，我们将重点介绍摩擦学在材料科学、机械工程、航空航天、生物医学等领域的最新应用，如高性能涂层材料、纳米摩擦调控技术、智能润滑系统等。
我们还将讨论摩擦学在能源转换与存储、环境保护、可持续发展等全球性问题中的重要作用。
在展望未来部分，我们将分析摩擦学领域的发展趋势和挑战，如跨学科融合、技术创新与产业升级等。
我们还将探讨摩擦学在智能制造、新能源、生物医疗等领域的发展前景，以及其在推动社会进步和可持续发展中的潜力。
本文旨在全面梳理摩擦学的进展和未来，以期为该领域的研究者、工程师和决策者提供有益的参考和启示。
二、摩擦学的基础理论摩擦学，作为一门研究物体表面间相互作用和摩擦现象的科学，其基础理论涉及多个学科领域，包括物理学、化学、材料科学和力学等。
这些基础理论为摩擦学的发展提供了坚实的支撑，同时也为未来的探索提供了新的思路。
接触力学理论：接触力学是摩擦学的基础，主要研究物体表面的接触行为和接触应力分布。
该理论通过研究接触表面的形貌、材料属性和载荷等因素，揭示了接触界面上的应力分布规律，为摩擦学的研究提供了重要的理论基础。
弹塑性理论：弹塑性理论主要研究物体在受力作用下的变形行为，包括弹性变形和塑性变形。
该理论为摩擦学提供了关于材料表面在摩擦过程中变形和损伤机制的重要认识，有助于深入理解摩擦现象的本质。
摩擦热学：摩擦过程中，由于摩擦力的作用，物体表面会产生大量的热量。
摩擦热学主要研究摩擦过程中的热量产生、传递和消散等问题。
摩擦学的理论研究及其应用
摩擦学的理论研究及其应用摩擦学作为一门交叉学科，研究了摩擦、磨损以及表面物理化学等基本问题。
目前，摩擦学已被广泛应用于飞机、汽车、列车、医疗器械、机械化农业、工厂等领域，成为现代工业生产的重要组成部分。
一、摩擦学的基本概念摩擦学是研究摩擦、磨损和润滑等现象的力学学科，在力学、材料学、化学、表面物理学等学科的交叉领域中深入探讨了摩擦学原理、机理和应用。
摩擦是指两个接触表面相对运动时的阻力，它是产生于两个表面之间的接触力。
磨损是物体表面由于与物质相互作用而发生的形态变化和质量损失。
磨损现象的产生是由于两个相对运动的表面之间的微观接触，导致这些表面在一些局部的地方发生结合和断裂。
润滑是在两个表面相对运动的情况下，通过在表面之间引入润滑剂，使两个表面之间的摩擦系数降低的现象。
摩擦学的分支学科有干摩擦学、润滑摩擦学以及磨损学等。
二、摩擦学的研究意义摩擦学的研究意义主要体现在以下几个方面：1. 提高工程设计水平。
摩擦学的研究成果可以为工程设计人员提供思路和设计指导方案，达到规避机械性能下降、磨损加剧、寿命缩短等弊端的结果。
2. 进行润滑设计。
润滑剂、润滑油脂等润滑剂厂家可以进行润滑设计，为机械设备的正常运转提供保障。
3. 开拓新材料需求领域。
目前，涂层、纳米材料等新型材料的研究及应用已经成为摩擦学研究的热点领域。
这些新型材料可以增加润滑能力、降低磨损程度，从而提高机械设备寿命。
三、摩擦学的应用现状摩擦学理论已被广泛应用于汽车、航空、机械制造、医疗器械、化妆品等多个领域。
1. 汽车工业。
摩擦学理论的应用在汽车行业中表现尤为突出。
现代汽车工业是材料和摩擦学领域不断发展、不断创新的产物。
摩擦学技术在汽车上的应用范围非常广泛，从发动机、变速器和轮胎到制动系统、转向系统，都需要基于摩擦学原理的设计和研究。
2. 航空制造业。
航空材料的研究和使用一直是大家关注的热门话题。
摩擦学技术也在航空工业中应用。
涂层材料、传感器、及精密丝锥这些领域都获得了摩擦学的应用，从而提高了飞机的性能，增加了安全和舒适性。
摩擦学基础知识
（1）表面被污染，摩擦系数主要取决于材料 组合、表面特征和环境条件。
（2）粘着起作用，摩擦系数开始上升，假如 微凸体断裂，产生旳磨粒将产生犁沟作用， 使摩擦系数升高。
（3）滑动表面旳磨粒数增长，犁沟作用增大， 摩擦系数急剧上升。
（4）进入和离开界面旳磨粒数相等时，摩擦 系数保持不变，即稳定摩擦状态。
摩擦学基础知识
概述
1. 摩擦旳定义：
2. 两个接触物体表面在外力 3. 作用下相互接触并作相对 4. 运动或有运动趋势时，在 5. 接触面之间产生旳切向运 6. 动阻力称为摩擦力，这种 7. 现象就是摩擦。
2 . 摩擦旳分类
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 还未产生相对运动时旳摩擦。 动摩擦：两相对运动表面之间旳摩擦。 2. 按相对运动旳位移特征分类：
（2）具有牵引力旳滚动---滚动元件受到法向 载荷和牵引力旳作用产生旳滚动形式。
（3）伴随滑动旳滚动---几何形状造成接触面 上切向速度不等时，必将伴有滑动。
3. 滚动摩擦系数
（1）有量纲滚动摩擦系数： 驱动力矩与法向载荷之比，即： μ=FR/W=W´e/W=e
（2）无量纲滚动摩擦系数：
称为滚动阻力系数，数值上等于驱动力矩 在单位距离所作旳功与法向载荷之比，即：
（4）无法解释脆性材料具有旳和金属材料相 同旳摩擦性能。
（5）粘着理论很好解释了“相溶性较大旳金 属之间轻易发生黏着,摩擦系数较大”现象.
对于大多数金属, τb =0.2σs ,计算旳摩擦系数 为 0.2左右.正常大气中测旳摩擦系数都高达 0.5 ,在真空中更高.
5.机械—粘着—犁沟综合作用理论
（了解）当刚性滚轮沿弹性平面滚动时，在 一整周内滚轮走过旳距离要不不小于圆周长。 （了解）当弹性滚轮沿刚性平面滚动时，在 一整周内滚轮走过旳距离要不小于圆周长。
摩擦学的三个公理
摩擦学的三个公理在摩擦学中，存在着三个重要的公理，它们在研究物体之间的摩擦力时起到基础性的作用。
这三个公理分别是：1. 马丁摩擦定律：马丁摩擦定律是摩擦学的基础，它表明物体之间的摩擦力与它们之间的压力成正比。
即，摩擦力与物体之间的压力大小有直接关系。
这是一个经验规律，适用于大多数情况下。
2. 库仑摩擦定律：库仑摩擦定律是描述干摩擦力与物体之间相对速度的关系的规律。
它指出，干摩擦力的大小与两个物体间相对速度的乘积成正比。
换句话说，当物体之间的相对速度增加时，摩擦力也会增大。
3. 静摩擦力与滑动摩擦力的切换条件：当一个物体相对于另一个物体处于静止状态时，两者之间的摩擦力称为静摩擦力。
而当一个物体开始相对滑动时，两者之间的摩擦力则变为滑动摩擦力。
这一转换发生的条件是，物体之间的相对运动达到一个临界值，这个临界值称为静摩擦力的极限，也被称为摩擦系数。
通过这三个公理，我们能更准确地描述物体之间的摩擦力现象，进而研究和解决与摩擦相关的问题。
除了上述的三个公理外，摩擦学还涉及到一些其他的概念和原理，以下是与摩擦相关的一些补充内容：1. 摩擦系数：摩擦系数是一个量化摩擦力大小的物理量，用符号μ表示。
它描述了两个物体间的摩擦力与压力的比值。
通过测量和实验，可以确定不同材料之间的摩擦系数，从而在工程和科学应用中方便地计算摩擦力。
2. 滑动摩擦力和滚动摩擦力：摩擦力可以分为滑动摩擦力和滚动摩擦力两种形式。
滑动摩擦力发生在两个物体表面之间相互滑动的情况下，而滚动摩擦力则是当一个物体在另一个物体上滚动时产生的摩擦力。
两者之间存在一定的差异，例如滚动摩擦力通常比滑动摩擦力小。
3. 摩擦力的应用：摩擦力是生活中和工程实践中非常常见和重要的现象。
正是通过摩擦力，人类可以正常步行、操控车辆以及使用工具等等。
摩擦力也广泛应用于机械工程、运输工程、建筑和材料科学等领域，例如在设计车辆刹车系统时需要考虑摩擦力的大小，以确保安全性和可靠性。
摩擦磨损与润滑课件第一章绪论
表示润滑剂在长期储存和使用过程中抵抗氧 化变质的能力。
05
CATALOGUE
润滑理论简介
润滑理论的发展历程
01
古代润滑理论
古代人类在实践中发现某些物质可以减少摩擦，如油脂、动物脂肪等，
但缺乏科学理论支撑。
02
近代润滑理论
随着工业革命的发展，机械设备的广泛应用，润滑理论逐渐形成。例如
，库伦提出了关于摩擦的定律，奠定了现代摩擦学的基础。
02
CATALOGUE
摩擦现象与原理
摩擦现象的分类
01
02
03
干摩擦
表面之间没有润滑剂，如 金属之间的摩擦。
流体摩擦
表面被润滑剂分开，如滑 轮中的润滑油与金属表面 之间的摩擦。
边界摩擦
表面间有一层极薄的润滑 剂，如滑动轴承中的润滑 油膜与轴颈之间的摩擦。
摩擦产生的原理
表面粗糙度
由于表面微观不平度，实际接触面积 小于名义接触面积，导致实际接触点 承受压力，产生弹性变形和塑性变形 ，从而产生摩擦。
疲劳剥落
由于循环接触应力作用 ，使表面材料发生疲劳
裂纹并剥落。
粘着与撕脱
由于粘着作用，使材料 从一个表面转移到另一 个表面，或从一个表面
撕脱。
腐蚀与磨损
由于腐蚀介质的作用， 使表面材料发生腐蚀并
导致磨损。
04
CATALOGUE
润滑及其作用
润滑剂的种类
润滑油
主要用于液体润滑，如发动机 机油、齿轮油等。
交通运输领域
润滑理论在交通运输领域中涉及汽车、飞机和船舶等交通 工具的发动机润滑、传动系统润滑和液压系统润滑等方面 。
科研领域
润滑理论也是摩擦学、流体力学、材料科学等领域的重要 研究方向之一，对于推动相关学科的发展具有重要意义。
摩擦学原理
摩擦学原理
摩擦学是物理学的一个分支，它研究的是摩擦的原理，及其在物理现象中的运用。
摩擦学的发展始于古希腊，当时科学家把它归结为三个基本原理：动摩擦、静摩擦和摩擦力的作用。
在这三个原理的基础上，科学家们进一步发展出了关于摩擦的更多理论。
动摩擦是指当两个物体相互滑动时，会产生摩擦力，这种摩擦力会对物体的运动产生阻力。
这种力可以用来减慢物体的运动，也可以用来增加物体的运动。
从物理学的角度来看，动摩擦的大小与物体的重量、滑动速度和摩擦力有关。
静摩擦是指两个物体之间的静止接触，也就是说，它们不会发生相互滑动。
在这种情况下，会产生一种叫做摩擦力的力，这种力会影响物体的运动，使其变得更加困难。
静摩擦的大小取决于两个物体之间的摩擦系数，以及它们之间的重量。
最后，摩擦力是指当两个物体接触时，会产生的一种力，这种力可以阻挡物体的运动，也可以促使物体的运动。
摩擦力的大小与两个物体的重量、摩擦系数和滑动速度有关。
总之，摩擦学原理主要包括动摩擦、静摩擦和摩擦力三个基本原理。
摩擦力可以影响物体的运动，因此它有着重要的应用，如机器的运行、车辆的制动等。
因此，摩擦学原理有助于我们理解物理现象，
为物理实验和研究提供了重要参考。
摩擦学的应用及其在机械设计中的应用
摩擦学的应用及其在机械设计中的应用摩擦学，是一个研究摩擦现象、摩擦性能、摩擦机理、摩擦控制等方面的学科，近年来随着技术的不断发展，摩擦学的应用越来越广泛。
如何应用摩擦学，是现代工程设计的重要问题之一。
本文主要探讨摩擦学的应用以及在机械设计中的应用。
一、摩擦学的应用领域摩擦学最初是一个纯学术领域的研究，但是随着工业的发展，摩擦学的应用也越来越广泛。
以下是摩擦学的具体应用领域：1.汽车工业领域：摩擦学在汽车制造中的应用很多，例如发动机缸套、扭力减震器、离合器、刹车等，这些产品的性能都与摩擦学相关。
2.航空航天领域：在飞行器的制造和运行中，摩擦学起到了重要的作用。
如旋翼轴承、发动机内部的部件、型号翼面等。
3.电子电器领域：摩擦学在微电子制造和电气设备中也有重要的应用。
如电气接触材料、固体电解质等。
4.环保领域：摩擦学在颗粒材料输送、废水污泥处理、清洗除尘等方面都有应用。
5.生物医学领域：人造心脏瓣膜、关节模拟器、骨修复材料等都与摩擦学相关。
6.材料科学领域：材料表面性质的改变，如光学透明薄膜、涂层材料、晶体稀土材料等，也与摩擦学有关。
以上仅是摩擦学应用领域的一小部分，其实摩擦学在工业、生活中的应用十分广泛。
二、摩擦学在机械设计中的应用摩擦学在机械设计中有着十分重要的应用，许多机器的稳定性、耐久性、人机交互性等方面的性能，与摩擦学的应用相关。
1.摩擦材料的选择在机械设计中，摩擦材料的选择是十分重要的。
例如在制动系统中，制动器摩擦衬垫的材料对于性能和使用寿命都有着重要的影响。
选材时，必须考虑到材料的摩擦性能、耐磨性、抗腐蚀性等，这就需要涉及到摩擦学知识。
2.摩擦力的控制在机械设计中，摩擦力的控制非常重要。
例如在工业机械的设计中，需要借助降低机械变形和能量损失的方式来减少摩擦。
摩擦力的控制还可以通过材料处理、设计调整等方式来实现。
3.润滑剂的选择在机械设计中，润滑剂在工作过程中起到了重要作用。
润滑剂不仅能减少摩擦力，还能延长机器零部件的使用寿命。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
摩擦学润滑剂的粘度是决定润滑膜厚度的主要因素：流体动压润滑，润滑膜的厚度与润滑剂的粘度成正比；弹性流体动压润滑，润滑膜的厚度与润滑剂粘度的0.7次方成正比。
以点线接触的弹性流体动压润滑性能主要取决于润滑剂的流变性能。
根据润滑膜的形成原理和特征, 润滑状态可以分为: (1)流体动压润滑; ( 2 ) 流体静压润滑; ( 3 ) 弹性流体动压润滑(简称弹流润滑) ; (4) 薄膜润滑; (5)边界润滑; (6)干摩擦状态等6 种基本状态。
流体润滑。
包括流体动压润滑和流体静压润滑, 主要是应用粘性流体力学和传热学等来计算润滑膜的承载能力及其他力学特性。
在弹性流体动压润滑中, 由于载荷集中作用, 还要根据弹性力学分析接触表面的变形以及润滑剂的流变学性能。
对于边界润滑状态, 则是从物理化学的角度研究润滑膜的形成与破坏机理。
薄膜润滑兼有流体润滑和边界润滑的特性。
而干摩擦状态中, 主要的问题是限制磨损,它将涉及到材料科学、弹塑性力学、传热学、物理化学等内容。
流体粘度动力粘度：由于流体的粘滞性, 在相互滑动的各层之间将产生切应力即流体的内摩擦力, 由它们将运动传递到各相邻的流体层, 使流动较快的层减速, 而流动较慢的层加速,形成按一定规律变化的流速分布。
τ= ηγ其中,τ为切应力, 即单位面积上的摩擦力,τ= F/ A;γ为切应变率τ= ηd ud z式中, 比例常数η定义为流体的动力粘度，动力粘度是切应力与速度梯度之比。
在国际单位制( SI) 中, 它的单位为N·s/ m2 或写作Pa·s。
实践证明:在一般工况条件下的大多数润滑油特别是矿物油均属于牛顿流体性质。
运动粘度在工程中, 常常将流体的动力粘度η与其密度ρ的比值作为流体的粘度, 这一粘度称为运动粘度, 常用ν表示。
运动粘度的表达式为ν= η/ρ运动粘度在国际单位制中的单位用m2/ s。
非牛顿体在通常的使用条件下, 润滑油可以视为牛顿流体。
对于牛顿流体, 切应力与切应变率的关系是通过原点的直线, 下图中的C, 直线的斜率表示粘度数值, 因此, 牛顿流体的粘度只随温度和压力而改变, 而与切应变率无关。
凡是不同于上述特性的流体统称为非牛顿流体, 下图中的A, B 和D 所示。
非牛顿流体可以表现为塑性、伪塑性和膨胀性等形式。
剪切时间稀化随着剪切持续时间的延长, 液体的表观粘度降低。
触变性通常是可逆的, 就是说当剪切作用停止后, 经过充分的恢复时间, 粘度将恢复到原来数值或接近原来数值。
对于润滑脂和稠乳剂而言, 出现触变性的原因在于它们的结构在剪切作用下不断破坏, 同时又自行重建。
当结构破坏不断发展时, 表观粘度连续降低, 直到破坏与重建达到平衡而获得粘度的稳定值。
粘度换算润滑脂是三维框架结构, 它不能作层流流动, 在润滑过程中呈现出复杂的宏观力学特性, 即表现为具有时间效应的粘塑性流体。
如图所示，润滑脂的流变特性。
其主要特点可归纳为:(1 ) 通常润滑脂的粘度随切应变率的增加而降低, 因而切应力与切应变率呈现非线性关系。
(2 ) 如图所示, 润滑脂具有屈服切应力τs , 只有当施加的切应力τ>τs时, 润滑脂才产生流动而表现出流体性质。
当τ≤τs 时, 润滑脂表现为固体性质, 并可具有一定的弹性变形。
由于润滑脂具有屈服切应力特性, 使得润滑膜中切应力τ≤τs 的区域将出现无剪切流动层。
在该流动层中, 与流动速度垂直方向上的各点将具有相同的流速, 即形成整体。
润滑脂流变特性(3 ) 润滑脂具有触变性。
当润滑脂在一定的切应变率下流动时, 随着剪切时间的延长, 切应力逐渐减小, 即粘度随着时间而降低。
而当剪切停止以后, 粘度将部分地恢复。
由此可见, 脂润滑状态是处于动态的变化过程,而所谓的稳态润滑只能是相对稳定状态。
描述润滑脂流变特性的本构方程目前主要采用以下3 种(1 ) Ostwald 模型τ=γn(2 ) Bingham 模型τ= τs +γ(3 ) Herschel-Bulkley模型τ= τs +γn式中, n 为流变指数; τs为塑性粘度。
实践表明, Herschel-Bulkley模型比较符合实验结果, 在中低速范围时准确度更高。
此外, 当n= 1 时, 它转变为Bingham 模型; 而当τs= 0即Ostwald 模型。
因此, Herschel-Bulkley模型具有普遍性。
边界润滑与添加剂一般认为边界润滑和混合润滑情况下总摩擦系数包含为液体、固体两部分, 即流体摩擦系数f L、固体摩擦系数f s 。
f L由润滑流体的剪切引起, 它的值为ηd u/d z,η是润滑流体的粘度, d u/ d z是速度梯度。
当两表面处于完全流体润滑时, 为了维持摩擦面的完全隔离, 必须有足够大的相对滑动速度,f L值将随着相对滑动速度的下降而下降。
我们可以把ab 段的曲线沿着横坐标的减小看做滑动速度u的减小。
随着u的减小,摩擦副之间的间隙也随之减小。
当滑动面之间的粗糙峰开始接触从而产生了固体摩擦f s 。
由于峰顶的摩擦产生的局部加热作用使周围润滑剂的粘度局部下降,因而造成了f L下降, 它的下降值开始超过f s 的值, 因此总摩擦系数f 继续沿着bc下降到最低点c。
当速度进一步下降时, 由于产生固体摩擦的面积增加, 固体摩擦f s 在混合润滑中占优势, 所以摩擦系数沿着cd 上升进入边界润滑状态。
边界润滑类型边界润滑状态的特征是在摩擦表面上生成一层与润滑介质性质不同的薄膜, 其厚度一般处在0 .1μm 以下, 统称为表面膜或者边界膜。
按照结构性质不同, 边界膜主要分为吸附膜和化学反应膜, 有时是高粘度厚膜。
边界润滑机理除边界膜的润滑作用之外, 还有薄膜抛光和表面软化作用。
它们对于摩擦磨损中出现的粘着效应(adhesion)和犁沟效应( ploughing )具有不同的作用。
吸附膜及其润滑机理1 .吸附现象与吸附膜润滑油中常含有少量的极性物质, 例如含1%～2%的脂肪酸C n H2 n+ 1 + COOH , 它是长链型分子结构, 如图6-2 所示。
分子的一端COOH 称为极性团, 整个分子可用直线和圆圈来表示, 以圆圈代表极性团。
极性团具有化学活性, 依靠分子或原子间的范德华( Van-der Wads )力可以牢固地吸附在金属表面上, 形成分层定向排列的单分子层或多分子层的吸附膜, 这种吸附称为物理吸附。
除个别的粗糙峰点之外, 吸附膜将两摩擦表面隔开, 提供了一个低剪切阻力的界面, 因而摩擦系数降低并避免发生表面粘着。
长链结构的碳氢化合物都具有物理吸附能力, 但物理吸附力比较弱, 并且物理吸附膜的形成是可逆的。
当表面温度较高时, 极性分子能与表面金属形成金属皂例如C n H2 n+ 1 + COOM, 它也是极性分子, 依靠化学的结合被吸附在金属表面形成分子栅,这种吸附称为化学吸附。
需要指出, 化学吸附膜中的金属离子并不离开原金属的晶格, 润滑剂分子也仍保留其原有的物理特性。
金属皂膜的熔点比纯脂肪酸的高, 热稳定性好。
化学吸附膜的形成是不可逆的, 并且具有较低的摩擦系数。
因此与物理吸附膜比较,化学吸附膜可以在较高的载荷、速度和温度的条件下工作。
润滑油与金属表面形成吸附膜的能力以及吸附膜的强度统称为油性。
油性是一个综合指标, 它同时与润滑油和金属表面的性质和状况有关。
动物油的油性最好, 植物油次之, 而矿物油一般不含脂肪酸, 但通常含有未饱和的碳氢化合物, 也具有一定的吸附能力, 然而油性较弱。
活性金属如铜、铁、钒等的吸附能力较强, 而镍、铬、铂等金属较差。
吸附膜的结构及特性对于不含极性分子的凡士林油, 直到距离固体壁面为1nm处, 液面保持为一条共同的直线, 这说明非极性油的粘度各处相同。
而对于极性的戊基皮脂酸, 在距离壁面10nm 处液面出现转折, 即距离壁面一定厚度处的粘度值发生突变, 因而其他性质也相应改变。
这里说明在边界层由于分子的定向排列结构, 其性质与液体状态下的不同。
在吸附膜中的极性分子相互平行并都垂直于摩擦表面。
这种排列方式可以满足被吸附的分子数目达到最多。
滑动时, 在摩擦力的作用下, 被吸附的分子将倾斜和弯曲, 构成分子刷以减少阻力, 因而吸附膜之间的摩擦系数。
较低, 并有效地防止两摩擦表面的直接接触。
脂肪酸族的分子都能够吸附, 但是由于它们的分子链长度不同, 吸附膜的润滑效应也不一样。
醋酸的分子链最短, 而硬脂酸的分子链最长。
分子链越长吸附膜越厚, 两摩擦表面被隔开得越远。
在一般情况下, 边界润滑的摩擦系数随极性分子链长的增加而降低, 并趋于一个稳定的数值。
极性分子的链长决定于分子中的碳原子数, 因此随着极性分子中的碳原子数增加, 摩擦系数降低。
润滑油中包含的表面极性分子对磨损有双重影响。
一方面极性分子形成吸附膜, 避免金属直接接触从而减少摩擦和磨损, 而另一方面, 当金属表面存在裂纹时, 极性分子又将促进裂纹扩张, 如图6 -8 (a )所示, 极性分子为了要形成最大的表面吸附膜, 乃向裂纹尖端推进, 在裂纹表面产生由外向里增加的压力, 促使裂纹扩张, 此称为尖劈效应。
此外, 尖劈效应也是接触峰点处吸附膜承载的原因。
如图6-8 (b) , 接触峰点周围的极性分子力图与表面吸附而将两摩擦表面分隔开。
尖劈效应还可以使长久静止的两摩擦表面不至于直接接触, 因而减少起动摩擦, 润滑油尖劈效应的强弱与油性有关。
在载荷过大、冲击性过大、起动停车过于频繁、速度过低或间歇摆动等工况下, 一般很难获得足够厚润滑膜。
当表面过于粗糙时, 润滑膜的厚度也难以保证粗糙峰脱离接触。
这时可以利用润滑油中的极性物质吸附在金属表面形成吸附膜以防止和减轻磨损。
为有效利用吸附膜润滑, 需要注意以下一些事项:(1 ) 合理地选择摩擦表面材料和润滑剂以及控制表面粗糙度;(2 ) 加入必要的油性添加剂。
纯矿物油本身不含极性物质, 精炼程度不高的矿物油中虽含有1%～2%的脂肪酸, 但它的吸附能力不强。
通常的油性添加剂有:高级脂肪酸、酯、醇和它们的金属皂, 例如油酸、二聚酸、硬脂酸铝、油酸丁酯、二聚酸乙二醇单酯, 以及二护基硫化磷酸锌、三甲酸磷酸酯以及氯化石蜡等。
油性添加剂的加入量通常小于10%。
另外, 动植物油也有很好的吸附能力, 但缺点是不稳定, 易氧化;(3 ) 控制工况条件。
吸附膜通常只在常温或一二百摄氏度的条件下工作。
摩擦副的相对速度也不能太高。
在中低速和中轻载荷条件下, 吸附膜能有效地减轻粘着磨损、微动磨损和氧化磨损, 而对磨粒磨损的减轻程度视磨粒大小而定。
化学反应膜及其润滑机理对于高速重载的摩擦副在产生适当接触温度条件下, 润滑油中的成分例如极压添加剂中的硫、磷、氯等元素与金属表面进行化学反应, 迅速地生成厚的无机物膜, 如图6 -9 所示。