摩擦与磨损
摩擦和磨损的联系
摩擦和磨损的联系一、摩擦和磨损的基本概念及关系摩擦力是指两个接触物体相对运动时出现的阻力，而磨损是指固体表面在相对运动或接触过程中，由于摩擦力所引起的物质的消耗和形貌的变化。
摩擦和磨损密切相关，两者之间存在着紧密的联系。
本文将对摩擦和磨损的关系进行全面深入的探讨。
二、摩擦对磨损的影响1. 摩擦对磨损程度的影响摩擦力的大小直接决定了磨损的程度。
当两个物体之间的摩擦力增大时，磨损程度也会相应增加。
摩擦力的大小与物体间的相互作用力、表面粗糙度以及润滑情况等因素密切相关。
2. 摩擦对磨损方式的影响摩擦力的作用下，可以产生不同的磨损方式。
当两个物体间的摩擦力较小时，可能会出现微小的磨粒，造成表面磨损；当摩擦力增大时，可能会出现表面剥蚀、刮伤等更为明显的磨损方式。
3. 摩擦对磨损速率的影响摩擦力的大小还会直接影响磨损速率。
摩擦力越大，物体表面的材料消耗速度越快，磨损速率也会相应增加。
因此，在工程设计中需要合理控制摩擦力的大小，以减缓磨损速率，延长材料的使用寿命。
三、磨损对摩擦的影响1. 磨损对摩擦力的影响磨损会造成物体表面的不平整，增加了摩擦力的大小。
磨损表面的粗糙度会显著影响摩擦力的大小。
当物体表面经过长时间的磨损后，摩擦力可能会大幅增加，从而对摩擦产生重大影响。
2. 磨损对摩擦过程的影响磨损会改变物体表面的形貌和材料特性，从而对摩擦过程产生影响。
磨损会使物体表面变得粗糙，增加了接触面积，改变了摩擦系数。
此外，磨损还会引起表面的氧化、硬质颗粒剥离等现象，进一步改变了摩擦过程的特性。
3. 磨损对摩擦耐磨性能的影响磨损会降低物体的摩擦耐磨性能。
物体经过长时间的磨损后，表面会变得疲劳、龟裂、掉屑等，从而降低了摩擦耐磨性能。
因此，在工程设计中需要充分考虑材料的磨损特性，选择具有较高耐磨性的材料，以提高摩擦耐磨性能。
四、如何减少摩擦和磨损1. 合理润滑润滑是减少摩擦和磨损的重要手段之一。
润滑可以在物体表面形成一层保护膜，减少摩擦力的大小，降低磨损程度。
机械系统中的摩擦与磨损机理分析
机械系统中的摩擦与磨损机理分析摩擦和磨损是机械系统运行中的普遍现象，对于机械设备的性能和寿命都有着重要的影响。
理解摩擦和磨损机理，对于改善机械系统的运行效率和延长设备寿命具有重要意义。
本文将从摩擦的基本概念开始，深入分析摩擦与磨损的机理。
一、摩擦的基本概念摩擦是指处于接触状态的两个物体因相对运动而引起的阻碍运动的力。
在机械系统中，摩擦不可避免地产生，并且会引起能量损失和表面磨损。
摩擦力的大小与材料的性质、表面形态和润滑条件等因素密切相关。
摩擦力的大小可以用摩擦系数来表示，摩擦系数的大小取决于物体之间的接触情况和材料的特性。
例如，金属材料之间的摩擦系数通常较小，而金属与非金属材料之间的摩擦系数较大。
此外，物体表面的粗糙度也会影响摩擦系数的大小，表面越光滑，摩擦系数越小。
二、摩擦的机理与分类摩擦的机理与接触状态和表面形态有关。
一般来说，摩擦可以分为干摩擦和润滑摩擦两种类型。
干摩擦是指在无润滑介质作用下的摩擦。
在干摩擦条件下，物体表面粗糙度和形态决定了摩擦的特性。
当两个物体粗糙度相似且表面之间存在较大的接触面积时，摩擦力较大。
而当物体表面光滑度较高或表面接触区域较小时，摩擦力较小。
此外，在干摩擦条件下，还存在着“附着摩擦”和“切削摩擦”的区别。
附着摩擦是指物体表面粗糙度发生变形接触，产生短时间的摩擦力。
而切削摩擦是指物体表面粗糙度间的相互剪切产生的摩擦力，主要由于表面形态的不同而导致。
润滑摩擦是指在有润滑介质作用下的摩擦。
润滑介质可以减小物体表面间的接触，并降低摩擦力。
常见的润滑介质有液体和固体两种形式。
在液体润滑条件下，摩擦系数较小，润滑膜的形成对减小摩擦力有重要作用。
而在固体润滑条件下，固体润滑剂填充物体表面间的空隙，减小物体之间的直接接触，从而减小摩擦力。
三、磨损的机理与分类磨损是指机械设备在长期运行过程中，表面材料的逐渐损失。
磨损的机理与摩擦密切相关。
常见的磨损形式有磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损等。
摩擦系数与磨损量的关系
摩擦系数与磨损量的关系1. 摩擦系数和磨损的基本概念在物理学中，摩擦系数是指两个物体之间发生相对运动时所发生的摩擦力和正压力的比值。
摩擦系数的大小取决于物体的材料、摩擦面的状态、温度以及相对速度等因素。
而磨损是指材料表面因为物理、化学或机械作用而造成的逐步损耗过程。
磨损直接影响着材料的使用寿命，而摩擦系数是磨损的重要因素之一。
2. 摩擦系数的影响因素摩擦系数的大小与材料的性质有关，例如表面光滑度、硬度、弹性模量等，它与温度、湿度也有关系。
在实际生产中，往往会对材料的表面进行处理，比如粗糙度修整、加涂料等方式，以改变其摩擦系数。
3. 耐磨材料的选择制造业中常常需要使用高耐磨材料，这也被称之为“工程陶瓷”。
比如氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷等，这些材料具有硬度大、密度小、抗裂性好、耐腐蚀等优点，同时也有较高的摩擦系数。
4. 摩擦系数与磨损关系的实验研究在实验中，通常会制作一些摩擦材料，通过不同状态的压力或速度，来研究其摩擦系数和耐磨性。
比如研究低温环境下的金属材料对不同力和压力的响应。
在这些实验中，科学家们可以通过收集实验数据，得到摩擦系数与磨损量之间的关系。
这些关系可以反映材料磨损机制的不同阶段以及材料性能的变化。
5. 应用案例摩擦系数和磨损与材料在各个领域有着广泛的应用，比如机械制造、船舶设计、汽车及机械维护等。
在汽车领域中，人们通常使用石墨和陶瓷作为轮辋和制动器等部件的材料，来增强其摩擦系数和耐磨实力。
在船舶领域中，由于海水对金属材料的腐蚀作用比较强烈，因此人们通常使用防腐材料和耐磨材料制造部件。
6. 摩擦系数和磨损的重要性摩擦系数和磨损的研究在不同物理领域中有着重要的经济和科学意义。
一个材料的摩擦系数和磨损量可以决定其使用寿命和性能。
这些研究成果也可以用于设计新的耐磨性材料，在全球范围内改善工业化生产的效率。
7. 结论摩擦系数和磨损是材料科学中不可避免的关键因素。
人们研究其规律的目的在于寻找更加适合的材料和新的应用方案。
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第一节 摩擦 一、摩擦效果——能量损耗、发热、磨损
——利用摩擦 二、摩擦分类 内摩擦:发生在物质内部，阻碍分子间相对运动 外摩擦：
静摩擦 动摩擦——滚动摩擦
滑动摩擦——
1．干摩擦 机械传动中不允许
2．边界摩擦 边界油膜（十层分子厚度仅 为0.02μm），金属突峰接触，摩擦系数0.1 左右
油温 3．疲劳磨损（点蚀） 提高表面硬度、减小粗糙度值和控制接触应
力
4．流体体磨粒磨损、流体侵蚀磨损
流动所夹带的硬物质引起的机械磨损，管道 磨损
流体冲蚀作用引起的机械磨损，燃汽轮机叶 片、火箭发动机尾喷管的磨损。
5．腐蚀磨损
机械化学磨损是指由机械作用及材料与环境 的化学作用或电化学作用共同引起的磨损
2．流体静力润滑 3．弹性流体动力润滑 λ>3～4 4．边界润滑 5．混合润滑
1．如图所示，在 情况下，两相对运动的平 板间粘性流体不能形成油膜压力。
2．摩擦副接触面间的润滑状态判据参数膜厚 比值λ为 时，为混合润滑状态，值λ为 时，可达到流体润滑状态。
A．6.25; B. 1.0；C. 5.2； D. 0.35。
λ≤1——边界摩擦
λ>3——流体摩擦
1≤λ≤3——混合摩擦
第二节 磨损 一、磨损过程 ——磨合、 稳定磨损、 剧烈磨损。 二、磨损分类 1．磨粒磨损 开式齿轮传动 合理选择材料，提高表面硬度
2．粘着磨损 ——轻微磨损、胶合、咬死
齿轮传动、蜗杆传动滑动轴承等 合理选择摩擦副材料、润滑剂，限制压力和
3．各种油杯中， 可用于脂润滑。
A.针阀式油杯；B.油绳式油杯；C.旋盖式油杯。
4．为了减轻摩擦副的表面疲劳磨损，下列措施中， 是不合理的
摩擦与磨损
咬死
粘着强度高，粘着面积大，剪切应力小，粘接点焊合 而使相对运动受阻。
• 1、摩擦：摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象。
•
世界上1/3~1/2的能源消耗在摩擦上。
• 力求维持液体润滑；
• 最低要维持边界润滑和混合润滑；
• 避免出，现干摩擦。
• 2、磨损：各种机械零件因磨损失效的占全部失效零件的一半
1 什么叫摩 擦副
2 按接触状 态，摩擦 分为几类？
3 机件磨损 的三个阶 段
4 磨损的机 理
摩擦
一、摩擦 1.定义：两物体接触区产生阻碍运动并消耗能量的现象，称 为摩擦。有些情况下却要利用摩擦工作，如车辆行驶，带 传动，摩擦制动器等。 2.摩擦副：相互摩擦的两个物体。
二、摩擦表面 相互运动零件配合表面的摩擦、磨损与摩擦表面的形貌、
摩擦和磨损状况优于固体 摩擦，但比液气体摩擦差。
磨损 一、磨损的概念
• 定义：摩擦副的表面物质，在摩擦的过程中逐渐损失， 使其尺寸、形状和位置精度及表面层性质发生改变的 现象，称为磨损。
• 形成：摩擦导致机件表面材料逐渐损耗，形成磨损。 • 磨损会影响机器的精度，降低工作的可靠性，甚至促
使机器提前报废。 • 但是有时也会利用磨损有利的一面，比如精加工中的
• 实现良好磨合的措施： • A、能很好地保证润滑油的品质和润滑油连续 充足地供给。 • B、有合适的负荷与运转时间分配。一般原则
是：转速、负荷由小到大，先升速后加负荷。
• C、摩擦表面的加工粗糙度应适当。
磨损的类型
按磨损的机理分类
粘着磨损 磨料（粒）磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损
定义
特征 影响因素
表面层的结构和性能有关。
机械设计中的摩擦与磨损的分析与优化
机械设计中的摩擦与磨损的分析与优化摩擦与磨损是机械运动中常见的现象，不仅影响机械设备的寿命和性能，还可能导致设备故障和生产事故。
因此，在机械设计中，深入分析摩擦与磨损，并进行相应的优化是非常重要的。
一、摩擦的分析与优化摩擦是物体表面相对运动时发生的阻力，主要由表面间的粗糙度、物质的性质、接触面积和润滑条件等因素决定。
为了减少摩擦损失和能量消耗，在机械设计中，需要通过优化设计来降低摩擦。
一方面，合适的润滑剂和润滑方式对摩擦的控制非常重要。
例如，润滑油可以在摩擦表面形成一层润滑膜，减少直接接触，起到降低摩擦和磨损的效果。
另外，涂覆固体润滑剂如聚四氟乙烯（PTFE）和润滑脂等也能有效地减少摩擦。
在机械设计中，根据具体应用场景选择合适的润滑方式和润滑剂，可以显著减小摩擦。
另一方面，优化材料和表面处理也能减少摩擦。
为了降低表面粗糙度，可以采用精密加工和研磨技术，使接触表面更加光滑。
此外，表面涂覆改性材料或使用涂层工艺，如硬质合金、硫化镍等，也可减少摩擦，提高表面硬度和耐磨性。
通过优化材料和表面处理方法，可以有效降低机械部件之间的摩擦损失。
二、磨损的分析与优化磨损是材料表面由于相对运动而失去原有性能的过程，主要分为磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损等。
磨损不仅会降低机械设备的工作效率，还可能导致设备故障和事故发生。
因此，在机械设计中，磨损的分析与优化是必要的。
针对不同的磨损类型，可以采取不同的优化措施。
磨粒磨损是由于表面颗粒的相对运动而引起的，可以通过提高材料的硬度、使用陶瓷材料或采取合适的表面处理来减少磨粒的产生和磨损程度。
疲劳磨损是由于长时间的往复运动而引起的，可以通过优化设计、改变接触方式、增加润滑剂等方式来减少磨损的发生。
腐蚀磨损主要是由于介质中存在腐蚀介质而引起的，可以通过选择抗腐蚀性能好的材料或采取防腐措施来降低磨损。
此外，磨损的监测和预测也是非常重要的。
通过实验和数值模拟等手段，对机械部件进行磨损的状态和行为进行分析，可以提前预测磨损的趋势和程度，从而采取相应的优化措施，延长机械设备的使用寿命。
机械运动中的摩擦与磨损分析
机械运动中的摩擦与磨损分析一、引言机械运动中的摩擦与磨损是一个广泛存在于各类设备与机械系统中的问题。
摩擦与磨损不仅会降低机械设备的效率，还会导致设备寿命的缩短，甚至引发设备故障。
因此，对于机械运动中的摩擦与磨损进行深入分析与研究具有重要意义。
二、摩擦与磨损的概念及影响因素1. 摩擦是指两个固体在接触表面上相互抵抗相对运动的力。
摩擦力的大小与接触面的粗糙度、物体质地以及表面润滑状况等因素相关。
2. 磨损是指固体表面因摩擦力或其他力的作用而磨掉一部分材料的现象。
磨损也与材料的硬度、接触面的负荷和速度等因素密切相关。
三、摩擦与磨损的分类与机理1. 滑动摩擦与磨损：两个物体表面在相对滑动时发生的摩擦和磨损。
滑动摩擦和磨损的机理主要是表面间的摩擦力和相互作用力集中在局部点上，使材料发生破坏。
2. 滚动摩擦与磨损：当两个物体在相互滚动时，由于接触点的轮廓不断改变，从而形成滚动摩擦，并引起表面磨损。
四、摩擦与磨损的预防与控制方法1. 优化设计：通过合理的材料选择、表面润滑处理以及接触面的几何形状设计，最小化摩擦与磨损的产生。
2. 润滑剂的使用：使用润滑剂可以减少物体表面之间的直接接触，从而降低摩擦和磨损。
润滑剂的选择应根据具体情况进行，常见的润滑方式包括干润滑、液体润滑和固体润滑等。
3. 表面处理技术：通过表面镀覆、喷涂、化学处理等方式对接触表面进行改性，提高表面的硬度、润滑性和抗磨性能。
4. 定期维护与保养：对机械设备进行定期保养和维护，及时更换磨损部件，增加机械运行的可靠性和寿命。
五、摩擦与磨损的测量和评估方法1. 摩擦力的测量：可以通过力传感器、压电传感器等装置来测量物体之间的摩擦力大小。
2. 磨损量的评估：可以通过测量设备表面的几何形状变化、重量损失、材料组织的变化等指标来评估磨损量。
六、案例分析：汽车发动机摩擦与磨损问题以汽车发动机为例，介绍摩擦与磨损在工程中的应用。
在发动机中，摩擦与磨损是一个重要的研究方向。
机械设计中的摩擦和磨损问题
机械设计中的摩擦和磨损问题机械设计中摩擦和磨损问题一直是工程师们关注的焦点。
摩擦和磨损的存在直接影响着机械设备的性能、寿命和可靠性。
本文将就摩擦和磨损问题在机械设计中的影响及其解决方法进行探讨。
1. 摩擦的定义与分类摩擦可以被定义为两个物体表面相互接触并发生相对运动时的力的阻碍。
按照摩擦力的起因和性质，摩擦可以分为干摩擦、液体摩擦和边界摩擦。
干摩擦是指物体表面在无润滑剂存在的情况下直接接触产生摩擦力；液体摩擦发生在润滑剂的存在下，液体形成摩擦层减小物体直接接触带来的摩擦力；边界摩擦是相对于干摩擦和液体摩擦的一种摩擦形式，润滑剂无法形成稳定的摩擦层，导致物体表面间的直接接触。
2. 摩擦的影响及解决方法摩擦力的产生会导致机械设备的性能下降和能源浪费。
为了解决摩擦的问题，工程师们采取了一系列的解决措施：2.1 使用润滑剂润滑剂的使用是减小摩擦力的常见解决方法之一。
润滑剂可以在物体表面形成一个摩擦降低的薄膜，减小表面接触，其分子结构可吸附在金属表面，在外加力下形成晶格变形而起到润滑作用。
有机润滑剂可分为固体、液体和气体，根据不同的应用场景选择适当的润滑剂。
2.2 采用合适的材料和涂层在机械设计中，选择适当的材料和涂层对减小摩擦起着重要的作用。
例如，使用高硬度表面涂层，可以减少物体表面间的接触，降低摩擦和磨损。
在特殊的应用场景中，还可以使用减摩降噪材料，如聚四氟乙烯（PTFE）等，以提高机械设备的性能。
3. 磨损的定义与分类磨损是指物体表面与外力作用下相互滑动或接触产生的材料损耗。
根据磨损机制和特征，磨损分为磨粒磨损、疲劳磨损、热磨损和化学磨损等几种类型。
4. 磨损的影响及解决方法磨损的存在会加速机械设备的老化，降低使用寿命。
为了解决磨损问题，以下方法常常被工程师们采用：4.1 加强材料硬度增加材料硬度是减少磨损的一种方法。
高硬度的材料可以有效降低磨粒对工作表面的损伤。
在一些高负荷和高速运动的设备上，使用高硬度材料来制造关键零部件可以显著提高耐磨性。
摩擦和磨损
(1)力学性能的影响 陶瓷材料所固有的脆性是导致其磨损的主要原因。
20世纪80年代Evans公式，与陶瓷材料的硬度、断裂 韧性和弹性模量等力学性能与其磨损特性联系起来：
H式为中硬，度V；为磨α损为体与材积料；无W关为的载常荷数；；KIEC为为断弹裂性韧模性量；； L为滑行距离。
响，对于脆性较大的材料如工具钢、白口铁、
陶瓷等必须考虑裂纹在犁沟和材料磨损中的
作用。
图1－32a表示断裂韧性对各种材料耐磨 性的影响。图1－32 b表示当考虑材料硬度和 载荷强度影响时断裂韧性与耐磨性之间的关 系。当硬度逐渐下降而断裂韧性逐渐增加 时，耐磨性也逐渐增加，到极大值后，随着 硬度的下降和断裂韧性的增加，耐磨性反而 逐渐下降。峰值的右边材料其耐磨性与断裂 韧性无关，而左边的材料在磨损时必须考虑 到断裂韧性的影响。
摩擦表面热诱导相变密切相关，这种相变是 表面温度的函数，而摩擦表面温度又受环境 温度、滑行速度及摩擦系数的影响。在不同 条件下可能诱发T M相变或T C相变，这两 种相变的影响截然不同。
b.热致化学反应。在摩擦过程中，摩擦升温 和滑行速度的变化可能导致陶瓷表面发生化 学反应，从而影响其摩擦学性能。研究表 明，热致化学反应对陶瓷摩擦磨损性能的影 响主要取决于不同表面膜的生成。这种化学 反应同时依赖于温度和滑行速度等。
(a).
(b) .
图1－32 各种材料的断裂韧性与耐磨性的关系
(a). 断裂韧性对各种材料耐磨性的影响；
(b). 考虑材料硬度和载荷强度影响时断裂
韧性与耐磨性之间的关系
3）基体显微组织
在磨粒磨损时多相材料和磨粒的接触有
重要影响。多相组织中弥散相的体积百分
数，分布特点，弥散相和基体的结合性质，
摩擦和磨损
固体摩擦
• 分为干摩擦和边界摩擦 • 摩擦副在直接接触时产生的摩擦称为干摩 擦。 • 在摩擦副间施加润滑剂后，摩擦副的表面 吸附一层极薄的润滑膜，这种摩擦状态称 为边界摩擦。
液（气）体摩擦
• 在摩擦副间施加润滑剂后，摩擦副的表面 被一层具有一定压力和厚度的流体润滑膜 完全隔开时的摩擦，称为液（气）体摩擦。 • 说明：这种摩擦理论上不产生磨损，是一 种理想的摩擦状态。
混合摩擦
• 兼有固体摩擦和液（气）体摩擦中两种摩 擦状态以上的一种摩擦状态。
作业
• • • • 1、摩擦定义。 2、摩擦是如何分类的？ 3、什么是干摩擦？ 4、什么是混合摩擦？
一、摩擦定义
• 1、摩擦是指两物体的接触表面阻碍它们相对运动 的机械阻力。 • 2、摩擦副： • 相互摩擦的两个物体称为摩擦副。 • 3、分类： • 根据摩擦副的运动状态分为静态、临界、动态、 惯性摩擦。 • 根据摩擦副的运动形式分为滑动和滚动摩擦。 • 根据摩擦副的摩擦状态分为固体摩擦、液（气） 体摩擦、混合摩擦。
摩擦和磨损
1、熟记摩擦和磨损定义 2、理解摩擦和磨损分类 3、掌握摩擦和磨损应用与危害。 4• • • • 1、人们行走时，在光滑的 地面上行走十分困难，这是 因为接触面摩擦太小的缘故； 2、汽车上坡打滑时，在路面 上撒些粗石子或垫上稻草， 汽车就能顺利前进，这是 靠增大粗糙程度而增大摩 擦力。
摩擦和磨损的联系
摩擦和磨损的联系摩擦和磨损是紧密相关的两个概念，在日常生活和工业生产中都有重要的应用。
摩擦是指两个物体表面之间的相互作用力引起的阻碍运动的现象，而磨损是指摩擦过程中表面物质的逐渐损耗和磨掉的现象。
摩擦和磨损都是物体间接触时的自然现象，也是科技发展的重要基础之一。
理论上，在物理学中，摩擦是由于表面间分子间力的互作用而产生的。
在这种分子级的尺度下，表面的反应会使两者间的摩擦力变得复杂，磨损成为了该问题中的一个明显的问题，因为物体的运动会导致表面的磨损和失去材料，其中摩擦力的产生是最主要的原因之一。
在大多数情况下，磨损是由于摩擦力使表面之间相互摩擦而损坏了物体表面，导致材料中的原子被摩擦掉。
这个过程通常发生在一个物体对另一个物体高速摩擦的过程中。
磨损是一个逐渐发展的过程，更常见的原因是材料表面之间的摩擦，尤其是在高温、高压、高速和精确度要求较高的环境中。
磨损现象不仅会影响零部件的性能和寿命，也会导致其失败。
磨损对机械设备和结构材料的损害是非常显著的，尤其是在运行时间长和工作环境较恶劣的花费昂贵的设备中。
磨损现象会降低材料原始属性，使零件失去减震和抗冲击的能力，因此必须采取有效的磨损控制措施。
在工程应用中，磨损控制的方法包括选择合适的材料、使用润滑剂、降低摩擦系数和改变表面几何形状等。
使用具有高硬度和高抗磨损性的材料，如高铬合金钢、硬质合金、陶瓷等，可以有效地增加零部件的耐磨性。
采用一定的润滑措施，如使用合适的润滑剂和添加抗磨剂等，可以有效地降低材料之间的摩擦系数，减少磨损程度。
表面几何形状的设计和加工也是降低磨损的有效措施之一。
对于需要经常接触的零部件，我们可以设计出光滑的表面，减少表面不规则性，这样可以减少摩擦力的产生，从而减少磨损。
在加工中，如采用高精度加工和使用有利的切削参数，也可以有效地降低磨损程度。
摩擦和磨损的联系非常紧密，在零件设备运行的过程中不可忽视。
对于工程应用中出现的磨损现象，我们需要尽快采取相应的控制措施，以增加设备的性能和寿命，同时在设计和加工的过程中，我们也应该特别关注磨损问题，以提高产品性能和质量。
材料力学第八章材料的摩擦与磨损性能
表面波纹度会减少零件实际支承表面面积，在 动配合中会引起零件磨损的加剧。
图8-3 表面波纹度示意图
3）表面粗糙度 （Surface Roughness） 微观几何形状误差，常以表面粗糙度来表示，该
参数有一维、二维和三维的形貌参数。 一维形貌通常用表面轮廓曲线的高度参数来表示。
式(8-如12选)可取得σ：m=H/3作为出现塑性变形的条件，代入
E
(
)1/2
0.78
HR 4
（8-13）
考虑到接触时，从完全弹性接触过渡到完全塑性 接触并非瞬时完成，需要有一个过程，可引入无量纲 的塑性指数 Q E ( )1/2 ，并认为：
HR
* 当塑性指数Q＜0.6（小于0.78，是因为接触面上的
（3）轮廓支承长度率tp 它是指在取样长度L内，一平 行于中线的线与轮廓相截后得到的各段截线长度之和
与取样长度L之比(图8-7)。p为轮廓最高峰点至截线间
的距离。
tP
abcd L
（8-5）
图8-7 轮廓支承长度曲线
（4）幅度分布 在取样长度L内，离中线z处作两条相 距为Δz并平行于中线的线，在两平行线内轮廓线段 的水平方向长度为a、b、c、d、…。a、b、c、d、… 的总和Lz与取样长度L的百分比称为该轮廓线在z处的 幅度密度。
（1）轮廓微观不平度的平均间距Sm，指在取样长度L 内轮廓在中线mm上含一个轮廓峰和相邻轮廓谷的中 线长度的算术平均值。
Sm
1 n
n i1
pmi
图8-5 轮廓微观不平度的平均间距
（2）轮廓单峰平均间距S，指在取样长度L内轮廓的
摩擦和磨损
的种
类
（1） 种类
对磨 损表 面外 观的 描述
磨损 机理
点蚀 磨损
胶合 磨损
擦伤 磨损
……
粘着 磨损
疲劳 磨损
冲蚀 磨损
腐蚀 磨损
磨料 磨损
……
§1-4 摩擦与磨损
2. 磨损种类 （2）磨损机理下的几种磨损及影响因素
1）粘着磨损（最普通的磨损）
当摩擦表面的不平度的尖峰相互作用的各点发生粘着后，在相对滑动时， 材料从运动副的一个表面转移到另一个表面，故而形成粘着磨损。
影响因素：①表面硬度↑，产生疲劳裂纹的危险性越小；②提高表面质量， 对零件的疲劳寿命有显著改善；③与加入的润滑油的粘度和压力有关，高 压下的润滑油能在接触区起到均化应力的作用，可提高抗疲劳磨损的能力； 油的粘度过低，则易于挤入疲劳裂缝中，在被封闭的裂缝中受高压而促进 疲劳裂纹的扩展，因此，高粘度的油有利于提高抗疲劳能力 。
影响因素：①硬度↑，耐磨性↑；
②磨粒的平均尺寸↑，磨损就越严重； ③磨粒的硬度越高，磨损就越严重。
§1-4 摩擦与磨损
2. 磨损种类
（2）磨损机理下的几种磨损及影响因素
3）疲劳磨损
当做滚动或滑动的高副受到反复作用的应力（如滚动轴承运转或齿轮传 动）时，如果应力超过材料的接触疲劳强度，就会在零件表面或一定深度 处形成疲劳裂纹，随着裂纹的扩展与相互连接，造成许多微粒从零件表面 上脱落下来，致使表面上出现许多月牙形浅坑，叫做疲劳磨损，也称疲劳 点蚀或简称点蚀。
磨损会影响机器的精度，强敌工作的可靠性，甚至促使机器提前报废。
§1-4 摩擦与磨损
1. 磨损过程
磨
损 量 Q
磨 合
稳定磨损
剧烈磨损
摩擦和磨损
材料性能学
磨损试验方法
材料性能学
分类：点蚀，浅层剥落
渗层剥落
接触疲劳过程： 疲劳裂纹的形成； 疲劳裂纹的扩展
材料性能学
2 接触应力的概念
Hale Waihona Puke 相互接触的物体在局部便面产生的压应力成为 接触应力，又成为赫兹应力，分为线接触和点 接触类型。 (1)两接触物体在加载前为线接触(如圆柱与圆 柱、圆柱与平面接触)
材料性能学
材料性能学
材料性能学
三体磨损：其磨损料介于两个滑动零件表面， 或者介于两个滚动物体表面。前者如活塞与汽 缸间落人磨料，后者如齿轮间落人磨料。 这两种分类法最常用。
材料性能学
磨粒磨损机理
(1)微观切削磨损机理
(2)多次塑变导致断裂的磨损机理 (3)微观断裂磨损机理
材料性能学
影响磨粒磨损的因素
(1)磨料的硬度、大小及形状，磨粒的韧性、 压碎强度等。 (2)外界载荷大小、滑动距离及滑动速度。
材料性能学
第六章 金属的磨损与接触疲劳
任何机器运转时，相互接触的零件之间都将因
相对运动而产生摩擦，而磨损正是由于摩擦产
生的结果。由于磨损，将造成表层材料的损耗
，零件尺寸发生变化，直接影响了零件的使用
寿命。
材料性能学
近二三十年国外把摩擦、润滑和磨损，构成
了一门独立的边缘学科叫摩擦学。但从材料
学科特别是从材料的工程应用来看，人们更
材料性能学
压力超过钢的屈服强度时，K值急剧增大，磨损 也急剧增大，结果造成大面积的焊合和咬死。此 时整个表面发生塑性变形，接触面积不再与载荷 成正比。
材料性能学
4 影响粘着磨损的因素
(1)脆性材料的抗粘着磨损能力比塑性材料高。 (2)金属性质越是相近的，构成摩擦副时粘着磨 损也越严重。反之，金属间互溶程度越小，晶 体结构不同，原子尺寸差别较大，形成化合物 倾向较大的金属，构成摩擦副时粘着磨损就较 轻微。
摩擦与磨损
摩擦与磨损各类机器在工作时，其各零件相对运动的接触部分都存在着摩擦，摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象。
摩擦不仅消耗能量，而且使零件发生磨损，甚至导致零件失效。
据统计，世界上1／3—1／2的能源消耗在摩擦上，而各种机械零件因磨损失效的也占全部失效零件的一半以上。
磨损是摩擦的结果，润滑则是减少摩擦和磨损的有力措施，这三者是相互联系不可分割的。
(1)摩擦及其分类在外力作用下，一物体相对于另一物体运动或有运动趋势时，两物体接触面间产生的阻碍物体运动的切向阻力称为摩擦力。
这种在两物体接触区产生阻碍运动井消耗能量的现象，称为摩擦。
摩擦会造成能量损耗和零件磨损，在一般情况下是有害的，因此应尽量减少摩擦。
但有些情况下却要利用摩擦工作，如带传动，摩擦制动器等。
根据摩擦副表面间的润滑状态将摩擦状态分为四种：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦(如图所示)。
1.干摩擦如果两物体的滑动表面为无任何润滑剂或保护膜的纯金属，这两个物体直接接触时的摩擦称为干摩擦。
干摩擦状态产生较大的摩擦功耗及严重的磨损，因此应严禁出现这种摩擦。
2.液体摩擦两摩擦表面不直接接触，被油膜(油膜厚度一般在1.5——2μm以上)隔开的摩擦称为液体摩擦。
3.边界摩擦两摩擦表面被吸附在表面的边界膜(油膜厚度小于1μm)隔开，使其处于干摩擦与液体摩擦之间的状态，这种摩擦称为边界摩擦。
4.混合摩擦当动压润滑条件不具备，且边界膜部分的遭到破坏时就会出现流体润滑、边界润滑和干摩擦同时存在的现象，这种状态叫做混合摩擦。
混合摩擦不能避免磨损。
由于液体摩擦、边界摩擦、混合摩擦都必须在一定的润滑条件下才能实现，因此这三种摩擦又分别称为液体润滑、边界润滑和混合润滑。
(2)磨损及其过程运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐损失，这种现象称为磨损。
单位时间内材料的磨损量称为磨损率。
磨损量可以用体积、质量或厚度来衡量。
（在正常情况下，零件经短期跑合后，进入稳定磨损阶段，但若跑合期压强过大、速度过高，润滑不良时，则跑合期很短，并立即转入剧烈磨损阶段，使零件很快报废。
磨损与摩擦的基本原理及其应用
磨损与摩擦的基本原理及其应用磨损和摩擦是我们生活中经常遇到的现象。
我们走路时，鞋底与地面的摩擦产生噪音，驾车时，车轮和地面的摩擦使我们车辆行驶。
同时，磨损和摩擦也是一项重要的研究领域，与工程学、材料学、机械制造等众多领域息息相关。
本文将介绍磨损和摩擦的基本原理及其应用。
一、摩擦的基本原理摩擦可以定义为两个物体接触并相对运动时的阻力。
摩擦力的大小与两个物体之间的接触面积和物体表面间的粗糙程度有关。
通常，摩擦力的大小可以通过以下公式表示：Ff = fN其中，Ff为摩擦力，f为摩擦系数，N为垂直于接触面的受力大小。
摩擦系数是一个无量纲数值，表示为μ。
它是考虑到物体表面状况的因素，如表面的成分、温度和光滑度等。
不同物体之间摩擦系数不同，例如，滑冰鞋在冰上滑行时的摩擦系数很小，而橡胶底鞋子在冰面表上行走时的摩擦系数较大。
摩擦力的大小决定了物体运动状态的变化，当物体沿着某个方向施加一定的力时，摩擦力会在反方向上阻碍运动，产生负加速度，即使物体足够大，对地面施加的力足够大，摩擦力也会阻碍物体移动。
二、磨损的基本原理磨损是材料表面因相互接触和摩擦而失去原来形状的现象。
摩擦往往导致材料表面磨损和损坏，主要分为两种类型：磨粒磨损和疲劳磨损。
磨粒磨损是指材料表面的颗粒和其他颗粒之间的摩擦损失。
磨损率取决于磨损颗粒的硬度和材料表面硬度的比较。
颗粒的尺寸越小，磨损率则越高。
磨粒磨损是一种常见的磨损方式，例如，机械零件在运转过程中容易受到此种磨损。
疲劳磨损又称为表面疲劳磨损，是由表面微小韧性变形引起的剥落或断裂而导致的，通常出现在高速运动的机械零件之间的接触面。
在机械工作时，因为机械零件之间的摩擦力和容易产生热量，从而导致零件表面的变形和裂纹。
一旦表面氧化，则容易受到疲劳磨损。
三、磨损与摩擦的应用磨损和摩擦在工程制造和材料科学中具有广泛的应用。
例如，工业生产中的磨损是一个非常重要的因素，因为它会影响设备的寿命和生产效率。
磨损的控制不仅可以降低运营成本，还可以提高设备的寿命和可靠性。
摩擦与磨损
表面摩擦与磨损一、摩擦与磨损的定义摩擦的定义是:两个相互接触的物体在外力的作用下发生相对运动或者相对运动趋势时,在切相面见间产生切向的运动阻力,这一阻力又称为摩擦力。
磨损的定义是:任一工作表面的物质,由于表面相对运动而不断损失的现象。
据估计消耗在摩擦过程中的能量约占世界工业能耗的30%。
在机器工作过程中，磨损会造成零件的表面形状和尺寸缓慢而连续损坏，使得机器的工作性能与可靠性逐渐降低，甚至可能导致零件的突然破坏。
人类很早就开始对摩擦现象进行研究，取得了大量的成果，特别是近几十年来已在一些机器或零件的设计中考虑了磨损寿命问题。
在零件的结构设计、材料选用、加工制造、表面强化处理、润滑剂的选用、操作与维修等方面采取措施，可以有效地解决零件的摩擦磨损问题，提高机器的工作效率，减少能量损失，降低材料消耗，保证机器工作的可靠性。
二、摩擦的分类及评价方法在机器工作时，零件之间不但相互接触，而且接触的表面之间还存在着相对运动。
从摩擦学的角度看，这种存在相互运动的接触面可以看作为摩擦副。
有四种摩擦分类方式：按照摩擦副的运动状态分类、按照摩擦副的运动形式分类、按照摩擦副表面的润滑状态分类、按照摩擦副所处的工况条件分类。
这里主要以根据摩擦副之间的状态不同分类，摩擦可以分为：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦，如图2－1所示。
图2-1 摩擦状态1、干摩擦当摩擦副表面间不加任何润滑剂时，将出现固体表面直接接触的摩擦（见图2-1a），工程上称为干摩擦。
此时，两摩擦表面间的相对运动将消耗大量的能量并造成严重的表面磨损。
这种摩擦状态是失效，在机器工作时是不允许出现的。
由于任何零件的表面都会因为氧化而形成氧化膜或被润滑油所湿润，所以在工程实际中，并不存在真正的干摩擦。
2 、边界摩擦当摩擦副表面间有润滑油存在时，由于润滑油与金属表面间的物理吸附作用和化学吸附作用，润滑油会在金属表面上形成极薄的边界膜。
边界膜的厚度非常小，通常只有几个分子到十几个分子厚，不足以将微观不平的两金属表面分隔开，所以相互运动时，金属表面的微凸出部分将发生接触，这种状态称为边界摩擦（见图2-1b）。
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表面摩擦与磨损
一、摩擦与磨损的定义
摩擦的定义是:两个相互接触的物体在外力的作用下发生相对运动或者相对运动趋势时,在切相面见间产生切向的运动阻力,这一阻力又称为摩擦力。
磨损的定义是:任一工作表面的物质,由于表面相对运动而不断损失的现象。
据估计消耗在摩擦过程中的能量约占世界工业能耗的30%。
在机器工作过程中，磨损会造成零件的表面形状和尺寸缓慢而连续损坏，使得机器的工作性能与可靠性逐渐降低，甚至可能导致零件的突然破坏。
人类很早就开始对摩擦现象进行研究，取得了大量的成果，特别是近几十年来已在一些机器或零件的设计中考虑了磨损寿命问题。
在零件的结构设计、材料选用、加工制造、表面强化处理、润滑剂的选用、操作与维修等方面采取措施，可以有效地解决零件的摩擦磨损问题，提高机器的工作效率，减少能量损失，降低材料消耗，保证机器工作的可靠性。
二、摩擦的分类及评价方法
在机器工作时，零件之间不但相互接触，而且接触的表面之间还存在着相对运动。
从摩擦学的角度看，这种存在相互运动的接触面可以看作为摩擦副。
有四种摩擦分类方式：按照摩擦副的运动状态分类、按照摩擦副的运动形式分类、按照摩擦副表面的润滑状态分类、按照摩擦副所处的工况条件分类。
这里主要以根据摩擦副之间的状态不同分类，摩擦可以分为：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦，如图2－1所示。
图2-1 摩擦状态
1、干摩擦
当摩擦副表面间不加任何润滑剂时，将出现固体表面直接接触的摩擦（见图2-1a），工程上称为干摩擦。
此时，两摩擦表面间的相对运动将消耗大量的能量并造成严重的表面磨损。
这种摩擦状态是失效，在机器工作时是不允许出现的。
由于任何零件的表面都会因为氧化而形成氧化膜或被润滑油所湿润，所以在工程实际中，并不存在真正的干摩擦。
2 、边界摩擦
当摩擦副表面间有润滑油存在时，由于润滑油与金属表面间的物理吸附作用和化学吸附作用，润滑油会在金属表面上形成极薄的边界膜。
边界膜的厚度非常小，通常只有几个分子到十几个分子厚，不足以将微观不平的两金属表面分隔开，所以相互运动时，金属表面的微凸出部分将发生接触，这种状态称为边界摩擦（见图2-1b）。
当摩擦副表面覆盖一层边界膜后，虽然表面磨损不能消除，但可以起着减小摩擦与减轻磨损的作用。
与干摩擦状态相比，边界摩擦状态时的摩擦系数要小的多。
在机器工作时，零件的工作温度、速度和载荷大小等因素都会对边界膜产生影响，甚至造成边界膜破裂。
因此，在边界摩擦状态下，保持边界膜不破裂十分重要。
在工程中，经常通过合理地设计摩擦副的形状，选择合适的摩擦副材料与润滑剂，降低表面粗糙度，在润滑剂中加入适当的油性添加剂和极压添加剂等措施来提高边界膜的强度。
3 、流体摩擦
当摩擦副表面间形成的油膜厚度达到足以将两个表面的微凸出部分完全分开时，摩擦副之间的摩擦就转变为油膜之间的摩擦，这称为流体摩擦（见图2－1c）。
形成流体摩擦的方式有两种：一是通过液压系统向摩擦面之间供给压力油，强制形成压力油膜隔开摩擦表面，这称为流体静压摩擦；二是通过两摩擦表面在满足一定的条件下，相对运动时产生的压力油膜隔开摩擦表面，这称为流体动压摩擦。
流体摩擦是在流体内部的分子间进行的，所以摩擦系数极小。
4 、混合摩擦
当摩擦副表面间处在边界摩擦与流体摩擦的混合状态时，称为混合摩擦。
在一般机器中，摩擦表面多处于混合摩擦状态（见图2－1d）。
混合摩擦时，表面间的微凸出部分仍有直接接触，磨损仍然存在。
但是，由于混合摩擦时的流体膜厚度要比边界摩擦时的厚，减小了微凸出部分的接触数量，同时增加了流体膜承载的比例，所以混合摩擦状态时的摩擦系数要比边界摩擦时小得多。
三、磨损的分类及评价方法
摩擦副表面间的摩擦造成表面材料逐渐地损失的现象称为磨损。
零件表面磨损后不但会影响其正常工作，如齿轮和滚动轴承的工作噪声增大，而承载能力降
低，同时还会影响机器的工作性能，如工作精度、效率和可靠性降低，噪声与能耗增大，甚至造成机器报废。
通常，零件的磨损是很难避免的。
但是，只要在设计时注意考虑避免或减轻磨损，在制造时注意保证加工质量，而在使用时注意操作与维护，就可以在规定的年限内，使零件的磨损量控制在允许的范围内，就属于正常磨损。
另一方面，工程上也有不少利用磨损的场合，如研磨、跑合过程就是有用的磨损。
图3-1零件的磨损曲线
3.1 工程实践表明，机械零件的正常磨损过程大致分为三个阶段：初期磨损阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段，如图3-1所示。
1)初期磨损阶段
由图3－1可见，机械零件在初期磨损阶段的特点是在较短的工作时间内，表面发生了较大的磨损量。
这是由于零件刚开始工作时，表面微凸出部分的曲率半径小，实际接触面积小，造成较大的接触压强，同时曲率半径小也不利于润滑油膜的形成与稳定。
所以，在开始工作的较短时间内磨损量较大。
2)稳定磨损阶段
经过初期磨损阶段后，零件表面磨损的很缓慢。
这是由于经过初期磨损阶段后，表面微凸出部分的曲率半径增大，高度降低，接触面积增大，使得接触压强减小，同时还有利于润滑油膜的形成与稳定。
稳定磨损阶段决定了零件的工作寿命。
因此，延长稳定磨损阶段对零件工作是十分有利的。
工程实践表明，利用初期磨损阶段可以改善表面性能，提高零件的工作寿命。
3)剧烈磨损阶段
零件在经过长时间的工作之后，即稳定磨损阶段之后，由于各种因素的影响，磨损速度急剧加快，磨损量明显增大。
此时，零件的表面温度迅速升高，工作噪声与振动增大，导致零件不能正常工作而失效。
在实际中，这三个磨损阶段并没有明显的界限。
在机械工程中，零件磨损是一个普遍的现象。
尽管，人类已对磨损开展了广泛的科学研究，但是从工程设计的角度看，关于零件的耐磨性或磨损强度的理论仍然不十分成熟。
因此，本书仅从磨损机理的角度对磨损的分类作一介绍。
3.2 根据磨损的机理，零件的磨损可以分为：粘着磨损、腐蚀磨损、磨料磨损和接触疲劳磨损。
1)粘着磨损
在摩擦副表面间，微凸出部分相互接触，承受着较大的载荷，相对滑动引起表面温度升高，导致表面的吸附膜（如油膜，氧化膜）破裂，造成金属基体直接接触并“焊接”到一起。
与此同时，相对滑动的切向作用力将“焊接”点，即粘着点，剪切开，造成材料从一个表面上被撕脱下来粘附到另一表面上。
由此形成的磨损称为粘着磨损。
通常多是较软表面上的材料被撕脱下来，粘附到较硬的表面上。
零件工作时，载荷越大，速度越高，材料越软，粘着磨损越容易发生。
粘着磨损严重时也称为“胶合”。
影响粘着磨损的主要因素；同类摩擦副材料比异类材料容易粘着；脆性材料比塑性材料的抗粘着能力高，在一定范围内的表面粗糙度越高抗粘着能力越强，此外粘着磨损还与润滑剂、摩擦表面温度及压强有关。
在工程上，可以从摩擦副的材料选用，润滑和控制载荷及速度等方面采取措施来减小粘着磨损。
2)腐蚀磨损
在机器工作时，摩擦副表面会与周围介质接触，如有腐蚀性的液体、气体、润滑剂中的某种成分，发生化学反应或电化学反应形成腐蚀物造成的磨损，称为腐蚀磨损。
腐蚀磨损过程十分复杂，它与介质、材料和温度等因素有关。
响腐蚀磨损的主要因素；周围介质、零件表面的氧化膜性质及环境温度等。
3 )磨料磨损
落入摩擦副表面间的硬质颗粒或表面上的硬质凸起物对接触表面的刮擦和切削作用造成的材料脱落现象，称为磨料磨损。
磨粒磨损造成表面成现凹痕或凹坑。
硬质颗粒可能来自冷作硬化后脱落的金属屑或由外界进入的磨粒。
加强防护与密封，做好润滑油的过滤，提高表面硬度可以增加零件耐磨粒磨损的寿命。
粒磨损与摩擦材料的硬度、磨粒的硬度有关。
4)接触疲劳磨损
在接触变应力作用一段时间后，摩擦副表面会出现材料脱落的现象，这称为接触疲劳磨损。
接触变应力作用一段时间后造成的材料脱落会不断地扩展，形成成片的麻点或凹坑，导致零件失效。
在实际中，零件表面的磨损大都是几种磨损作用的结果。
因此，在机械设计中，一定要根据零件的具体工况，从结构、材料、制造、润滑和维护等方面采取措施提高零件的耐磨性。
影响接触疲劳磨损的主要因素有；摩擦副材料组合、表面光洁度、润滑油粘度以及表面硬度等。
3.3 对磨损的常用评价方法有:磨损量、耐磨性、磨损率
1) 磨损量,由于磨损引起的材料损失量称为磨损量，它可通过测量长度、体积或质量的变化而得到，并相应称它们为线磨损量、体积磨损量和质量磨损量。
2) 磨损率,以单位时间内单位载荷下材料的磨损量表示。
3) 耐磨性,又称耐磨耗性。
指材料抵抗磨损的性能，它以规定摩擦条件下的磨损率或磨损度的倒数来表示，即耐磨性=dt/dV或dL/dV。
材料的耐磨损性能，用磨耗量或耐磨指数表示。