摩擦学原理知识点整理

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。

第二章

1、固体表面的接触分类：（1）点接触和面接触。（2）①弹性接触（赫兹接触），②塑性接触，③弹塑性接触，④粘弹性接触。

2、名义接触面积：是两接触固体几何（宏观）界面的边界所确定的面积。

3、实际接触面积：是两接触固体之间传递界面力的各接触斑点面积之和。

影响因素：①载荷的大小，②材料的性质，③微观粗糙度。

4、接触模型：①圆柱体模型（当载荷改变时其接触面积保持不变），②圆锥体模型（比较接近实际情况，因为存在尖端微凸体的可能性很小），③形状对称的球体模型（最符合实际）。

5、塑性指数： 2

1⎪⎭⎫ ⎝⎛=ψR H E

σ σ：表面微凸体高度分布的标准偏差；R ：微凸体的相当曲率半径；E ：复合弹性模量；H ：材料的硬度值。当ψ<1，弹性接触；ψ>1，部分接触点含有塑性接触；ψ>3，主要是塑性接触。

第三章

1、摩擦的概念：摩擦力是指两个相互接触的物体在外力作用下发生相对运动（或具有趋势）时在接触面间产生的切向运动阻力，这种现象称为摩擦现象。

2、摩擦有害的方面：（1）造成大量能量的消耗，引起机械效率的降低；（2）摩擦使得机器中相对运动的零件表面产生磨损；（3）摩擦使得摩擦副工作温度上升。

3、摩擦的分类：

（1）运动状态：静摩擦和动摩擦；（2）运动方式：①滑动摩擦，②滚动摩擦，③转动摩擦；

（3）润滑状况：①干摩擦，②边界摩擦，③流体动力摩擦，④混合摩擦。

4、古典摩擦定律：（1）摩擦力只与两物体的接触面积间的法向载荷的大小成正比；（2）摩擦力的大小与名义接触面积的大小无关；（3）静摩擦力总是大于动摩擦力；（4）摩擦力的大小几乎与接触面间的滑动速度无关。

5、局限性：（1）对于摩擦力与法向载荷成正比，即摩擦系数不变。当作用于两接触物体的发现载荷特别大时，实际接触面积有可能接近表观接触面积。摩擦系数随着实际接触面积的增加而增加。（2）摩擦力与接触面积无关仅适用与金属材料，对于完全洁净、光滑的表面，强烈的分子引力便不可忽略。第二定律尤其不适用于弹性材料。（3）静摩擦大于动摩擦。对于具有一定屈服极限的材料是成立的，但对于粘弹性材料不一定符合。（4）摩擦力与滑动速度无关。不适用任何材料，尤其是粘弹性材料。通常摩擦力随表面相对滑动速度的增加而通过一个最大值，后下降。

6、摩擦理论：（1）机械理论：认为产生摩擦阻力的原因在于接触面上存在凹凸不平。摩擦是表面粗糙不平的机械互锁作用造成的。（2）分子理论：认为摩擦的原因在于两物体摩擦表面间分子引力场的相互作用所致，且表面月光滑摩擦力越大。（3）分子-机械理论：认为摩擦力不仅取决于克服两个接触面分子的相互作用力，而且还取决于因粗糙微凸体的犁沟作用引起的接触体形貌的畸变。

7、粘着：在外加压力作用下，由于表面吸引力的作用而使两表面发生粘合的现象。

8、摩擦时金属的表面变化

（1）几何形状：在摩擦过程中，表面粗糙度不断改变，在正常情况下逐渐趋于一个稳定值，既有可能变得粗糙，也有可能变得光滑。此时称其为平衡粗糙度。

（2）表面结构：1加工硬化；2形成变形织构，增大内应力；3晶粒细化，甚至形成微薄溶化层；4产生二次淬火和二次回火。

（3）表面成分：1在近表面区域某种溶质元素贫化，甚至消失；2溶质元素以另一种途径在表面富化。

9、影响摩擦系数的因素：①摩擦副材料性质（互溶性越差的金属摩擦副的摩擦系数越小），②载荷（系数随载荷的增加而降低），③滑动速度（不同工况，影响不同），④表面粗糙度（干摩擦随着粗糙度的降低而降低），⑤表面膜（表面膜的存在使得系数降低，且随着膜厚度的升高，系数先降低后升高），⑥温度（随着温度升高，系数先降后升），⑦介质。

10、特殊工况下的摩擦

第四章

1、磨损：由于表面相对运动而产生的表面材料损失或转移。

2、分类：①粘着磨损；②磨粒磨损；③表面疲劳磨损；④腐蚀磨损；⑤微动磨损（复合机制）。

3、磨损过程：①磨合阶段。磨合是磨损过程的不均与阶段，这时由于表面形貌发生变化，表面微凸体相互剧烈碰撞的几率逐渐减少。②稳定磨损阶段。由于前期磨合的结果，摩擦系统获得了相对稳定的特性，磨损概率保持不变，磨损率很小，且摩擦学过程保持不变。③“急剧”磨损阶段。当材料的磨损总量达到一定数值时，摩擦系统的状态可能发生质的转变，随之摩擦现象也发生重大变化。这时材料磨损随时间迅速增加，发生过程自动加速，即一段时间间隔的大量增长甚至会引起下一时间间隔更大的增长，从而导致系统突然损坏而失效。

4、粘着磨损定义：摩擦表面相对运动时，由于粘着效应而形成的粘着点发生剪切断裂。

5、机理：接触变形机理和磨削转移机理。粘着磨损是由于两摩擦物体在法向力和切向力的联合作用下，产生金属与金属的直接接触和塑性变形，从而经历粘着（冷焊）、剪切撕脱和再粘着的循环过程。

6、类型：（1）轻微磨损，（2）涂抹，（3）擦伤与划痕，（4）撕脱，（5）咬死。

7、影响因素：（1）材料性质，（2）载荷，（3）氧化膜，（4）滑动速度，（5）温度，（6）润滑油、润滑脂，（7）表面粗糙度。

8、防措：（1）选择互溶性小的摩擦副材料；（2）表面处理，改善互溶性和组织结构；（3）降低粗糙度，降低平均压力；（4）合理选择润滑剂和添加剂，提高油膜强度和承载力。