机械设计 第二章 摩擦磨损润滑
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是指表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金 属接触时的摩擦。
在机械设计中，通常将两接触表面没有人 为引入润滑剂的摩擦当作干摩擦。
干摩擦时，摩擦阻力最大，金属间的摩擦 系数
f = 0.15 ~ 1.5。
整理ppt
古典摩擦理论（阿蒙顿，库仑）
摩擦力F 与正压力FN 成正比 F =fFN
摩擦力F 与表面名义接触面积的大小无关 F静 > F动，且 F动 与 v 无关
整理ppt
3、粘着摩擦理论
表面承载接触——小接触面积——高应力——塑性变形——冷焊粘 着——相对运动——剪断——摩擦磨损 表面承载接触——较硬表面微凸体——相对运动——在较软表面 上犁出犁沟
粘着理论认为：
➢摩擦表面处于塑性接触的状态； ➢滑动摩擦是粘着与滑动交替发生的跃动过程； ➢摩擦力是粘着效应和犁整理沟ppt效应产生阻力的总和。
摩擦可分为两大类：一类是发生在物质内部，阻碍 分子间相对运动的内摩擦；另一类是在物体接触表面上 产生的阻碍其相对运动的外摩擦。
整理ppt
外摩擦
静摩擦 动摩擦
动摩擦 干摩擦
滑动摩擦 滚动摩擦
表面摩擦状态 （润滑状态）
边界摩擦（边界润滑）
液体摩擦（液体润滑） 混合摩擦（混合润滑）
整理ppt
一、干摩擦
➢形状误差 实际表面形状偏离名义表面形状的偏差。 在表面形貌分析中，通常是不考虑的。
整理ppt
表面粗糙度对材料表面性质影响最大，通常用轮廓算术 平均偏差Ra值的大小来度量金属表面的粗糙程度。
Ra1 l 0 l y(x)dx1 ni n1yi
整理ppt
2、表面组成 金属表面的组成指表层结构和其物理化学机械性质。 金属表面在切
表面形貌
指金属表面几何特征的 详细图形
整理ppt
表面形貌中的三个主要参量(表征)：
➢表面粗糙度 指细密空间的不规则性
跳动，反映的是金属表面微 观几何形状误差。它体现了 表面加工方法的固有特性。
实际轮廓 表面粗糙度 表面波度 表面形状
➢表面波度 指较大空间内周期性出现的不规则性波 动。往往是因为机床刀具或工件振动的结果。
机械设计
万小利
博士、教授 2006. 02
整理ppt
第二章 摩擦、磨损及润滑基础知识
第一节 概述
摩擦学:专门研究作相对运动和相互作用两表面间 的摩擦、磨损和润滑问题。是有关摩擦、磨损和 润滑科学的总称。 有用摩擦：利用摩擦传递动力或吸收能量起缓 冲阻尼作用。应采用耐磨材料副。 有害摩擦：造成能量损耗、效率降低、温度升 高、表面磨损。应采用减摩材料和减摩措施。
们之间的接触状况。一般经过机械加工的金属表面， 都有一定的粗糙度。
因此，两摩擦 表面在相互接触 时，实际只是个 别的微凸体之间 接触。
整理ppt
二、表面接触 实际表面的接触情况： a) 许多微凸体接触，实际接 触面积较小。 b) 受载后，参与接触的微凸 体数目增加。
整理ppt
表面接触的一些结论：
认为滑动摩擦是克服表面微凸体的机械啮合和分 子吸引力的过程，因而摩擦力就是接触面积上的分子 和机械作用所产生的阻力总和。
其摩擦系数的表达式为： f Ar
FN
式中： 为与表面分子特性有关的参数; . 为与表面机械特性有关的参数;
Ar为实际接触面积; FN为法向载荷 分子—机械理论考虑的因数较多，比较符合实验的结 果。能非常好地适用于边界润滑及某些干摩擦状态。
在简单粘着理论中摩擦系数 f 的表达式则为：
f
F FN
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Ar B Ar sc
B sc
较软材料剪切强度 较软材料受压屈服
简单粘着理论由于在分析实际接触面积时只考虑受压
屈服极限，而在计算摩擦力时又只考虑剪切强度极限，
没有考虑由法向载荷产生的压应力及由切向力产生的切
应力的联合作用，因此得出的滑动摩擦系数与实测结果
古典摩擦理论有一定的局限性，例如，法向力很大 的时候，实际接触面积接近名义接触面积，摩擦力和 法向力就不再成线性关系。
整理ppt
干摩擦理论（表面接触数学模型）：
鉴于古典摩擦理论的局限性，人们进一步研究有 关摩擦的机理，并形成了很多干摩擦理论：
机械啮合理论 分子作用理论 粘着摩擦理论 分子—机械理论 等… …
金属表面的实际接触面积非常小，通常只是名义面积的1%到 0.01%，视载荷的大小和表面的粗糙程度而定。
表面微凸体大小、高度不等，接触时一部分弹性变形，一部分 塑性变形，这两部分的比例与载荷的大小和表面特性有关。由于 实际接触面积非常小，所以接触面积上的应力非常大，因此，大 多数摩擦表面都存在着大量的塑性变形微凸体。
实际接触面积随着法向载荷的增大而增大，它的增大主要体 现在接触点的数量增加，而各个接触点因弹性和塑性变形而使 接触面积的增加是次要的。
整理ppt
第三节 摩擦
在外力作用下，相互接触的两个物体作相对运动 或有相对运动的趋势时，其接触表面上就会产生抵抗 滑动的阻力，这一现象叫做摩擦，这时所产生的阻力 叫做摩擦力。
磨损是摩擦的必然结果，在失效的机械零件中，大约 有80% 是由于各种形式的磨损造成的。
润滑是改善表面摩擦状态、减缓磨损最有效的方法。
整理ppt
第二节 表面性质及表面接触
一、表面性质 金属表面性质主要包括两方面的内容：表面形貌
和表面组成。 1、表面形貌
在工程中使用的金属表面，都不是理想的光滑表 面，尽管宏观上看上去大都很光滑，但微观上看，实 际表面凹凸不平。
削加工过程中表 层组织结构将发 生变化，使表 面由若干层次构 成，典型的金属 表面结构如图所 示。
整理ppt
表面吸附膜——决定金属表面的润滑特性（边界润滑） （边界膜） 表面氧化膜——决定金属表面的摩擦磨损特性 变形层和贝氏层——决定金属表面强度
整理ppt
二、表面接触 研究两金属表面的摩擦磨损过程时，首先是了解它
有很大的出入，为此，Bowden等人于1964年又提出了一
种更切合实际的修正粘着理论。可参考有关资料。
库仑理论 能量理论 犁沟理论
整理ppt
1、机械啮合理论
认为摩擦起源于表面粗糙度，摩擦力是表 面微凸体机械啮合力的总和。滑动摩擦中能量 损耗于微凸体的相互啮合、碰撞以及弹性变形。
2、分子作用理论
认为分子间电荷力所产生的能量损耗是摩擦 的起因，摩擦力是由摩擦表面分子间的相互吸引 力形成的。
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4、分子—机械理论（摩擦二项式定律）
在机械设计中，通常将两接触表面没有人 为引入润滑剂的摩擦当作干摩擦。
干摩擦时，摩擦阻力最大，金属间的摩擦 系数
f = 0.15 ~ 1.5。
整理ppt
古典摩擦理论（阿蒙顿，库仑）
摩擦力F 与正压力FN 成正比 F =fFN
摩擦力F 与表面名义接触面积的大小无关 F静 > F动，且 F动 与 v 无关
整理ppt
3、粘着摩擦理论
表面承载接触——小接触面积——高应力——塑性变形——冷焊粘 着——相对运动——剪断——摩擦磨损 表面承载接触——较硬表面微凸体——相对运动——在较软表面 上犁出犁沟
粘着理论认为：
➢摩擦表面处于塑性接触的状态； ➢滑动摩擦是粘着与滑动交替发生的跃动过程； ➢摩擦力是粘着效应和犁整理沟ppt效应产生阻力的总和。
摩擦可分为两大类：一类是发生在物质内部，阻碍 分子间相对运动的内摩擦；另一类是在物体接触表面上 产生的阻碍其相对运动的外摩擦。
整理ppt
外摩擦
静摩擦 动摩擦
动摩擦 干摩擦
滑动摩擦 滚动摩擦
表面摩擦状态 （润滑状态）
边界摩擦（边界润滑）
液体摩擦（液体润滑） 混合摩擦（混合润滑）
整理ppt
一、干摩擦
➢形状误差 实际表面形状偏离名义表面形状的偏差。 在表面形貌分析中，通常是不考虑的。
整理ppt
表面粗糙度对材料表面性质影响最大，通常用轮廓算术 平均偏差Ra值的大小来度量金属表面的粗糙程度。
Ra1 l 0 l y(x)dx1 ni n1yi
整理ppt
2、表面组成 金属表面的组成指表层结构和其物理化学机械性质。 金属表面在切
表面形貌
指金属表面几何特征的 详细图形
整理ppt
表面形貌中的三个主要参量(表征)：
➢表面粗糙度 指细密空间的不规则性
跳动，反映的是金属表面微 观几何形状误差。它体现了 表面加工方法的固有特性。
实际轮廓 表面粗糙度 表面波度 表面形状
➢表面波度 指较大空间内周期性出现的不规则性波 动。往往是因为机床刀具或工件振动的结果。
机械设计
万小利
博士、教授 2006. 02
整理ppt
第二章 摩擦、磨损及润滑基础知识
第一节 概述
摩擦学:专门研究作相对运动和相互作用两表面间 的摩擦、磨损和润滑问题。是有关摩擦、磨损和 润滑科学的总称。 有用摩擦：利用摩擦传递动力或吸收能量起缓 冲阻尼作用。应采用耐磨材料副。 有害摩擦：造成能量损耗、效率降低、温度升 高、表面磨损。应采用减摩材料和减摩措施。
们之间的接触状况。一般经过机械加工的金属表面， 都有一定的粗糙度。
因此，两摩擦 表面在相互接触 时，实际只是个 别的微凸体之间 接触。
整理ppt
二、表面接触 实际表面的接触情况： a) 许多微凸体接触，实际接 触面积较小。 b) 受载后，参与接触的微凸 体数目增加。
整理ppt
表面接触的一些结论：
认为滑动摩擦是克服表面微凸体的机械啮合和分 子吸引力的过程，因而摩擦力就是接触面积上的分子 和机械作用所产生的阻力总和。
其摩擦系数的表达式为： f Ar
FN
式中： 为与表面分子特性有关的参数; . 为与表面机械特性有关的参数;
Ar为实际接触面积; FN为法向载荷 分子—机械理论考虑的因数较多，比较符合实验的结 果。能非常好地适用于边界润滑及某些干摩擦状态。
在简单粘着理论中摩擦系数 f 的表达式则为：
f
F FN
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Ar B Ar sc
B sc
较软材料剪切强度 较软材料受压屈服
简单粘着理论由于在分析实际接触面积时只考虑受压
屈服极限，而在计算摩擦力时又只考虑剪切强度极限，
没有考虑由法向载荷产生的压应力及由切向力产生的切
应力的联合作用，因此得出的滑动摩擦系数与实测结果
古典摩擦理论有一定的局限性，例如，法向力很大 的时候，实际接触面积接近名义接触面积，摩擦力和 法向力就不再成线性关系。
整理ppt
干摩擦理论（表面接触数学模型）：
鉴于古典摩擦理论的局限性，人们进一步研究有 关摩擦的机理，并形成了很多干摩擦理论：
机械啮合理论 分子作用理论 粘着摩擦理论 分子—机械理论 等… …
金属表面的实际接触面积非常小，通常只是名义面积的1%到 0.01%，视载荷的大小和表面的粗糙程度而定。
表面微凸体大小、高度不等，接触时一部分弹性变形，一部分 塑性变形，这两部分的比例与载荷的大小和表面特性有关。由于 实际接触面积非常小，所以接触面积上的应力非常大，因此，大 多数摩擦表面都存在着大量的塑性变形微凸体。
实际接触面积随着法向载荷的增大而增大，它的增大主要体 现在接触点的数量增加，而各个接触点因弹性和塑性变形而使 接触面积的增加是次要的。
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第三节 摩擦
在外力作用下，相互接触的两个物体作相对运动 或有相对运动的趋势时，其接触表面上就会产生抵抗 滑动的阻力，这一现象叫做摩擦，这时所产生的阻力 叫做摩擦力。
磨损是摩擦的必然结果，在失效的机械零件中，大约 有80% 是由于各种形式的磨损造成的。
润滑是改善表面摩擦状态、减缓磨损最有效的方法。
整理ppt
第二节 表面性质及表面接触
一、表面性质 金属表面性质主要包括两方面的内容：表面形貌
和表面组成。 1、表面形貌
在工程中使用的金属表面，都不是理想的光滑表 面，尽管宏观上看上去大都很光滑，但微观上看，实 际表面凹凸不平。
削加工过程中表 层组织结构将发 生变化，使表 面由若干层次构 成，典型的金属 表面结构如图所 示。
整理ppt
表面吸附膜——决定金属表面的润滑特性（边界润滑） （边界膜） 表面氧化膜——决定金属表面的摩擦磨损特性 变形层和贝氏层——决定金属表面强度
整理ppt
二、表面接触 研究两金属表面的摩擦磨损过程时，首先是了解它
有很大的出入，为此，Bowden等人于1964年又提出了一
种更切合实际的修正粘着理论。可参考有关资料。
库仑理论 能量理论 犁沟理论
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1、机械啮合理论
认为摩擦起源于表面粗糙度，摩擦力是表 面微凸体机械啮合力的总和。滑动摩擦中能量 损耗于微凸体的相互啮合、碰撞以及弹性变形。
2、分子作用理论
认为分子间电荷力所产生的能量损耗是摩擦 的起因，摩擦力是由摩擦表面分子间的相互吸引 力形成的。
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4、分子—机械理论（摩擦二项式定律）