第四章 摩擦原理
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机械设计第四章：摩擦、磨损与润滑概述
2)行驶速度：磨合期内应尽量低速行驶。一般情况下，载重汽车最
高车速驶期300公里以内应避免紧急制动。新车及大修后的汽车化油器
都装有限速器，不得随意拆除。
汽车磨合期间的使用
3）轻装上阵：新车不宜劳顿，处于磨合期的车辆装载质量一定不
要超过额定载重量的70%，满载、超载对新车各个构件都会造成极大的 损害，并选择平坦道路行驶。慢起动、缓停车。
化学吸附膜（化学键）
度影响较大
反应膜:比较稳定
§4-ห้องสมุดไป่ตู้ 摩擦
三、流体摩擦
流体摩擦：指运动副的摩擦表面被流体膜隔开（λ>3～4） 摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。 摩擦系数最小（f=0.001-0.008），无磨损产生，是理想的 摩擦状态。
四、混合摩擦
混合摩擦：摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状 态（=1～3） 。 混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时 要小得多。 边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为 不完全液体摩擦。
疲劳磨损（点蚀） 是由于摩擦表面材料微体积在重复变形时 所产生的材料疲劳所引起的机械磨损。
§4-2 磨损
冲蚀磨损 流体中所夹带的硬质物质或颗粒，在流体冲击力 作用下而在摩擦表面引起的磨损。
腐蚀磨损 当摩擦表面材料在环境的化学或电化学作用下引 起腐蚀，在摩擦副相对运动时所产生的磨损即为腐蚀磨损。 微动磨损 是指摩擦副在微幅运动时，由上述各磨损机理 共同形成的复合磨损。微幅运动可理解为不足以使磨粒脱离摩 擦副的相对运动
摩擦学原理知识点
绪论
1、摩擦学定义：是对于相对运动的互相作用表面的科学技术，包含摩擦、润滑、磨损和冲蚀。
2、摩擦学研究内容主要包含：摩擦、磨损、润滑以及表面工程技术。
3、摩擦：是抵挡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：侧重研究与剖析资料和机件在不一样工况下的磨损机理、发生规律和磨损特征。
5、润滑：研究内容包含流体动力润滑、静力润滑、界限润滑、弹性流体动力润滑等在内的各样润滑理
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联合起来，解决机器零零件的减摩、耐磨，延伸使用寿命的问题。
第一章
1、表面容貌：微观粗拙度、宏观粗拙度（即涟漪度）和宏观几何形状误差。
2、表面参数：（1）算术均匀误差 Ra是在一个取样长度lr内纵坐标值Z（x）绝对值的算术均匀值。（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
误差 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，表层中所有分子所拥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，因为分子或原子互相吸引的作使劲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色是吸附和解吸附拥有可
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互换形成化学键吸附在金属表面上，且极性分子呈定向摆
列。化学吸附的吸附能较高，比物理吸附稳固，且是不完整可逆的，拥有选择性。
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
用油泵进行压力供油润滑。
2.脂润滑
使用旋盖式油脂杯时，旋动 上盖即可将润滑脂挤入轴承 中。也可使用油枪向轴承补 充润滑脂或泵送。
旋盖式油脂杯
油雾是指在高速空气喷射流中悬浮 的油颗粒。油雾润滑系统是将由管线 引来的干燥压缩空气通入油雾发生器， 利用文氏（Venturi）管或涡旋效应， 借助压缩空气载体将润滑油雾化成悬 浮在高速空气（约6m/s以下，压力约 为2.5~5KPa）喷射流中的微细油颗粒， 形成干燥油雾，再用润滑点附近的凝 缩嘴，使油雾通过节流达到0.1MPa压 力，速度提高到40m/s以上．形成的湿 油雾直接引向各润滑点表面，形成润 滑油膜，而空气则逸出大气中．油雾 润滑系统的油雾颗粒尺寸一般为 1~3μm，空气管线压力为0.3~0.5MPa， 输送距离一般不超过30m。
hmin Ra1 Ra 2
边界润滑状态 1 1 ~ 5 混合润滑状态 5 流体润滑状态
机械理论；
干 分子理论 摩 分子-机械理论 粘附理论 擦
（摩擦理论）
§4-2 磨损
磨损多数是有害的 毁坏工作表面、影响 机械功能、消耗材料 和能量、降低机器寿 命；但也可以利用， 如机器跑合、锉削、 磨削、研磨等。 典型磨损过程
超润滑：微纳米膜。理论上摩擦系数为零，实际中一般认为摩擦 系数在0.001或更低量级，属微-纳米摩擦学研究的范畴。
2.脂润滑
使用旋盖式油脂杯时，旋动 上盖即可将润滑脂挤入轴承 中。也可使用油枪向轴承补 充润滑脂或泵送。
旋盖式油脂杯
油雾是指在高速空气喷射流中悬浮 的油颗粒。油雾润滑系统是将由管线 引来的干燥压缩空气通入油雾发生器， 利用文氏（Venturi）管或涡旋效应， 借助压缩空气载体将润滑油雾化成悬 浮在高速空气（约6m/s以下，压力约 为2.5~5KPa）喷射流中的微细油颗粒， 形成干燥油雾，再用润滑点附近的凝 缩嘴，使油雾通过节流达到0.1MPa压 力，速度提高到40m/s以上．形成的湿 油雾直接引向各润滑点表面，形成润 滑油膜，而空气则逸出大气中．油雾 润滑系统的油雾颗粒尺寸一般为 1~3μm，空气管线压力为0.3~0.5MPa， 输送距离一般不超过30m。
hmin Ra1 Ra 2
边界润滑状态 1 1 ~ 5 混合润滑状态 5 流体润滑状态
机械理论；
干 分子理论 摩 分子-机械理论 粘附理论 擦
（摩擦理论）
§4-2 磨损
磨损多数是有害的 毁坏工作表面、影响 机械功能、消耗材料 和能量、降低机器寿 命；但也可以利用， 如机器跑合、锉削、 磨削、研磨等。 典型磨损过程
超润滑：微纳米膜。理论上摩擦系数为零，实际中一般认为摩擦 系数在0.001或更低量级，属微-纳米摩擦学研究的范畴。
第4章摩擦磨损润滑
机械设计
磨损的机理：
磨粒磨损
粘附磨损
磨损类型：
疲劳磨损 冲蚀磨损
腐蚀磨损
微动磨损 微动磨损—是指摩擦副在微幅运动时，由上述各磨损 机理共同形成的复合磨损。微幅运动可理解为不足以使 磨粒脱离摩擦副的相对运动。
应用实例：轴与孔的过盈配合面、滚动轴承套圈的配合面、旋合螺纹的工 作面、铆钉的工作面等。
机械设计
机械设计
磨损的机理：
磨损类型：
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
潘存云教授研制
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。
机械设计
L-AN68
L-AN100
汽轮机油 L-TSA32 GB 11120-89 L-TSA46
61.2~74.8
90~110
28.8~35.2 -7
41.4~50.6
-10 0
180
用1于90重型机床导轨、 矿山机2械10的润滑
用于汽轮机、发电机等 高速高负荷轴承和各种 小型液体润滑轴承
机械设计
条件粘度
▲稳定磨损阶段——零件在平稳而缓慢的速度下磨损
它标志着磨擦条件相对稳定。
▲剧烈磨损阶段——在经过稳定磨损阶段后，零件表面遭
物体的滑动摩擦与静摩擦实验演示与解释
实验操作方法
步骤一 步骤三
步骤二
放置物体 记录观察
施加力
数据记录
01 实验数据表格
记录不同力下物体的静摩擦现象
02 数据趋势分析
分析不同力下静摩擦力的变化
03
结果分析
根据实验数据记录和结果分析， 可以得出关于静摩擦现象的结论。 静摩擦力与物体表面特性密切相 关，不同材质的物体在施加相同 力下表现出不同的静摩擦特性。
实验感想
学习收获 未来展望
实验技能
物理知识 研究方向
操作能力
THANKS FOR WATCH 谢谢观看
滑动摩擦 > 静摩擦 滑动摩擦在机械工程中应用广泛
施加力的ห้องสมุดไป่ตู้响
在相同条件下，滑动摩擦产生的摩擦力更大
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● 04
第四章 滑动摩擦与静摩擦的 比较
实验对比
在滑动摩擦和静摩擦的实验中， 我们可以观察到它们的不同表现。 比如在施加相同力的情况下，滑 动摩擦产生的摩擦力会比静摩擦 大。探讨滑动摩擦和静摩擦在不 同应用领域的作用，有助于我们 更好地理解摩擦力的特性和应用 价值。
4第四章汽车零件损伤与检验分类
5、对零件的检修主要有 ———— 、 ———— 、 ———— 三 类方法。根据检验结果，零件可分 ———— 、 ———— 、 —— —— 三类。
三、简答题
1、摩擦的概念是什么？简述常见的四种摩擦方式。 2、磨损的概念是什么？简述常见的四种磨损方式。 3、简述影响汽车零件磨损的因素有哪些？ 4、简述零件变形和疲劳的原因。
4．腐蚀磨损
零件摩擦表面由于外部介质的化学及电化学作用而引起的磨损， 称为腐蚀磨损。腐蚀磨损可分为化学腐蚀磨损、电化学腐蚀磨损、微 动磨损和穴蚀四种状态。
1）化学腐蚀磨损
由于金属直接与外部介质发生化学反应而引起磨损称为化学腐蚀 磨损。
2）电化学腐蚀磨损
由于金属在外部介质中发生电化学反应而引起的磨损称为电化学 腐蚀磨损。 3）微动磨损 零件的过盈配合部位在交变载荷或振动的作用下所发生的磨损称 为微动磨损。 4）穴蚀 与液体相对运动的固体表面，因气泡破裂产生的局部高温及冲击 高压所引起的疲劳剥落现象称为穴蚀。
二、汽车零件的疲劳
零件在较长的时间内由于交变载荷的作用，性能变坏，甚至产生断 裂的现象称为疲劳。汽车上零件的裂纹及断裂，绝大多数是由疲劳引起 的。
1．零件疲劳的原因
零件在交变载荷作用下的疲劳，主要是由于应力集中引起的。 2．零件疲劳断裂的特点 零件的疲劳断裂不同于静载荷作用 下的断裂，它是在疲劳裂纹扩展到一定 程度后突然发生的。其断裂面可分为明 显地两个区域，如图4-8所示。 （1）疲劳裂纹区 （2）最后断裂区
(完整版)摩擦学原理(第4章磨损理论)
测长法 测量试件在试验前后法向尺寸的变化或者磨损 表面与某基准面距离的变化。这种方法存在误 差。 直接法（称重法）： 用精密分析天平称量试件在试验前后的重量变 化来确定磨损量，测量精度为0.1mg（也有达 0.01mg的电子天平），此法简单且精度较高， 比较常用，适用于小试件且磨损过程中塑性变 化不大的材料。 称质量-----质量磨损小试样，10-5-10-6g
磨损测量方法
测量方法
用零件或试件被磨去的绝对重量、体积或沿垂直于运动方向上绝对 线性 尺寸的缩减量作为磨损量都不便于比较。 转换成磨损率，即每单位载荷乘以滑动距离的磨损质量、磨损体积 或线 性磨损尺寸，所用单位的种类及大小视试件的形状、尺寸、 磨损的类 型及所用测量方法而定 磨损量测量方法： 称重法 测量表面轮廓尺寸的变化、压痕法、切槽法 原子吸收光谱法 放射同位素法
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
4.1 磨损概述 4.1.1 磨损的度量 1．磨损量与磨损率 衡量磨损的大小用磨损量来表示。磨损量一般用摩擦副表
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。
第四章-摩擦磨损和润滑概述
（1）润滑是减小摩擦、减小磨损的最有效的方法； （2）合理选择摩擦副材料； （3）进行表面处理； （4）注意控制摩擦副的工作条件等。
§4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法
润滑：在两个摩擦表面之间加入润滑剂，以减小摩擦和磨损。 此外，润滑还可起到散热降温，防锈、防尘，缓冲吸振等作 用一。、 润滑剂 凡是能减小摩擦阻力，减小磨损的物质都可作为润滑剂。 1、润滑剂的分类
例 如 ， 99.9° C 的 热 水和 0.01° C 的冷 水，这 样，冷 水会先 结冰。
二 、 结 冰 现 象是什 么？
结 冰 ， 简 单 来说就 是一个 液体在 冷却过 程中凝 结成固 态的过 程，这 个过程 总是在 局 部 优 先 产 生，再 扩展至 整个区 域。凝 固是一 个过程 。无论 是牛奶 还是水 ，或者
二、磨损Baidu Nhomakorabea分类：
磨损类型
按磨损机理分
按磨损表面外 观可分为
磨粒磨损 粘附磨损 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
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损
腐蚀磨损
微动磨损
磨粒磨损—也简称磨损，外部进入摩擦面间的游离硬颗粒（如 空气中的尘土或磨损造成的金属微粒）或硬的轮廓峰尖在软材 料表面上犁刨出很多沟纹时被移去的材料，一部分流动到沟纹 两旁，一部分则形成一连串的碎片脱落下来成为新的游离颗粒， 这样的微粒切削过程就叫磨粒磨损。
§4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法
润滑：在两个摩擦表面之间加入润滑剂，以减小摩擦和磨损。 此外，润滑还可起到散热降温，防锈、防尘，缓冲吸振等作 用一。、 润滑剂 凡是能减小摩擦阻力，减小磨损的物质都可作为润滑剂。 1、润滑剂的分类
例 如 ， 99.9° C 的 热 水和 0.01° C 的冷 水，这 样，冷 水会先 结冰。
二 、 结 冰 现 象是什 么？
结 冰 ， 简 单 来说就 是一个 液体在 冷却过 程中凝 结成固 态的过 程，这 个过程 总是在 局 部 优 先 产 生，再 扩展至 整个区 域。凝 固是一 个过程 。无论 是牛奶 还是水 ，或者
二、磨损Baidu Nhomakorabea分类：
磨损类型
按磨损机理分
按磨损表面外 观可分为
磨粒磨损 粘附磨损 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
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损
腐蚀磨损
微动磨损
磨粒磨损—也简称磨损，外部进入摩擦面间的游离硬颗粒（如 空气中的尘土或磨损造成的金属微粒）或硬的轮廓峰尖在软材 料表面上犁刨出很多沟纹时被移去的材料，一部分流动到沟纹 两旁，一部分则形成一连串的碎片脱落下来成为新的游离颗粒， 这样的微粒切削过程就叫磨粒磨损。
高中物理说课稿《摩擦力》
高中物理说课稿《摩擦力》
高中物理说课稿《摩擦力》
作为一名老师，通常会被要求编写说课稿，说课稿有利于教学水平的提高，有助于教研活动的开展。如何把说课稿做到重点突出呢？下面是小编精心整理的高中物理说课稿《摩擦力》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助。
高中物理说课稿《摩擦力》1
1．说教材
<摩擦力> 是司南版必修1第四章"相互作用”第3节的内容，是本章的重点内容之一；本章讲述力的基本知识，它是整个高中物理的垫基石，所以本章知识教学的好坏关系到高中物理教学的成败，因此本章的教学尤其重要。
本节内容有：
1.滑动摩擦力；
2.静摩擦力；
3.摩擦力的调控。放在学习了弹力之后，降低了学习的难度，而且摩擦力是常见的三种力之一，学好本节内容，有利于学生下面对物体受力分析的学习。此外，摩擦力的知识与人们的日常生活紧密相连，因此学习它有广泛的现实意义。
本节有如下特点：
1.本节的知识与初中的相关知识相衔接，降低了初高中的台阶；
2.演示实验和探究实验直接使学生参与到探究知识的过程，体验学物理的乐趣；
3，先研究比较形象的滑动摩擦力，后研究较抽象的静摩擦力，符合学生由易到难的认知过程。为提高全体学生的科学素质，从“三维目标”培养学生。按教学大纲要求，结合新课标提出以下教学目标：
⑴知识与技能：
1．知道静摩擦力和滑动摩擦力的产生条件，会判断它们的方向。
2．通过实验探究滑动摩擦力的大小与什么有关会应用公式f=Nμ
解决实际问题
3.通过实验探究静摩擦力的大小
3．知道增大和减小摩擦的方法并能解决实际问题。
⑵过程与方法：
摩擦学原理(第4章磨损理论)
2 ps e 2E
(4.16)
Leabharlann Baidu
式中：ps为材料产生塑性变形时的表面压应力；E为弹性模数。
如果磨屑沿接触圆半径a的平面分离，分离后单位面积的表面能为，则磨屑形成 条件为
2 3 p s2 2 a 2 a 3 2E
(4.17)
1 由弹性接触理论可知：对于金属材料而言， p s H ，其中H为硬度，所以得
(4.6)
对重量磨损率来说，体耐磨性可表示为： E
Aa ds dG
(4.7)
3. 磨损常数
在有些情况下，为了对比不同硬度材料的磨损量， 可采用磨损常数来判定磨损大小，磨损常数K的定 义：
磨损量 硬度 3VH K 法向载荷 滑行距离 NS
式中：N为法向载荷；H为材料的硬度。
(4.8)
4.1.2 磨损分类
磨损测量方法
测量方法
用零件或试件被磨去的绝对重量、体积或沿垂直于运动方向上绝对 线性 尺寸的缩减量作为磨损量都不便于比较。 转换成磨损率，即每单位载荷乘以滑动距离的磨损质量、磨损体积 或线 性磨损尺寸，所用单位的种类及大小视试件的形状、尺寸、 磨损的类 型及所用测量方法而定 磨损量测量方法： 称重法 测量表面轮廓尺寸的变化、压痕法、切槽法 原子吸收光谱法 放射同位素法
nEb k e [ (n 1) 1]
(4.16)
Leabharlann Baidu
式中：ps为材料产生塑性变形时的表面压应力；E为弹性模数。
如果磨屑沿接触圆半径a的平面分离，分离后单位面积的表面能为，则磨屑形成 条件为
2 3 p s2 2 a 2 a 3 2E
(4.17)
1 由弹性接触理论可知：对于金属材料而言， p s H ，其中H为硬度，所以得
(4.6)
对重量磨损率来说，体耐磨性可表示为： E
Aa ds dG
(4.7)
3. 磨损常数
在有些情况下，为了对比不同硬度材料的磨损量， 可采用磨损常数来判定磨损大小，磨损常数K的定 义：
磨损量 硬度 3VH K 法向载荷 滑行距离 NS
式中：N为法向载荷；H为材料的硬度。
(4.8)
4.1.2 磨损分类
磨损测量方法
测量方法
用零件或试件被磨去的绝对重量、体积或沿垂直于运动方向上绝对 线性 尺寸的缩减量作为磨损量都不便于比较。 转换成磨损率，即每单位载荷乘以滑动距离的磨损质量、磨损体积 或线 性磨损尺寸，所用单位的种类及大小视试件的形状、尺寸、 磨损的类 型及所用测量方法而定 磨损量测量方法： 称重法 测量表面轮廓尺寸的变化、压痕法、切槽法 原子吸收光谱法 放射同位素法
nEb k e [ (n 1) 1]
理论力学第四章课件
第四章摩擦
§4–1 滑动摩擦
§4–2 摩擦角和自锁现象
§4–3 考虑摩擦时的平衡问题§4–4 滚动摩擦
α一、为什么研究摩擦？
F
s
2009-11-9
F
N
（没动，F 等于外力）
N F R F Q F W F
2009-11-910
N
F R
F Q
F W
F ϕ
Rm
F N
F
14
（b）
2009-11-9
23
2.设F 值较大，物块有沿斜面向上滑动的趋势，静摩擦力向下，受力分析如图d。θ
G
F p
F s F N
（d ）
物块在三个力G 、F P 和F R 作用下处于平衡（如图e 所示），这三个力组成闭合的力直角三角形（如图f 所示）。
()
ϕθ+=tan P G F
0m ϕϕ≤≤在平衡范围内当F P =F Pmax 时,
φ= φm
()m P tan
ϕθ+G F ≤可得使物块不致上滑的F P 值
（e ）
（f ）
2009-11-9
A
N F B
N F
∑得A
N F B
N F 问题：对应于α取最小，为什么（
2009-11-9
1
N F R
F AB
F
F′
AB
F
N
A C
G
x
A
D G F C E
x
A D G F C E
x
A D G F C
E
2009-11-9
l
R
F A
N F R
F R
F R F B
N F
33
l
R
F A
N F R
F R
F R F B
N F
2′
线圈架的线圈架沿
线圈架沿地面滚动而无滑动
F′
T
1
1
F
N
1
F
T
F
N
∴
)5=N
F T
F
F
T
F
N
F N
此力系向A 滚阻力偶与主动力偶（Q,F ）相平衡
N
F 'd
N
F ′
，
'
F′
d
N
50
机械原理-第4章运动副中的摩擦与机械效率21页PPT
工程制图
第4章 运动副中的摩擦和机械效率
第2节 螺旋副中的摩擦
图4-5 螺旋副受力示意图 返回目录
工程制图
第4章 运动副中的摩擦和机械效率
第3节 转动副中的摩擦
图4-6 轴颈分类 返回目录
工程制图
第4章 运动副中的摩擦和机械效率
第3节 转动副中的摩擦
图4-7 向心轴颈摩擦力分析 返回目录
工程制图
工程制图
第4章 运动副中的摩擦和机械效率
第1节 移动副中的摩擦
图4-2 运动副几何形状对法向反力的影响 返回目录
工程制图
第4章 运动副中的摩擦和机械效率
第1节 移动副中的摩擦
图4-3 斜面移动副的作用力分析 返回目录
工程制图
第4章 运动副中的摩擦和机械效率
第2节 螺旋副中的摩擦
图4-4 矩形螺纹螺旋副 返回目录
第4章 运动副中的摩擦和机械效率
第3节 转动副中的摩擦
图4-8 推力轴颈 返回目录
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第4章 运动副中的摩擦和机械效率
第3节 转动副中的摩擦
图4-9 旋臂起重机 返回目录
工程制图
第4章 运动副中的摩擦和机械效率
第4节 机械效率
图4-10 简单机械示意图 返回目录
工程制图
第4章 运动副中的摩擦和机械效率
汽车修理044第四章汽车零件损伤与检验分类
4．腐蚀磨损
零件摩擦表面由于外部介质的化学及电化学作用而引起的磨损， 称为腐蚀磨损。腐蚀磨损可分为化学腐蚀磨损、电化学腐蚀磨损、微 动磨损和穴蚀四种状态。
1）化学腐蚀磨损
由于金属直接与外部介质发生化学反应而引起磨损称为化学腐蚀 磨损。
2）电化学腐蚀磨损
由于金属在外部介质中发生电化学反应而引起的磨损称为电化学 腐蚀磨损。
3）微动磨损
零件的过盈配合部位在交变载荷或振动的作用下所发生的磨损称 为微动磨损。
4）穴蚀
与液体相对运动的固体表面，因气泡破裂产生的局部高温及冲击 高压所引起的疲劳剥落现象称为穴蚀。
三、影响汽车零件 磨损的因素及磨损规律
1．影响汽车零件磨损的 因素
1）材料性质的影响
2）加工质量的影响
零件的加工质量主要是指 其表面粗糙度和几何形状误差。
第一阶段为磨合期（曲 线O＇a）
第二阶段为正常工作期 （曲线ab）
第三阶段为极限磨损期 （曲线b点以后）
由图中可知，降低磨合 期的磨损量，减缓正常工作 期的磨损，推迟极限磨损期 的来临，可延长零件的使用 寿命，如图4-7中虚线所示。
第三节 汽车零件的变形和疲劳
一、汽车零件的变形
1．零件变形的危害 汽车零件的变形，特别是各总成基础件的变形。将导致各零件正 常的配合性质被破坏，润滑条件变差，并产生一定的附加载荷，使零 件的磨损加剧，使用寿命降低，甚至导致各零件不能正常运动。 2．零件变形的原因 1）残余内应力的影响 2）外载荷的影响 3）温度的影响 4）使用及维修的影响
第4章摩擦、磨损及润滑
最常用的是空气。适于高温和低温环境下的高速场合，承载能力低。
3）润滑脂 为使润滑剂易于保持在摩擦表面，用稠化剂将润滑油稠化成膏状，即 润滑脂。 4）固体润滑剂 固体润滑剂有无机化合物（石墨、二硫化钼、硼砂等）与有机化合物 （金属皂、动物脂等）。固体润滑剂适用于高温、大载荷以及不宜采用液
体润滑剂和润滑脂的场合，如宇航设备及卫生要求较高的机械设备中。
3、急剧磨损阶段 经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大→动载振动 →润滑状态改变→温升↑→磨损速度急剧上升→直至零件失效
二、磨损的分类（按照磨损机理分）
粘附磨损：也称胶合，“冷焊”后，表面材料的脱离及迁移；
磨粒磨损：摩擦面间的游离颗粒，起到微切削作用；
疲劳磨损：疲劳点蚀；
流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损（冲蚀磨损）：高压流体冲击引
把在机械设计中正确运用摩擦学知识与技术，使之具有良好的摩擦学性 能的过程称为摩擦学设计。
4-1 摩擦
摩擦
静摩擦 动摩擦
金属表面间的滑动摩擦
干摩擦
滑动摩擦
滚动摩擦
混合摩擦
1≤λ≤3
边界摩擦
膜厚比λ≤ 1
流体摩擦
λ>3
大致估计两滑动表 面所处的摩擦（润 滑）状态。
膜厚比
hmin Ra1 Ra 2
英国的雷诺于1886年继前人观察到的流体动压现象，总结出流体动压润滑 理论。20世纪50年代普遍应用电子计算机之后，线接触弹性流体动压润滑的理 论开始有所突破。
第四章金属塑性成形中的摩擦和润滑
图
20 最小周边法则
可以想象，继续镦粗，断面的周边将趋于 椭圆，而椭圆将进一步变成圆。此后，各质 点将沿着半径方向流动。相同面积的任何形 状，圆形的周边最小。
因而最小阻力定律在镦粗中也称最小周边法则。
21
对于其他任意断面金属质 点的流动也符合上述定律。 方料在平锤间压缩时如 图所示。随着镦粗的进行， 方料逐渐变为圆截面。
金属流动方向 摩擦力方向
镦粗时的摩擦
14
第一节
金属塑性成形中摩擦的特点和影响
一、金属塑性成形中摩擦的特点
1、伴随有变形金属的塑性流动，接触面上各点的摩 擦不同
2、接触面上的单位压强高
3、实际接触面积大
4、不断有新的摩擦产生
5、常在高温下产生摩擦，摩擦条件复杂
15
伴随有变 形金属的 塑性流动
9
摩擦学的定义
• 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。
机床导轨
10
• 定义中二个主要的部分：
1. 相对运动 2. 相互作用表面
11
摩擦学涉及的学科
• 摩擦学是一门交叉、边缘学科
– 摩擦学主要涉及学科：
• 物理学 • 化学 • 机械工程 • 材料学
• 力学
由于变形不均匀，造成坯料在模具表面上的 各个质点流动不相同，有的快，有的慢，有 的粘着不动，因此各点的摩擦情况也不相同。 机械传动摩擦特点是摩擦产生在机械零件之 间的弹性形变，因此它的表面摩擦是比较均 匀的。 一般来说，塑性变形的摩擦是在高压下产生 的。承受的压力一般在500N/mm2 左右，在冷 挤压时达到 2500N/mm2 。相比之下，重载荷 下的轴承工作压力也就是在20-40 N/mm2。 在塑性成形过程中，由于发生塑性变形，接 触面上凸起部分被压平，实际接触面积接近 16 名义接触面积，使摩擦力增大。
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5）相同材料副，固定件不同，稳定摩擦系数相差很大。
6）摩擦系数受材料副，滑动历程，表面形貌和环境影响。
（2）摩擦过程
1）摩擦系数的变化过程
摩擦系数的变化过程一般可分为以下六个阶段：
摩擦系数f
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
ⅣⅤ Ⅵ
滑动距离d 摩擦系数的变化过程
第Ⅰ阶段： 表面污染，形成污染膜，此时粘着并不严重，对摩擦系数影响不大。 开始时，表面易被抛光并产生新的微凸体，在滑动开始时，微凸体并不 产生变形，因而，它对摩擦系数的影响也不大。因此，在此阶段，摩擦 系数主要受到微凸体在对偶面上的犁沟作用的影响。 第Ⅱ阶段： 表面膜破坏，此时，粘着起主要作用，摩擦系数开始上升，如果在 两滑动表面之间存在磨粒，则磨粒产生的犁沟作用会使摩擦系数上升得 更快。 第Ⅲ阶段： 滑动表面间的磨粒数增加，犁沟作用增大，从而使清洁表面增 大，粘着增加，这二者综合作用的结果，使摩擦系数急剧上升。
以上各种分类所涉及到的摩擦都是发生在物体外部，也即发生在相对运 动的物体之间的界面上的各种摩擦，因而可统称为外摩擦。 物体（包括固体、液体和气体）内部物质中的分子运动，由于某种原因（ 如固体受到冲击、振动、变形，液体内部产生相对滑动，气体的体积发生变 化等）会产生内能消散或能量转换，这种现象称为内摩擦。
纯铁
980-+50 0.0004
AISI1020钢 1710- +100 0.020
AISI1045钢 4120- +130 0.067
AISI1095钢 6080- + 350 0.142
固定件
试验装置示意图
s ：稳定阶段摩擦系数
﹡ ：摩擦系数峰植
摩擦系数
固定件材料 摩擦系 数
：初始摩擦系数 j
2、在一定条件下，摩擦过程会发生摩擦能量的转化（转化为热 能、机械能、化学能、电能和电磁能等）以及摩擦副的材料和 形状的变化。
3、可借助摩擦力所作的功(摩擦功)来表示摩擦过程的能量平衡。在 一般情况下，摩擦功Wf的大部分转化为热能Q，以热的形式消散，小 部分(约9%-16%)以内能△E的形式储存于表面层。
微凸体变形
刻槽阻力
粘着阻力
N．P．Suh系列实验
(美国麻省理工学院的N.P.Suh教授)
（1）实验依据 以一组不同硬度的纯铁和钢在室温和净化的氩气 中进行摩擦试验(Fn=9.8N，滑动速度v=0.02m/s，总滑 动距离为36 m)，得到以下结果： 试件材料 材料 硬度
渗碳体体 积比
Fn W 转动件
摩擦系数f
摩擦系数f
=0.76 ﹡
s =0.51
j
j
滑动距离d
滑动距离d
2) 把磨粒从滑动界面上清扫后，f会显著下降，然后又逐渐回升到稳定值。
摩擦系数f
0.71
0.40
0.13
清扫磨粒后
j
滑动距离d
试件：阿姆柯磁性铁/阿姆柯磁性铁
3)不论何种材料组合，初始的摩擦系数都等于0.1２-0.2８。
尽管上述能量平衡理论至今尚未建立可供定量分析的数学模型，但它可 以较全面地描述摩擦学系统的摩擦过程，并可更合理地分析影响该摩擦过程 的各种因素。
输入能量
摩擦学系统 能量损失 （摩擦能量）
输出能量
弹性及塑性 变形能
储存 热能
断裂能量
第二次过程 能量
吸热、散热、摩擦化学反应、结 构转变、摩擦辐射、机械振动、 摩擦升华、噪音、摩擦发光等
即:
Wf=Q+△E 如果表面没有明显的塑性变形，则摩擦功全部转化为热能： Wf=Q
试验表明：
能量平衡各组成部分之间的比例关系(△E/Q)主要取决于摩擦副的材料、 载荷、工作介质的物理-化学特性和摩擦路程。
此外，它与摩擦副中金属的变形特性也有重要关系，在其它条件相同时， 金属的塑性越好，则Wf越小，所形成的Q也越小，而消耗的△E越大。硬的淬 火钢摩擦时，Q实际上可达到100%，则△E≈0。
库仑摩擦定律的主要内容包括： 1、摩擦力方向与相对运动方向相反，大小与接触物体间法向力成正比。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
即：
F=fN
式中：F—摩擦力; N—法向作用力; f—摩擦系数。
2、摩擦力的大小与接触物体间的名义接触面积无关。 3、摩擦系数的大小取决于材料性质，而与滑动速度和法向作用力的大小 无关，对于一定的材料，其摩擦系数为一常数。 4、静摩擦系数大于动摩擦系数。
库仑摩擦定律可近似地应用于工程实际，但存在以下问题：
1、摩擦系数的大小不仅取决于该材料本身固有的特性，而且与它所在的 摩擦学系统的特性密切相关。
即
f ( x, s)
式中 x--工况条件或工况参数，包括载荷、相对运动的速 度和形式以及时间等； s--摩擦学系统的结构， s={A，P，R}
A--组成摩擦学系统的各元素(包括环境)； P--组成摩擦学系统的各元素的性质； R--组成摩擦学系统的各元素之间的相互关系。
2.滚动摩擦 如各种滚动轴承中产生的摩擦。
按照摩擦副的运动状态，还可以将摩擦分为以下两种类型：
1、静摩擦 这是指物体在外力作用下，还不足以克服摩擦表面上产生的切向阻力， 因而还没有产生相对运动的一种摩擦状态。对于外力刚好能克服摩擦表面 上的切向阻力，使物体刚刚产生相对运动的那一瞬间的摩擦状态，称为极 限静摩擦。 2、动摩擦 这是指物体已经产生相对运动后的一种摩擦状态。动摩擦系数一般小 于静摩擦系数。这两个数值如果相差太大，将会使离合器的挂合过程和刹车 的制动过程不稳定。对于机床导轨，会产生抖动，即所谓‘爬行’现象，它 会严重影响到工件的加工精度。
回转件材料 工业纯铁 ０．１３ ０．７１
回转件材料 1020钢 ０．２０ ０．７５
回转件材料 1045钢 ０．２４ ０．６９
回转件材料 1095钢 ０．２０ ０．７６*
工业纯铁
j
s
1020钢
j
﹡
s
０．１８ ０．５５ ０．８０
０．１６ ０．５２ ０．７７ ０．１７ ０．７６
０．２８ ０．６８ －－
０．１７ ０．５３ ０．７１ ０．１７ ０．５４ ０．７３
０．１３ ０．６７ －
０．１７ ０．７１ － ０．１４ ０．５８ －
０．１２ ０．６５ －
０．１２ ０．６９ － ０．１７ ０．６７ －
1045钢
j
1095钢
﹡ j
s
s ０．５１*
﹡
实验结果分析
1）摩擦系数f随滑动距离 d 而变化。如果较软的试件在较硬的静止的物体上 滑动时，则其f达到最大值之后会有所下降，然后才达到稳定值。
第Ⅳ阶段： 进入摩擦表面的磨粒数和离开表面的磨粒数大致相等， 摩擦系数达到稳定值。
第Ⅴ阶段： 硬表面的微凸体逐渐磨平，出现镜面，磨粒较难粘附在光洁的硬 表面上，使犁沟作用减弱，被磨平的微凸体的变形也较小，因而摩擦系 数有所下降。 第Ⅵ阶段 ： 当大部分的硬表面变得光滑时，软表面因此而得到同样的镜面， 此时，界面的表面粗糙度达到可能的最佳值，摩擦系数趋于平稳。 如果是硬表面在静止的软表面上滑动，软表面将不会发生抛光现 象，其界面将始终是粗糙的，则第Ⅴ，Ⅵ两个阶段将不会出现。
4、混合摩擦 又可分为半干摩擦和半流体摩擦两种。前者是指同时存在干摩擦和边 界摩擦的一种混合状态的摩擦。而后者则是指同时存在边界摩擦和流体摩 擦的一种混合状态的摩擦。
按照摩擦副的运动形式，可以将摩擦分为以下两大类：
1.滑动摩擦
如在各种滑动轴承和机床导轨以及钻机中的刹车与气动离合器中相 对滑动表面上产生的摩擦。
第二节
滑动摩擦
一、古典摩擦理论
（一） 机械咬合理论
这种理论认为摩擦主要是由表面的凹凸形状所造成， 即当两个表面接触时，其凹凸部分互相咬合，若要使表面滑动， 则必须顺着其凸起部分滑动或把这些凸起部分破坏掉，这就是 产生摩擦力的原因。
达.芬奇 阿蒙顿(G.Amontons,1663-1705) 欧拉(Leonhard Euler,1707-1783) 库仑(C.A.Coulumb,1736-180)
二、现代摩擦理论 * (一)能量平衡理论
能量平衡理论 变形-犁削-粘着理论
摩擦是发生在摩擦表面上的一种十分复杂的能量转化和能量消散的现象， 因此，用能量平衡的分析方法可以更好地揭示和阐明摩擦过程的本质。 能量平衡理论的要点如下： 1、摩擦过程是一个能量分配与转化的过程，一个摩擦学系统在摩擦过程中， 其输入能量等于输出能量与能量损失之和，能量损失即摩擦能量。 对于金属摩擦，其摩擦能量主要消耗于固体表面的弹性与塑性变形，而 在交替发生粘着的过程中，此变形能可能积蓄在材料内部形成位错或转化为 热能，断裂能量(表面能)在磨损(磨粒形成)过程中起主要作用，使摩擦表面上 形成新的表面和磨粒；一般第二次过程能量的作用较小，但在某些情况下(如 合成材料的分解或剥离，摩擦化学过程大量吸热和制动器的制动过程等)，这 部分能量损失较大，估计可达30%。
F CN k
式中，C—常数；k—指数≈2/3～1
3、对于弹性材料或粘弹性材料，以及对于表面光洁度很高的硬表面，其 摩擦系数随名义接触面积的增大而增加。 4、多数材料的摩擦系数都会随滑动速度的增加而降低，而且此规律还受 到法向作用力变化的影响。 5、对粘弹性材料，在某种情况下，其动摩擦系数大于静摩擦系数。
(二)变形-犁削-粘着理论 *
要点如下：
滑动表面之间的摩擦是由微凸体的变形、磨粒和微凸体对表面的犁削 以及粘着三者综合作用的结果。
这三者对摩擦系数影响的程度取决于滑动界面的状态，而后者又受到 滑动前材料的性质、表面状态以及环境等因素的影响。 1981年N．P．Suh在《Wear》发表关于摩擦机理新观点：微凸体变形阻力、 刻槽阻力、粘着阻力。 Fn Fn Fn
二、摩擦分类
1、干摩擦
接触表面无任何润滑剂，但仍有环境介质，如气体，水气其他污物的摩擦
2.边界摩擦 这是指在摩擦表面上存在一种具有润滑性能的边界膜的摩擦，通常 也称为边界润滑。
发动机中的汽缸与活塞环、凸轮与挺杆以及机床导轨、蜗杆传动中 产生的摩擦都属于这类。
3、流体摩擦
这是指相对运动的固体表面完全被润滑剂隔开的一种摩擦，摩擦主要 发生在该润滑剂所形成的流体膜内部，即它是一种发生在流体内部的内摩 擦。因此，通常将这类摩擦称为流体润滑。 在合理的工况条件下，润滑充分的滑动轴承、齿轮等都可能实现流体 润滑。
(二) 分子吸引理论
德萨古利埃(J.T.Desaguliers,1683-1744) 哈迪(W.B.Hardy,1864-1934)
这种理论认为摩擦的产生是由于表面滑动时，表面上的分子运动键 断裂而消耗了一定的能量。 (三)库仑摩擦定律 (由库仑最后完成，许多人完善的结果)
目前库仑摩擦定律这种表达形式，这在摩擦理论与技术的发展史上， 具有划时代的意义。
摩擦系数具有条件性和相对性，即它的数值不仅取决于摩擦学系统的工 况条件，而且还取决于摩擦学系统的结构组成以及其中各元素的性质和元素 之间的关系，所以，它决不是只由其中某一个元素的性质来决定。即使是同 一种材料，在不同的摩擦学系统中（包括不同的对偶和不同的环境），其摩 擦系数具有不同的数值。
2、对于极硬的材料(如钻石)或具有粘弹性的高分子材料，其摩擦力并不与 法向作用力成正比，而是存在以下函数关系：
按照摩擦副的各种特性，又可将摩擦分为如下两大类：
1、减摩摩擦 这类摩擦的作用是通过减小摩擦以减小摩擦损失，从而提高机 器的效率和能量利用率。 2、增摩摩擦 这类摩擦的作用是通过增加摩擦以实现特定的功能，或达到特 定的工作要求(如刹车副增加摩擦以更好地吸收动能)。
特殊工况下的摩擦
1、高速摩擦 这类摩擦的作用面相对速度在50m/s—600m/s的摩擦问题。 2、高温摩擦 这类摩擦的作用面间温度较高，影响摩擦系数的变化 3、低温摩擦 一般在0~-273度条件下的摩擦，低温下摩擦系数较小 4、真空摩擦 真空条件下，摩擦表面失去氧化膜或吸附膜的保护，摩擦系数较空气 空气中高，真空度高摩擦系数大
第四章
摩擦原理
第一节
摩擦概述
一、摩擦定义
摩擦是在外力作用下，发生相对运动或具有相对运动趋势的 物体，受到与其相接触的物质或介质(液体或气体)的阻力作用， 在其界面上产生的一种能量转换的现象。
在界面上作用的切向阻力是摩擦力，而不是摩擦。因为摩擦 的本质不是一种力，而是一种能量转换的现象，因此，摩擦与摩 擦力是两个既有密切连系而又有本质区别的不同概念。
4)相同金属相互滑动时，其稳定状态的f都大于较软试件在较硬的静止物体上 滑动时f 的稳定值。反之，用硬试件在较软的静止物体上滑动时，其f的稳定 值几乎和同种金属对摩时一样，由此可见，摩擦系数的大小与材料的状态(静 止或运动)有关。
显微照片表明：软试件在较硬的静止物体上滑动时，软、硬两个表面均被 抛光，反之，不仅不会产生上述现象，而且表面上还会形成犁沟。