摩擦学原理固体摩擦
摩擦原理课件固体摩擦详细
摩擦材料：包括金属、塑 料、橡胶等不同材质的摩 擦材料
测量仪器：包括力传感器、 位移传感器等用于测量摩 擦力的仪器
控制设备：包括计算机、 控制器等用于控制实验过 程的设备
辅助材料：包括润滑油、 清洁剂等用于维护实验设 备的材料
实验方法与步骤
准备实验材 料：固体材 料、摩擦力实 验条件、实
04
固体摩擦的应用
机械工程中的摩擦应用
机械传动：利用摩擦力实现动 力传递和速度控制
制动系统：利用摩擦力实现车 辆的减速和停车
密封系统：利用摩擦力实现密 封效果防止泄漏
润滑系统：利用摩擦力实现润 滑效果减少磨损和能耗
交通工具中的摩擦应用
轮胎与地面的 摩擦：提供车 辆行驶的驱动
力
刹车系统中的 摩擦：通过摩 擦力使车辆减
验步骤等
进行实验操 作：按照实 验方案进行 实验操作记 录实验数据
分析实验结 果：对实验 数据进行分 析得出结论
撰写实验报 告：详细记 录实验过程、 实验结果、 实验结论等
实验总结： 总结实验经 验提出改进 建议为后续 研究提供参
考
实验结果与分析
实验目的：验证固体摩擦原理 实验方法：采用摩擦力测量仪进行测量 实验结果：摩擦力与接触压力、滑动速度、接触面积等因素有关 分析：摩擦力与接触压力成正比与滑动速度成反比与接触面积成正比 结论：固体摩擦原理在实验中得到验证为工程应用提供了理论依据
松开
橡皮擦：橡皮擦与纸张 的摩擦力使笔迹擦除
汽车轮胎：轮胎与地面 的摩擦力提供汽车前进
的动力
门锁：锁舌与锁孔的摩 擦力使门锁紧
笔尖：笔尖与纸张的摩 擦力使笔迹清晰
拉链：拉链与衣物的摩 擦力使拉链拉合
自行车链条：链条与齿 轮的摩擦力使自行车前
第2章固体摩擦.
2.1.3 粘滑现象
精细的实验研究证明：干摩擦运动并非连续平稳的滑动， 而是一个物体相对于另一个物体断续的滑动，就是所谓的 粘滑现象，也称为跃动现象。
在起动过程中，静摩擦系数明显高于动摩擦系数。
摩擦力随时间的变化呈锯齿状的曲线。
粘滑问题的等效力学模型
的，但不适用于弹性及粘弹性材料。
定律三 静摩擦系数大于动摩擦系数。 这一定律不适用于粘弹性材料，尽管关于粘弹性材料
究竟是否具有静摩擦系数还没有定论。
定律四 摩擦系数与滑动速度无关。 严格地说，第四定律不具有普适性，对金属来说基本
符合这一规律，而对粘弹性体来说，摩擦系数则明显与滑 动速度有关。
上述经典摩擦定律并非基本的物理定律，只是从实验结果中 总结得出的几条规律，大致适用于常规工况条件下比较洁净 或有污染膜的固体表面的干摩擦。
f A
W
f 并不是一个常量，它随A／W比值而变化，这与实验结果 相符。 摩擦二项式定律经实验证实相当适用于边界润滑，也适用 于某些实际接触面积较大的干摩擦问题。
2.3 滑动摩擦
研究摩擦系数的变化及其影响因素，以便控制摩擦过程和 降低摩擦损耗，是一项具有普遍意义的课题。
影响摩擦系数的各种因素：材料副配对性质、静止接触时 间、法向载荷的大小和加载速度、摩擦副的刚度、滑动速 度、温度状况、摩擦表面接触几何特性和表面层物理性质 以及环境介质的化学作用等。
摩擦系数随着工况条件的变化很大，因而预先确定摩擦系 数准确的数据和全面估计各种因素的影响是十分困难的。
2.3.1 载荷对摩擦系数的影响
载荷通过真实接触面积的大小和变形状态影响摩擦力。 当粗糙峰处于塑性接触时，摩擦系数与载荷大小无关。 在一般情况下，金属表面处于弹塑性接触状态。由于真实 接触面积与载荷的非线性关系，使得摩擦系数随着载荷的 增加而降低。
摩擦学原理-固体摩擦、磨损理论
§20-3 磨损的基本形式
磨料磨损影响因素
§20-3 磨损的基本形式
(2)磨粒沿一个固体表面相对运动产生的磨损称为二体磨粒磨损。 当磨粒运动方向与固体表面接近于平行时, 在固体表面产生擦伤 或犁沟痕迹。 当磨粒运动方向与固体表面垂直时，常称为冲击磨损，在表面产 生高应力碰撞，磨出较深的沟槽。
§20-3 磨损的基本形式
(3) 在一对摩擦副中，硬表面的粗糙峰对软表面起磨粒作用，也 是二体磨损。
糙度越小, 摩擦系数越低。 问题
F fW Wtg
(1) 超精加工表面间的摩擦系数反而增加
(2) 表面吸附一层极性分子后, 其厚度不及抛光粗糙度的十分之
一，摩擦系数极大减小
§20-2 摩擦理论
2、分子作用理论 Tomlinson于1929年提出分子间电荷力所产生的能量损耗是摩擦的 起因, 推导出Amontons公式
机械的、组织结构的、物理的、化学的变化
3、表面层的破坏 擦伤
点蚀
剥落
微观
胶合
点蚀、剥落
§20-3 磨损的基本形式
磨损机理
疲劳磨损 粘着磨损 磨料磨损 腐蚀磨损
§20-3 磨损的基本形式
一、疲劳磨损 相对滚动或滚动兼滑动的表面，在循环接触应力作用下，由于材 料疲劳而形成凹坑。
1、表面萌生 金属表面在循环接触应力作用下, 疲劳裂纹发源于材料表层内部 的应力集中源, 如非金属夹杂物或空穴。裂纹萌生以后，首先顺 滚动方向平行于表面扩展，然后分叉延伸到表面，使磨屑剥落后 形成凹坑，其断口比较光滑。
我的摩擦学导论第五章
常见的两种摩擦类型：
★干摩擦
干摩擦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。又称库伦摩擦
★流体摩擦
工程实际中并不存在干摩擦。通常是将未经人为润 滑的摩擦状态当作干摩擦处理。干摩擦时摩擦阻力 很大，磨损严重，应避免。
是指摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体 内部分子间粘性阻力的摩擦。流体摩擦时的摩擦系数 最小，且不会有磨损产生，是理想的摩擦状态。
引言
如果两个固体放到一块 即产生切向力（F）。使 它们由静止而相对运动 所需施加的切向力的大 小 称 为 静 摩 擦 力 （Fstatic或Fs ）。在进 入相对运动状态前需有 几微秒的时间来克服静 摩擦力。而维持相对运 动的切向力称为动摩擦 力 （ Fkinetic或 Fk ） 。 (在一定条件下)静摩擦力 大于或等于动摩擦力， 如图5.1.2。
图5.2.9 橡胶在硬表面 间上产生粘着的机理
第5章 摩擦
粘摩擦机理
粘合摩擦系数就可以用下式来表示： (5.2.15) 其中:
a
(
Ar
2 W
) a tan
tan —阻尼系数。
假设一个光滑的半球形橡胶在一个干净的光滑的玻璃表面滑动，它们之间 就会发生间断地分离，这样就有高速地从头到尾的滑动。粘合似乎在贯穿 于这种波动中，这就使得橡胶表面会有折痕，也有可能会由切向的压力而 发生扣死。切线应力梯度是发生间断分离的驱动力。橡胶在玻璃上的运动 不是交叉面间的滑动而类似于通过地毯后留下的一段皱褶或者说是像毛毛 虫的移动。
第5章 摩擦
粘摩擦机理
塑性变形的粘合摩擦：
大部分的固体材料的剪切强度是由接触状况决定的。对 于塑料和一些非金属材料，有
(5.2.14a)
摩擦学的基本原理及其应用
摩擦学的基本原理及其应用摩擦是我们日常生活中经常遇到的现象。
车辆行驶时的轮胎与路面摩擦，人行走时的脚与地面摩擦，任何实体在相互接触时都会产生摩擦。
而摩擦学正是研究物体在相互接触时产生的力的学科，其基本原理和应用非常重要。
一、摩擦的基本原理1. 摩擦力的定义摩擦力是指阻碍物体相对运动的力。
在物体相互接触时，由于表面间的不规则性，阻碍物体相对运动的力就会产生。
摩擦力可以分为静摩擦力和动摩擦力两种，它们通常都是与物体间接触的表面粗糙程度和材料特性等因素有关。
2. 摩擦力与接触面积的关系摩擦力与物体间接触面积成正比例关系。
接触面积越大，摩擦力越大；反之，接触面积越小，摩擦力越小。
这是因为物体直接接触的表面积越大，表面之间的微小凹凸就越大，摩擦力就越大。
3. 摩擦力与物体间压力的关系摩擦力与物体间压力成正比例关系。
即当物体间的压力增大时，摩擦力也随之增大，反之亦然。
这是因为物体间的压力越大，表面间的不规则性就越小，微小凹凸就进一步压缩，摩擦力就会增大。
二、摩擦学的应用1. 制动系统摩擦制动是利用静摩擦力使车轮停止转动的一种制动方式。
汽车、自行车等的制动系统都是靠摩擦制动来实现的。
在制动过程中，制动器上的刹车片与转动的车轮表面接触，产生静摩擦力使转轮停止转动。
而刹车片与车轮的表面摩擦系数大与小的不同，就会影响到制动效能和制动距离的长度。
2. 螺纹连接螺纹连接是常用的一种紧固连接方式，它通常用于连接杆件、面板、封板等部件。
在螺纹连接时，利用螺纹外螺距不等的原理，使螺栓和螺母之间相互旋转，从而将拼接的两个构件紧密地连接在一起。
在设计时，需要根据要求计算螺栓和螺母的摩擦力，以保证连接牢固。
3. 轴承轴承是一种广泛应用于机器设备中的组件，主要用于支撑机器转动部件，并在其旋转过程中承受轴向和径向的载荷。
它的基本原理就是利用滚动体或滑动体之间的摩擦来实现支承转动。
因此，轴承性能的好坏与其摩擦力有着密不可分的关系。
4. 润滑油润滑油作为目前普遍使用的润滑材料，被广泛应用于各种机械设备中，其作用是减小机械件表面的摩擦，以达到降低能耗、延长机器使用寿命的效果。
机械设计中的摩擦学原理分析
机械设计中的摩擦学原理分析摩擦学是研究摩擦、磨损和润滑的学科，对于机械设计来说，摩擦学原理的应用至关重要。
摩擦学原理的理解能够帮助工程师们设计出更有效、更可靠的机械系统。
本文就机械设计中的摩擦学原理进行详细分析。
一、摩擦学基本概念摩擦是由于两个物体之间的接触而产生的阻碍相对运动的力。
摩擦由于两个物体之间的微小不平整而产生，其平衡状态下的力大小可以用摩擦系数表示。
摩擦系数越大，两个物体之间的摩擦力就越大，相对滑动也就越困难。
磨损是指在摩擦作用下，物体表面逐渐剥落、破损或变形的过程。
摩擦作用时产生的热量会导致磨损，并且可以通过润滑来减少磨损。
润滑是指利用润滑剂在接触表面形成润滑膜，减少摩擦和磨损的过程。
润滑可以分为液体润滑、固体润滑和气体润滑三种方式。
润滑剂的选择应根据工作条件和材料特性进行合理选择，以确保机械系统的正常运行。
二、摩擦学在机械设计中的应用1. 摩擦副配对设计在机械设计中，合理选择和设计摩擦副对是至关重要的。
摩擦副应具备摩擦系数小、磨损少、寿命长等特点，以保证机械系统的正常运行。
在进行摩擦副设计时，需要考虑工作条件、材料的性质、润滑和摩擦副配合间隙等因素。
2. 摩擦和磨损分析摩擦和磨损分析是机械设计中重要的一环，通过合理的分析可以预测摩擦副件的损坏和寿命，进行合理的维护和更换。
同时，也可以通过分析优化摩擦副材料、润滑方式等因素，减少磨损，提高机械系统的效能。
3. 润滑技术应用在机械设计中，润滑技术的应用可以减少机械系统的摩擦和磨损，延长使用寿命。
润滑可以使用液体润滑剂、固体润滑剂或气体润滑剂，根据工作条件选用合适的润滑方式。
4. 摩擦噪音和振动控制摩擦副件在运动过程中会产生噪音和振动，影响机械系统的正常工作和使用寿命。
为了减轻噪音和振动，需要通过设计和选择合适的材料、润滑方式以及减振措施等途径来控制和减少噪音和振动的产生。
三、机械设计中的摩擦学原理实例以某自动化生产线上的输送系统设计为例，通过摩擦学原理的应用可以解决以下问题：1. 提高输送效率：通过合理选择输送系统的摩擦副件材料和润滑方式，减小摩擦力，提高输送效率。
机械结构的摩擦学与表面工程技术
机械结构的摩擦学与表面工程技术摩擦学是研究物体之间相对运动时的力学现象和规律的学科，而机械结构中的摩擦学则是将其应用在机械系统中，以提高运动性能与寿命。
而表面工程技术则是为了改善材料表面的性能而进行的一系列工艺技术和处理方法。
机械结构的摩擦学与表面工程技术在现代工程领域起着不可忽视的作用。
一、摩擦学的基本原理与应用1.1 摩擦力与摩擦系数摩擦力是物体在相对运动时所受到的阻碍力，摩擦系数则是描述物体之间摩擦力大小的参量。
摩擦力对机械系统的性能和寿命有着直接影响，因此减小摩擦力是提高机械系统效率的关键。
为了有效地减小摩擦力，我们需要了解不同材料之间的摩擦系数，并通过表面工程技术对材料进行改良。
1.2 润滑与磨损润滑是减小摩擦力的常用方法，通过在物体之间形成润滑膜，可以减少摩擦力和磨损。
在机械结构中，常用的润滑方式包括干摩擦、润滑油膜、固体润滑材料等。
此外，针对高温和高速运动的机械系统，还可以采用液体金属润滑等先进的润滑方式。
1.3 动摩擦学与静摩擦学动摩擦学和静摩擦学是摩擦学中的两个重要分支。
动摩擦学研究物体在相对运动时的摩擦现象和规律，而静摩擦学研究物体在静止时的摩擦现象和规律。
了解动摩擦学和静摩擦学的原理与特点，对于优化机械结构和提高机械性能非常重要。
二、表面工程技术的应用与发展2.1 表面硬化技术表面硬化技术是通过改变材料表面的组织结构和化学成分，使其表面具有较高的硬度和抗磨损性能。
常用的表面硬化技术包括淬火、渗碳、涂层等。
表面硬化技术不仅可以提高材料的机械性能，还可以延长材料的寿命。
2.2 表面涂层技术表面涂层技术是一种通过将特定材料涂覆在基材表面，以改善材料性能的方法。
常见的表面涂层技术包括电镀、喷涂、镀层等。
通过表面涂层技术，可以增强材料的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性能，从而提高机械结构的寿命和性能。
2.3 表面处理技术表面处理技术是通过改变材料表面的形貌和结构，以提高其摩擦学性能的方法。
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。
关于摩擦学的思考-概述说明以及解释
关于摩擦学的思考-概述说明以及解释1.引言1.1 概述摩擦学是研究固体物体之间相对运动时发生的摩擦现象的科学领域。
摩擦作为一种普遍存在的现象，对于各个行业和领域都有着重要的影响。
摩擦学的研究旨在深入理解摩擦现象的机理、性质和影响因素，以便应用于实际工程和技术问题的解决。
在日常生活中，我们经常会遇到摩擦现象。
无论是步行时脚与地面的摩擦、车辆行驶时轮胎与路面的摩擦，还是开门时手与门把手的摩擦，都与摩擦学密切相关。
除了在日常生活中的应用，摩擦学还在许多其他领域发挥着重要作用，如机械工程、汽车工业、航空航天以及材料科学等。
摩擦学的基本原理是摩擦力的产生和作用。
摩擦力是由于接触物体表面微观不平整度，使得物体间存在着相互作用力而产生的。
摩擦力的大小和性质取决于物体表面的粗糙程度、压力、两物体间的相对运动速度等因素。
摩擦学的研究对于优化设计、减少能源损耗、提高机械系统的效率等具有重要意义。
同时，随着科学技术的不断进步，摩擦学的应用领域也在不断扩展。
例如，在纳米技术领域，摩擦学的研究成果可以应用于微纳机械装置的设计和制造，从而为纳米器件的性能提升提供支持。
本文将探讨摩擦学的基本原理、实际应用中的重要性，并展望摩擦学未来的发展方向。
通过深入的思考和研究，我们可以更好地理解摩擦现象，并利用其特性来改进工程设计和解决实际问题。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包含以下内容：在文章结构部分，我们将介绍本文的组织和章节安排。
整篇文章主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将提供一个总体概述，介绍摩擦学的基本概念和相关背景知识，同时阐述本文的目的和重要性。
正文部分将拓展对摩擦学的内容进行详细的阐述。
首先，我们会给出对摩擦学的定义，并介绍其背景和起源，以帮助读者更好地理解该学科领域的重要性。
然后，我们将深入探讨摩擦学的基本原理，包括摩擦力的定义、摩擦系数的计算方法、摩擦力对物体运动的影响等。
结论部分将对摩擦学在实际应用中的重要性进行总结和归纳。
摩擦学原理第2章
18
4.表面轮廓高度的分布
第2章 表面
表面微凸体高度的分布如图2-8(a)所示，以表面轮廓中线
为x轴，在标准长度l内，每隔一定距离Δl，测量轮廓图形距
参考中线的高度Z1、Z 2、……Zi，然后求出同一Z值的纵坐 标数之和，也就是该高度的纵标频数。
作 出 从 ＋ Zmax 至 － Zmax 区 间 内 的 直 方图。由此直方图
28
（2）体心立方晶胞(bcc)
第2章 表面
体心立方晶胞如图2—13所示，也是在8个顶角各有1个 原子，在其立方体的中心还有一个原子。显然，每一个原 子周围有8个最近邻原子，因此，配位数为8。属于这种结 构的；金属有钒、铌、钽、钼、铬、钡、β钛、α铁、δ 铁、α钨等。
图2－13 体心立方晶胞 29
15
（3）微观不平度十点高度Rz
第2章 表面
Rz是指在标准长度l内五个最高的轮廓峰高的平均值与五 个最低的轮廓谷深的平均值之和，其计算公式为
式中： hpi是第i个最高的轮廓峰高；hvi是第i个最低的轮廓谷深。
若测量长度包括几个标准长度时，应取该测量长度内所 测得的几个Ra或Rz的平均值作为某一表面的Ra或Rz。
（3）密排六方晶胞(hcp)
第2章 表面
密排六方晶胞如图2—14所示，六棱柱体的各角有一个 原子，在其上、下面中心还各有一个原子，此外在两面的 中间还有三个原子。属于这类结构的金属有镁、锌、镉、 锆、α铍、α钛、α钴等。
图2－14 密排六方晶胞 30
第2章 表面
表2－3 3种典型金属晶体结构特征
12
（1）轮廓算术平均偏差Ra
算术平均偏差的数学表达式为
第2章 表面
式中 zi——以中线为起点度量出的廓形高度； n——在样品标准长度 l 内的测量次数。
2-摩擦学基础知识
扩展及新表面的形成所消
耗的断裂能量，只有在磨 损过程中才是主要的。二 次过程能量一般所占比例 较小。因此研究摩擦过程 中的塑性变形规律及其影 响因素，是深入摩擦现象 本质的一个重要问题。
26
摩擦学基础知识
三、摩擦系数及其影响因素
（一）摩擦系数与这些材料参数有关？？？？
晶粒度
晶体结构
各向异性
硬度
层错能
受到压缩，金属表面层发生加工硬化，微凸体变
平，使接触面积增大，结果使摩擦系数上升。
但这个趋势只在一定的载荷条件下存在，当载荷 再增大时，摩擦系数不再增加。
14
摩擦学基础知识
(3)流体润滑摩擦
流体润滑的特点是摩擦表面完全被油膜隔开， 靠油膜的压力平衡外载荷，油膜厚度越大，固体 表面对远离它的油分子影响越小。在流体润滑中， 摩擦阻力决定于润滑油的内摩擦(粘度)。 这种摩擦条件具有最小摩擦系数。从节能、 延长寿命和减少磨损考虑，流体润滑摩擦是最理
想的条件，摩擦力也与接触表面的状况无关。
式中 p为材料的屈服压力,
A为剪切的总面积；S为焊合点的平均剪切强度
23
摩擦学基础知识
(三)摩擦的能量理论
固体之间的摩擦是非常复杂的表面物理化学 现象。一些简单的摩擦理论，只能解释局部的个 别的现象，而且多数是单纯从力学角度进行研究， 而没有考虑到摩擦过程中可能产生的各种物理的、 化学的、电学的、热学的等等现象。近年来，发 展了摩擦的能量理论，即从能量平衡的观点综合
Fadh= A·S 式中,A为剪切的总面积。S为焊合点的平均剪切强度。
22
摩擦学基础知识
除焊合、剪切外．较硬表面的微凸体对较软材料
会造成犁削作用。它构成摩擦力的犁削分量Fpl, 总的摩擦力 F = Fadh+ Fpl = A·S + Fpl 大多数情况，Fpl与Fadh相比很小，可忽略不计。 则 F ≈ A· S µ = F/P = A·S/A·p = S/p
摩擦学研究及其应用
摩擦学研究及其应用摩擦学是研究固体相互接触时表面间微观相互作用的学科，摩擦学理论是许多工程、科学领域中不可或缺的基础理论。
摩擦学的研究有助于发展新型的摩擦材料，提高产品的性能，降低产品磨损以及扩展摩擦材料的应用领域。
一、摩擦学的基本原理摩擦力是指两个物体间摩擦力的大小，摩擦力主要与两个物体间的摩擦系数以及物体间的压力有关。
摩擦系数是物体间相互接触时的摩擦特性，通常用μ表示，可以分为干摩擦系数和润滑摩擦系数。
干摩擦系数指在无任何润滑剂存在的情况下，两个物体之间的摩擦系数。
而润滑摩擦系数指在润滑剂的存在下，两个物体之间的摩擦系数。
摩擦是由于固体表面之间的互相接触作用而产生的，主要包括离子键、分子键、Van der Waals力等。
这些力作用下，固体表面间存在摩擦，进而限制固体相互间的相对运动。
而摩擦力的大小与两个物体间的摩擦系数、受力的面积、物体的质量大小以及摩擦力的方向等因素有关。
二、摩擦学的应用摩擦学的研究和应用广泛，从机械工程、航空航天、汽车工业、化学工业、电子工业、微电子工业、医学、生物工程等领域都能够看到摩擦学的身影。
以下简要介绍摩擦学在几个领域的应用：1.机械工程领域的应用机械工程是摩擦学最广泛应用的领域之一。
例如，针对汽车行业，汽车的刹车系统的设计和制造需要考虑摩擦系数以及摩擦材料的性能。
同时，在润滑系统设计方面也需要有摩擦学理论的指导，从而提高汽车的安全性和性能。
此外，在工业生产过程中，摩擦学理论也是制造过程中最重要的考虑因素之一，例如，在空气动力学领域，涉及到飞机或者火箭的发动机中，需要润滑材料具有极高的性能和极高的摩擦系数。
2.电子工业领域的应用摩擦学在电子工业领域的应用也越来越广泛。
例如，在微电子制造过程中，精细的电子元件需要用到非常好的润滑材料，以保证元件的制造质量；同时，在磁盘驱动器的生产过程当中，需要涉及到多面磁头的碟片表面摩擦适合性的问题，以达到在高速旋转时切换盘片的目的。
第一章 摩擦学基础知识(磨损)
1.3
研究内容：
(1) 磨损类型及发生条件、特征和变化规律。 (2) 影响磨损各种因素，包括材料、表面形
态、 环境、滑动速度、载荷、温度等。
(3) 磨损的物理模型、计算及改善措施。 (4) 磨损的测试技术与实验分析方法。
1.4
磨损过程的一般规律：
1.磨损过程曲线：典型磨损曲线通常由三种不同 的磨损变化阶段组成。
d:材料的硬度： 硬度高的金属比硬度低的 金属抗粘着能力强，表面 接触应力大于较软金属硬 度的1/3时，很多金属将由 轻微磨损转变为严重的粘 着磨损。 e: 表面粗糙度：一般情况下， 降低摩擦副的表面粗糙度能 提高抗粘着能力。
硬度的影响
(2) 外部环境条件： a:润滑条件：在润滑油或润滑脂中加入油性或极压
(1)
磨合阶段：磨损量随时间的增加而增加。 出现在初始运动阶段，由于表面存在粗糙 度，微凸体接触面积小，接触应力大，磨 损速度快。
(2)稳定磨损阶段：摩擦表面磨合后达到稳
定状态，磨损率保持不变。标志磨损条 件保持相对稳定，是零件整个寿命范围 内的工作过程。
(3) 剧烈磨损阶段：工作条件恶化，磨损
b:材料的互溶性：
？相同金属或互溶性大的材料摩擦副易发生 粘着磨损。 ？异种金属或互溶性小的材料摩擦副抗粘着 磨损能力较高。 ？金属与非金属摩擦副抗粘着磨损能力高于 异体金属摩擦副 。
c: 材料的组织结构和表面处理：
--多相金属比单相金属的抗粘着磨损能力
高。通过表面处理技术在金属表面生成硫 化物、磷化物或氯化物等薄膜可以减少粘 着效应，同时表面膜限制了破坏深度，提 高抗粘着磨损的能力。
(5) 咬死：
粘着结合强度比两基体金属的抗剪强 度都高，粘着区域大，切应力低于粘着 结合强度。摩擦副之间发生严重粘着而
流体的内摩擦力与固体的摩擦力之间的异同
流体的内摩擦力与固体的摩擦力之间的异同好啦，今天我们聊聊流体的内摩擦力和固体的摩擦力之间的异同。
嘿，别看这俩听起来很高深，其实它们的道理都挺简单的。
要说它们的“摩擦”，其实就是两种物质互相抵抗、互相拖慢对方运动的现象。
你是不是一听就有点想笑了？是的，这些摩擦力一听就像是“拉锯战”，不过可不是你和别人争抢遥控器的那种“摩擦”哦。
这里说的是物质间的相互作用力，这可不仅仅是为了“争夺”，而是它们为了“安静”地停下或运动起来，互相给对方制造“麻烦”。
我们先来说说固体的摩擦力。
你想啊，当你在地板上推一个箱子，它好像很不愿意动，总是拖拖拉拉的，不想走。
这就说明箱子和地板之间有摩擦力。
固体摩擦力呢，就是这种坚固的物质表面互相接触时产生的阻力。
打个比方，就像你跟朋友一起推一辆沉重的自行车。
你使劲儿一推，但车轮和地面摩擦得越来越大，车子就不那么容易动了。
你越使劲儿，它和地面的摩擦力也就越大，直到车子开始“哐哐”地滑动，摩擦力才会减少。
所以这就像是两个人一边拉着一条绳子，越拉越紧，直到它忍不住给你一脚，滑出去才算得上结束。
固体摩擦力的大小取决于接触的物体表面有多粗糙，也就是说如果你想让物体更容易滑动，就得找个光滑点的表面。
好了，接下来我们聊聊流体摩擦力。
流体？那就是像水、空气这样的东西。
你是不是想，“水跟空气还能摩擦？”别急，听我细细道来。
流体的摩擦力其实是流体分子在相互运动的时候相互碰撞、相互摩擦的结果。
拿个例子来说吧，你是不是有过划水的经历？你在水里划水，水就像是个顽皮的小伙伴，拉住你的手不放。
你划得越快，水就给你“反抗”得越厉害，好像要拖住你一样，这就是水的内摩擦力。
流体的摩擦力跟固体摩擦不太一样，它不需要接触那么直接，更多的是通过分子之间的相互作用力。
而且流体摩擦力是跟流体的黏度有关系的。
你想象一下，水和蜂蜜，哪个更容易滑动？当然是水了。
蜂蜜因为太黏，它的内摩擦力大得让人想找个角落呆着。
你可能会觉得，嘿，这两个摩擦力虽然都涉及到“阻力”，但好像又有点不太一样。
摩擦原理课件固体摩擦详细
VS
详细描述
表面粗糙度对摩擦的影响主要体现在机械 摩擦上。由于表面粗糙度会导致接触表面 间存在微凸体，这些微凸体的相互作用会 增加机械摩擦力。因此，表面越粗糙，摩 擦力越大。
03
固体摩擦的应用
车辆工程
刹车系统
利用摩擦原理，车辆的刹车系统 可以将车辆减速至停止。刹车片 与制动盘之间的摩擦力使车辆减
固体摩擦在日常生活和工业生产中广 泛应用，如车辆、机械、轴承等。
了解固体摩擦的原理和特性有助于优 化机械设计、减少磨损和降低能耗。
固体摩擦是许多机械系统中的重要因 素，对机械效率、寿命和稳定性有很 大影响。
02
固体摩擦的原理
库仑摩擦
总结词
库仑摩擦是由于接触表面间的正压力产生的摩擦力，与接触表面的性质和材料 有关。
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表面改性技术
通过物理或化学方法改变表面性质，如离子注入 、表面合金化等，可以提高表面的耐磨性和抗摩 擦性能。
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未来研究方向与挑战
新材料与新技术的应用
纳米材料
利用纳米材料具有的特殊性质， 如高硬度、高耐磨性和高弹性模 量等，可以显著提高摩擦表面的 耐磨性和耐久性。
智能材料
智能材料能够根据外部刺激进行 自适应调整，在摩擦过程中实现 自我修复和调节，为解决摩擦磨 损问题提供了新的思路。
环境友好型润滑剂的开发
生物可降解润滑油
利用可生物降解的油脂和合成润滑剂 ，降低润滑剂对环境的污染，同时满 足机械设备的润滑需求。
低摩擦系数添加剂
通过添加具有低摩擦系数的物质，如 石墨烯、氟化物等，提高润滑剂的抗 磨减摩性能，减少摩擦磨损对环境的 影响。
摩擦学性能的实时监测与控制
传感器技术
利用先进的传感器技术，实时监测摩 擦表面的温度、压力、磨损程度等参 数，为摩擦控制提供准确的数据支持 。
摩擦学原理
陈国定
西北工业大学机电学院
目录
1.引言 2.摩擦表面形貌和表面接触理论 3.固体摩擦理论 4.磨损理论及磨损分析设计 5.流体动压润滑理论 6.静压润滑及气体润滑 7.摩擦学分析及设计实例
i
1.1摩擦学科学的概念 1.2摩擦学研究及摩擦学设计的学术及工程意义 1.3摩擦学研究及设计涵盖的主要内容
(2-2)
11
应当指出：一维形貌参数不能完善地 说明表面几何特征。如图2-2所示，四种
表致面，轮 甚廓 至的 完全Ra相值反相，同如，图但2-形2中貌的却a很和不b一。
虽然均方根值 比中心线平均值 Ra稍好
一些，但对于图2-2中a和b两个相反的轮
廓仍然无法区别。这表明：一维形貌参数 不足以阐明表面几何特征与摩擦学特性的 关系。
q
a
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由于二维形貌参数还不够全面，描述粗糙 表面的最好方法是采用三维形貌参数。 二维轮廓曲线族：通过一组间隔很密的二维轮 廓曲线来表示形貌的三维变化； 等高线图：用表面形貌的等高线表示表面的起 伏变化。
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图2－3 二维轮廓曲线族
图2－4 等高线图
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切削加工的表面形貌包含着周期变化和随 机变化两个组成部分，因此采用形貌统计参数 比用单一形貌参数来描述表面几何特征更加科 学和反映更多的信息。这就是将轮廓曲线上各 点的高度、波长、坡度或曲率等用概率密度分 布函数来表示它们的变化，这里主要介绍表面 形貌的高度分布函数和自相关函数。
滑曲线，这就是轮廓高度的概率密度分布曲线。
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图2－5 高度分布曲线 19
切削加工表面的轮廓高度接近于Gauss分布规律。Gauss
概率密度分布函数为
(z) =
0
摩擦力学
润滑
润滑
在工程技术中人们往往通过施加润滑剂的方法来减少摩擦，研究这个问题的科学称为摩擦学，它是机械制造 的一个分科学固体摩擦。 两个固体面互相摩擦。假如两个固体面的材料选择不当或它们之间相互施加的压力非 常大的话，那么固体摩擦就会造成磨损。在不使用润滑剂或润滑剂失效的情况下会造成固体摩擦。 混合摩擦 在润滑剂不够或运动的开始会出现混合摩擦。这时摩擦面部分地区会直接接触。混合摩擦造成的磨损比固体摩擦 要小。在长时间运行的状态下应该避免混合摩擦，但往往在技术工程中混合摩擦被容忍。 液体摩擦 假如两 个运动面之间有一层完整的润滑剂的话，那么它们之间的摩擦是液体摩擦，两个运动面不直接接触。虽然如此通 过运动面与润滑剂的分子之间的摩擦依然会有很小的磨损。
简介
简介
1)定义：两个互相接触的物体，当它们要发生或已经发生相对运动时。就会在接触面上产一种阻碍相对运动 的力,这种力就叫做摩擦力。 (2)物体之间产生摩擦力必须要具备以下三个条件: 第一,物体间相互接触、挤压 （产生压力） 第二,物体接触面粗糙 第三,物体间有相对运动趋势或相对运动。 1、摩擦力 （1）两个 相互接触的物体，当它们做相对运动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫做摩擦力。 （2） 影响滑动摩擦力大小的因素：压力的大小和接触面的粗糙程度。在接触面的粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩 擦力越大；在压力大小相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。 2、摩擦分类 （1）滑动摩擦：一个物体 在另一个物体表面上滑动时产生的摩擦，此时摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反。 （2）滚动摩擦：一 个物体对在它表面上滚动的物体产生的摩擦，滚动摩擦比滑动摩擦小得多。 （3）静摩擦：一个物体相对于另 一个物体来说，有相对运动趋势，但没有相对运动时产生的摩擦，它随推力的增大而增大，但不是无限地增大， 当推力增大到超过最大静摩擦时，物体就会运动起来。 3、增大有益摩擦的方法，把接触面弄粗糙些或增大压 力。 减小有害摩擦的方法是： （1）用滚动代替滑动；（因为滚动摩擦远小于滑动摩擦） （2）把接触 面做光滑些，或用油膜或气垫等把相互摩擦的物体彼此隔开。 例6、观察自行车，它在工作时，有些地方的摩 擦是有益的，有些地方的摩擦是有害的。分别举出自行车一个“有利”和“有害”摩擦的实例，并说明增大和减 小摩擦力的方法。 （1）“有利”摩擦：_刹车时用力捏手刹____________________________________； 增大摩擦的方法：________________________用大力_____________； （2）“有害”摩擦 _______________________车轮与车轴的摩擦______________； 减小摩擦的方法： ________________________涂润滑油_____________。
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摩擦状态 流体动压润滑 液体静压润滑 弹性流体动压润滑
薄膜润滑 边界润滑 干摩擦
典型膜厚 1~100m 1~100m 0.1~1m 10~100nm 1~50nm 1~10nm
摩擦膜形成方式
由摩擦表面的相对运动 所产生的动压效应形成
流体润滑膜 通过外部压力将流体送 到摩擦表面之间，强制
形成润滑膜
与流体动压润滑相同
静摩擦系数对接触时间的依赖性
静摩擦系数f与静止接触时间t的关系可用以下数学模型来描
述：
f (t) f ( f f0 )et
式中，f 表示很长静止接触时间后的静摩擦系数值，f0 表 示接触时间很短时的静摩擦系数值，t为接触时间，是一个常数。 也可以用Fra bibliotek列幂律方程来描述：
f (t) f0 At B
滑,简称弹流润滑) ；
（4）Thin-film lubrication (薄膜润滑)； （5）Boundary lubrication (边界润滑)； （6）Dry friction (干摩擦) 状态等六种基本状态。
本章讨论固体表面之间的干摩擦状态，包括滑动摩擦和滚动摩擦。
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表1.2 各种摩擦状态的基本特征
式中，A、B为实验常数。
对于静止接触时间的延长导致静摩擦系数增加的机理，目 前还不很清楚，但普遍认为这与粗糙峰接触点的塑性变形导 致新鲜表面的出现以及表面间的粘着有关。
定律二：The friction coefficient has nothing to do with the normal contact area (摩擦系数与表观接触面积无关)。
第二定律一般仅对具有屈服极限的材料如金属是满足的，但不适用于弹 性及粘弹性材料。
定律三： The static friction coefficient is greater than the kinematic friction coefficient (静摩擦系数大于动摩擦系数)。
与流体动压润滑相同
润滑油分子与金属表面 产生物理或化学作用而
形成润滑膜 表面氧化膜、气体吸附
膜等
应用
中高速下的面接触 摩擦副，如滑动轴
承
低速或无速度下的 面接触摩擦副，如 滑动轴承、导轨等
中高速下点线接触 摩擦副，如齿轮、
滚动轴承等
低速下的点线接触 高精度摩擦副，如
精密滚动轴承等
低速重载条件下的 高精度摩擦副
3.1.2 The influence of static contact time
(静止接触时间的影响)
使摩擦副开始滑动所需要的切向力称为静摩擦力， 维持滑动持续进行所需要的切向力则是动摩擦力。 通常工程材料的动摩擦力小于静摩擦力，粘弹性材 料的动摩擦力有时高于静摩擦力。
静摩擦系数受到静止接触时间长短的影响。接触时 间增加将使静摩擦系数增大，对于塑性材料这一影 响更为显著。
定律一: The frictional force is proportional to the normal force (摩擦力与正压力成正比)
可写为：
F =f W 式中，F是摩擦力；f为摩擦系数；W为正压力。
上式通常称为库仑定律，可认为它是摩擦系数的定义。 第一定律在大多数情况下都是成立的，但是当接触表面非常 光滑、正压力很高或很小时，与实验结果不完全相符。
外摩擦和内摩擦的共同特征是：一物体或一 部分物质将自身的运动传递给与它相接触的另一 物体或另一部分物质，并试图使两者的运动速度
外摩擦与内摩擦之间的主要差异在于相对运 动速度的连续性。 对于内摩擦，流体相邻质点的运动速度是连 续变化的，具有一定的速度梯度，内摩擦力 的大小与速度梯度成正比，当相对滑动速度 为零时内摩擦力也就消失； 对于外摩擦，在滑动面上则会发生速度突变， 而且外摩擦力的大小与相对滑动速度之间的 关系随工况条件变化，当滑动速度消失后仍 有静摩擦力存在。
State of the friction
(摩擦状态)
根据不同摩擦机理和特征，一般的摩擦状态可以分为：
（1）Hydrodynamic lubrication (流体动压润滑)； （2） Hydrostatic lubrication (流体静压润滑)； （3） Elasto-hydrodynamic lubrication (弹性流体动压润
上述经典摩擦定律并非基本的物理定律，只是从实 验结果中总结得出的几条规律，大致适用于常规工 况条件下比较洁净的或有污染膜的固体表面的干摩 擦，已有很多实验结果显示经典摩擦定律并不完全 正确。但是，至今还没有发现或总结出更好的并且 为人们普遍接受的摩擦定律，因此在工程实际问题
中依然被近似地应用。
摩擦学教程
Chapter 3 Friction of solid (固体摩擦)
3.1 摩擦的基本特性
两个相对滑动或滚动的固体表面之间的摩擦 只与接触表面间的相互作用有关, 而与固体内部 状态无关，称为外摩擦。
液体或者气体内部各部分之间因相对移动而 发生的摩擦，称为内摩擦。
边界润滑状态下的摩擦是吸附膜或其它表面 膜之间的摩擦，也属于外摩擦。
这一定律不适用于粘弹性材料，尽管关于粘弹性材料究竟是否具有静摩 擦系数还没有定论。
定律四：The friction coefficient has no relation with the sliding velocity (摩擦系数与滑动速度无关)。
严格地说，第四定律不具有普遍适用性，对金属来说基本符合这一规律， 而对粘弹性体来说，摩擦系数则明显与滑动速度有关。
无润滑或自润滑的
5摩擦副
厚度（m）
1.E+03
1.E+02 单 1.E+01 分
弹
边 界
流 膜
流 体 润
1.E+00 子 薄 膜
滑
1.E-01
吸膜 附
膜
1.E-02 层
1.E-03
研 磨 表 面 均 方 根 值
粗 加 工 表 面 均 方 根 值
1.E-04
图1.33 各摩擦层厚度与粗糙度高度 6
图1.34 摩擦系数的典型值
7
图1.35 Streibeck曲线
8
Sliding friction
(滑动摩擦)
3.1.1 Friction law (摩擦定律)
固体摩擦的早期研究是由达·芬奇 、阿芒顿 和库仑先后完 成的，他们在大量实验工作的基础上，分别总结出了固体滑 动摩擦的几个基本规律，后人把这些实验规律归纳为以下四 条，也称为四个经典摩擦定律 。