第三章表面摩擦和磨损

合集下载

第三章切削与磨削原理

第三章切削与磨削原理3.1 切屑的形成过程学习目标：本节主要讨论金属材料的切削过程，并对硬脆非金属材料的切削过程进行简单介绍。

学习本节必须研究切屑形成过程的物理本质及其变形规律，熟悉不同切屑类型以及切屑控制方法。

3.1.1 切屑的形成过程切屑的形成工件上切屑层的金属材料,在刀具前刀面的推挤作用下发生了塑性变形，最后沿某一面剪切滑移形成了切屑。

切屑形成的过程切屑形成的过程实质是切削层受到前刀面的挤压后产生的以滑移为主的塑性变形过程。

切屑形成过程动态演示被切金属的受力变形分析由图3-2塑性金属(紧靠刀尖前面的被切金属层及切屑)的切屑根部金相照片可知，刀尖前面的金属晶粒变成为沿某一方向倾斜的纤维状结构，发生了极大的剪切变形，且剪切区内的剪切线与自由表面的交角约为45°(符合塑性力学理论)。

一般这一变形区的宽度仅为0.02～0.2mm。

切削速度愈高，宽度愈小。

因此可以将变形区视为一个剪切平面，称为剪切面，剪切面与切削速度夹角以φ表示，称为剪切角。

如图3-3所示。

金属除在剪切区发生显著变形外，还形成3个变形区，如图3-4所示。

图3-4说明：一般将剪切区称为第一变形区，其位置如图中Ⅰ所示，靠前刀面处称为第二变形区，如图中的Ⅱ。

由图3-2可看出，在已加工表面处也发生了显著的变形，方格已纤维化，这是已加工表面受到切削刃和后刀面的挤压和摩擦造成的。

这一部分一般称为第三变形区，如图中的Ⅲ。

3.1.2 切屑变形程度的表示方法剪应变ε切削过程中金属的塑性变形主要集中于第一变形区，且主要形式是剪切滑移，因而其变形量可用剪应变ε来表示，如图3-5所示。

..........(3-1)根据图中所示的几何关系，可导出剪应变ε和剪切角φ的关系：.......................(3-2)按此式计算，剪切角愈小，剪切变形量愈大，即切屑变形愈大。

变形系数Λh由于切削时金属的塑性变形，使切下的切屑厚度h ch通常要大于切削层厚度h D，而切屑长度l ch却小于切削长度l c，如图3-6所示。

《机械设计》第三节-摩擦-磨损-润滑

t
度不会继续改变，所占时
间比率较小
O
时间t
2、稳定磨损阶段
经磨合的摩擦表面加工硬化，形成了稳定的表面粗糙度，摩擦
条件保持相对稳定，磨损较缓,该段时间长短反映零件的寿命
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、磨损的类型
弹性变形
流体摩擦（润滑）
塑性变形
边界膜
边界摩擦（润滑）—最低要求
边界膜液体
液
混合摩擦（润滑）
边界膜
液体
一、干摩擦
摩擦理论：库仑公式 Ff f () Fn
新理论：分子—机械理论、能量理论、粘着理论
简单粘着理论：
Ff
Ar B
Fn
sy
B
a
n
Ar Ari i 1
f () Ff B Fn sy
（3）条件粘度（相对粘度）—恩氏粘度
3、影响润滑油粘度的主要因素
（1）温度润滑油的粘度随着温度的升高而降低
粘度指数VI ，35，85，110
（2）压力
p 0 ep
P>10MP时，随P↑→ηP↑
4、配油计算
K v vB vA vB
配油比
1、根据摩擦面间存在润滑剂的状况，滑动摩擦分
为哪几种？ 2、获得流体动力润滑的基本条件是什么？
3、典型的磨损分哪三个阶段？磨损按机理分哪几种类型？
4、什么是流体的粘性定律？
5、粘度的常用单位有哪些？影响粘度的主要因素是什么？如何影响？
6、评价润滑脂和润滑油性能的指标各有哪几个？
润滑油压分布
v1
v2

汽车的磨擦、磨损与润滑-

汽车的磨擦、磨损与润滑一、概述摩擦、磨损与润滑是汽车在制定、制造、使用与修理中不可避免而又必需妥善解决的问题。

它是研究各运动部件摩擦副表面摩擦、磨损、润滑这三者互相关系的一门科学与技术。

据有关资料统计，现在世界上有不少能源以各种不同的形式消耗于摩擦损失，依据美国环保局(EPA)测得的典型汽车能量分布状况可知，燃料能量消耗在汽车各种摩擦损失上的比例，活塞摩擦损失占3.0%，发动机其它摩擦损失占4.5%，变速器摩擦损失占1.5%，车轴摩擦损失占1.5%，总计占10.5%，亦即燃料的热能中有10.5%消耗在汽车的各种摩擦损失中。

摩擦不仅消耗能量，而且伴随着磨损的产生。

依据使用和试验统计，汽车零部件的主要失效形式是磨损，磨损型的故障约占50%。

其中，磨损造成的故障在发动机总成故障中占47.2%：在变速器故障中占65.3%：在驱动桥故障中占72.9%……由于磨损型故障而带来的修理费用约占汽车使用费用总数的25%。

由此可见，摩擦带来能量的损失，磨损产生材料的损耗和零部件的失效，而降低摩擦损失、减少磨损、延长车辆使用寿命的重要措施和有效途径就是润滑。

二、润滑的功能每辆汽车都是围绕完成某一功能而由许多互相依赖、互相作用的构件和零件组合而成的一个系统。

汽车在运行中，由于受到外部环境的干扰和内部因素的作用，在功能转换过程中，由于各种矛盾的对抗而产生摩擦和磨损，同时，因摩擦磨损引起系统的功能变化，导致各单元的尺寸发生变化，造成精度下降、功能降低、严重时会引发故障和事故。

由图1可见，在输入变量一定的状况下，假设要提升有用输入，就必需设法降低损耗输出，为此，对汽车用户来说，除正确调整各部间隔和操作外，简单而有效的办法是正确地进行润滑，充分发挥润滑剂的作用，这是降低损耗输出最有效、具体而经济的方法。

润滑的功能、价值和成本间的关系为：价值=功能/成本价值是把润滑剂加入到运动体之间形成一层具有一定强度的油膜，减少机件的磨损，降低能源消耗，确保机件正常运转，提升有用输出。

7-材料磨损与耐磨材料(第3章粘着磨损)4详解

将粘附对摩件金属，发生“金属转移”，即发生”物质转移”。
在以后的摩擦过程中，附着物碾转于对磨件的表面之间，有些粘附物在反复的摩擦中可能由金属表面脱落下来→磨屑。
9
§3.1.1 粘着磨损的概念
粘着磨损也称咬合(胶合)磨损。磨损产物通常呈小颗粒状，从一物体表面粘附到另一个物体表面上，然后在继续的摩擦过程中，表面层发生断裂，有时还发生反粘附．即被粘附到另一个表面上的材料又回到原来的表面上，这种粘附反粘附往往使材料以自由磨屑状脱落下来。粘着磨损产物可以在任意的循环中形成。粘着以后的断裂分离，并不一定在最初的接触表面产生。
4
Chapter 3: 材料的磨损机理
图(d)为腐蚀磨损。它的主要特征是磨损表面有化学反应膜或小麻点，但麻点比较光滑。磨损物为簿的碎片或粉末，典型工件如船舶外壳、水力发电的水轮机叶片等。
5
Chapter 3: 材料的磨损机理
• §3.1 • §3.2 • §3.3 • §3.4 • §3.5 • §3.6
10
§3.1 粘着磨损
• §3.1.1 粘着磨损的概念 • §3.1.2 粘着磨损一般规律 • §3.1.3 粘着磨损分类 • §3.1.4 粘着磨损表达式与定律 • §3.1.5 影响粘着磨损的因素
11
Hale Waihona Puke §3.1.2 粘着磨损一般规律
• 粘着磨损过程一般分为三个阶段： (1)跑合阶段亦称磨合阶段(磨合磨损阶段)； (2)稳定磨损阶段； (3)急剧磨损阶段亦称破坏磨损阶段。如下图所示：
26
§3.1.3 粘着磨损分类
第一类胶合的相关因素： • 材料性能（表面物性、表面化性、表面力性）；
• e.g.强度、塑性、韧性、氧化性等

第三章模具失效形式及机理

第三章模具失效形式及机理
本章学习目标：
1、掌握模具失效主要形式
2、掌握磨损失效形式、失效机理以及影响因素 3、掌握断裂失效形式、失效机理以及影响因素 4、掌握塑性变形失效失效机理以及多种失效形式的交互作用
模具的主要失效形式：
1.磨损失效 2.断裂失效 3.塑性变形失效
失效几率
早期失效
随机失效
图1-1 寿命特性曲线
耗损失效使用时间
第一节磨损失效
磨损：由于表面的相对运动，从接触表面逐渐失去物质的现象。
磨损失效：模具在服役时，与成形坯料接触，产生相对运动，造成磨损。当该磨损使模具的尺寸发生变化，或改变了模具的表面状态使之不能继续服役时。
磨损的分类：
1.磨粒磨损(particle wear) 2.粘着磨损(adhesive wear) 3.疲劳磨损(fatigue wear) 4.气蚀和冲蚀磨损(cavitation erosion and wash-out wear)
图3-9 压力对磨损量的影响
d.磨粒尺寸与工件厚度的比值
工件厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入越深，对模具的磨损越小。
磨粒工件
( a) dm<t (b) dm=t (c) dm>t
图3-10 磨粒尺寸与工件厚度相对比值对磨损量的影响
提高耐磨粒磨损的措施： a.提高模具材料的硬度 b.进行表面耐磨处理 c.采用防护措施
图3-8 相对硬度对磨损量的影响
当Hm=Ho时，如II区，为磨损软化状态，此时的磨损率急剧增加，曲线上升很徒。
当Hm>Ho 时，如III区，为严重磨损状态，此时磨损量较大，曲线趋平。
图3-8 相对硬度对磨着模具与工件表面压力的增加，磨粒压入模具的深度增加，磨损越严重。但当压力达到一定值后，磨粒棱角变钝，磨损增加趋缓。

第三章切削加工润滑

因此，切削过程中三个变形区所产生的热量除分别由切屑、工件、刀具和周围介质如空气传出外，还应采用切削液将切削区的热量迅速带走。切削液的冷却效果有两个方面：即通过润滑对切削机理的影响所体现的冷却及直接冷却。由于切削液的自身冷却能力，其直接冷却作用不但可以降低切削温度，减少刀具磨损，延长刀具寿命，而且还可以防止工件热膨胀，翘曲对加工精度的影响，以及冷却已加工表面抑制热变质层的产生。
冷却作用通常是指切削液将热量从它产生的地方迅速带走的能力。在金属切削时，靠对流、汽化吸收传出大量的热。切削液的冷却作用大小，取决于热导率、比热容、汽化热、汽化速度、流量及流速 ( 流速与粘度、压力有关 ) 等。通常水的热导率、比热容，汽化热比油大，粘度比油小所以一般水的溶液的冷却性能最好，油类较差，乳化液介于二者之间，接近于水。
③改善加工面，降低工件表面粗糙度值；④随时排除碎切屑，洗净加工面;⑤迅速均匀地冷却加工的刀具、工件和机床有关部件；⑥防止工件和机床腐蚀或生锈；⑦提高切削加工效率；⑧降低能耗和生产成本。切削液的基本功能：冷却、润滑、清洗、防锈。
二、冷却作用
切削热是由切削过程中金属变形和摩擦所消耗的功转变而来。图3-1所示的三个变形区就是产生切削热的热源：即被加工材料的弹、塑性变形所消耗的功转变的热和刀具前刀面与切屑底层摩擦所产生的热以及刀具后刀面与加工表面摩擦所产生的热。产生这些热量除去以辐射的形式散出去的部分外，均用于加热刀具、切屑及加工表面，使之温度升高：加剧了刀具的磨损、缩短了刀具寿命、在已加工表面生成热变形。
矿物油在流体润滑状态下，有良好的润滑性能，但不适用边界润滑。通常矿物油只作为切削油的基础油，加入一定量的油性剂或极压剂，以保证切削过程中边界润滑时有较低的摩擦系数和磨损。渗透性好的低粘度矿物油，除了用于黄铜、易切削钢等的轻切削加工外，还可以用于轻合金的研磨(抛光)、珩磨、和精加工。

第三章摩擦、磨损和润滑

摩擦是一种不可逆过程，其结果使摩擦表面的物质丧失或转移，即发生磨损。过度磨损会使机器丧失应有的精度，产生振动和噪声，缩短使用寿命。
适当的润滑是减小摩擦、减轻磨损和降低能量消耗的有效手段。
第一节摩擦
摩擦的种类 1）内摩擦：发生在物质内部，阻碍分子间相对运动的摩擦。 2）外摩擦：当相互接触的两个物体发生相对滑动或有相对滑
在液体摩擦状态下，其摩擦性能取决于流体内部分子之间的粘滞阻力，故摩擦因数极小(约为0.001～0.008)，是一种理想的摩擦状态。摩擦规律也已有了根本的变化，与干摩擦完全不同。
四、混合摩擦
当两摩擦表面不能被具有压力的液体层完全分隔开，摩擦表面间处于既有边界摩擦又有液体摩擦的混合状态称为混合摩擦。
边界膜有两大类：吸附膜和化学反应膜。吸附膜又分为物理吸附膜与化学吸附膜。
物理吸附膜是由分子引力所形成的。吸附膜吸附在金属表面的模型如图2.3.4所示。
化学吸附膜是润滑油分子以其化学键力作用在金属表面形成保护膜，它的剪切强度与抗粘着能力较低，但熔点较高 (约120°C)。所以，能在中等速度及中等载荷下起润滑作用。
机械零件的磨损过程分为：磨合阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段。
按照磨损失效的机理，磨损主要有四种基本类型，即磨粒磨损、粘着磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损。
（1）磨粒磨损外界进入摩擦表面间的硬质颗粒或摩擦表面上的硬质凸峰，在摩擦过程中引起表面材料脱落的现象。特征是摩擦表面沿着滑动方向形成划痕，在一些脆性材料上还会有崩碎和颗粒。
中心值列于表2.3.1。
此外，常用的还有比较法测定粘度，称为条件粘度(或相对粘度)。我国常用的条件粘度为恩氏粘度，即在规定温度下200cm3的油样流过恩氏粘度计的小孔(直径2.8 mm)所需时间(s)与同体积的蒸馏水在20°C下流过相同小孔时间的比值即为该油样的恩氏粘度，以符号°Et表示，其角标t表示测定时的温度。美国常用赛氏通用秒(SUS)，英国常用雷氏秒(R)作为条件湿或吸附于金属摩擦表面形成边界膜的性能称为油性。吸附能力强，则愈有利于边界油膜的形成，油性愈好。

摩擦学与表面技术研究

摩擦学与表面技术研究第一章概论摩擦学与表面技术是机械设计与制造中非常重要的一个领域。

摩擦学研究了物体间的摩擦、磨损及润滑等现象，而表面技术则探讨了如何通过表面工艺的改变来提高材料的性能。

在机械制造中，这两个方面的研究对于提高机件效率、延长机器寿命、节约能源等方面有着至关重要的作用。

在本文中，我们将分别介绍摩擦学和表面技术的相关知识。

第二章摩擦学摩擦学是研究两个物体接触后互相阻碍相对运动，并伴随着能量的损失的现象及其机制。

摩擦学主要包括三个方面：实验摩擦学、理论摩擦学和应用摩擦学。

实验摩擦学是通过实验手段来研究摩擦学现象的一门学科。

实验摩擦学经常需要进行的试验包括摩擦系数测定、磨损实验、润滑实验等。

在试验摩擦学中，科学家们研究了很多现象，如摩擦系数的变化规律、表面形貌的影响、润滑膜的形成及断裂等。

这些实验研究为发展理论摩擦学打下了坚实的基础。

理论摩擦学是指通过数学和物理方法来研究摩擦学现象的一门学科。

理论摩擦学可以分为微观和宏观两个方面。

微观理论摩擦学主要研究物体表面的原子层级接触和摩擦机理，包括材料的力学性质、表面电荷的分布、几何形态等。

而宏观理论摩擦学则侧重于宏观力学现象的研究，如不同材料之间的摩擦现象、低温下的摩擦等。

应用摩擦学是通过理论和实验研究来解决实际工程问题的应用研究。

应用摩擦学涉及的范围很广，如机械制造、摩擦密封、磨料磨损、润滑和摩擦材料等。

应用摩擦学在实际中有着广泛的应用，提高了机械制造的效率和质量。

第三章表面技术表面技术是指通过表面工艺对材料表面进行改进的一门学科。

表面技术的目的是改善材料表面功能，提高其机械性能和化学性能，从而满足不同的工程需求。

表面技术包括表面涂层、表面改性和表面管理。

表面涂层是指在材料表面形成一层功能涂层，以提高材料的性能。

表面涂层可以是金属涂层、陶瓷涂层或者有机涂层等。

例如，通过表面涂层可以增加零件的抗磨损性、耐腐蚀性和防护性等。

表面改性是指通过物理或化学方法改变材料表面的物理结构和化学成分，以提高材料的性能。

机械设计基础名词解释

滚动体的受力分析：滚动体——不稳定脉动循环变应力，固定套圈——稳定的脉动循环
变应力。
滚动轴承的失效形式：1）疲劳点蚀，2）塑性变形 3）磨损、胶合计算准则：一般轴承——疲劳寿命计算（针对点蚀）静强度计算；低速或摆动轴承——只
进行静强度计算；高速轴承——进行疲劳寿命计算、校验极限转速。
中国石油大学石工 09-6 班
运转中，可根据需要将两轴分离或结合。
作用：1、用于联接轴与轴，以传递运动与转矩；2、补偿所联两轴的相对位移；3、可用作
安全装置； 4、吸振、缓冲。
刚性联轴器— 用于载荷平稳，转速稳定，同轴度好，无相对位移的场合。挠性联轴器—
用于适用于两轴有偏移或在工作时有相对位移场合。
离合器分类：1、牙嵌式离合器；2、摩擦式离合器。
蜗杆传动失效形式：由于蜗杆传动齿面间相对滑动速度大，发热量大，其失效形式主要
是齿面胶合，其次是点蚀、断齿、磨损和塑性变形等。
热平衡计算
目的：控制油温稳定地处于规定的范围内（由于蜗杆传动效率低、发热量大，若不及时散热，会引起箱体内油温升高，润滑失效，导致轮齿磨损加剧，甚至出现胶合）。
提高散热能力的措施： ①增加散热面积：例如，在箱体外壁合理设计并铸出或焊上散热筋片； ②提高表面传热系数：例如，在蜗杆端部加装风扇；③在减速器油池中加装蛇形冷却水管进行冷却；④采用喷油润滑。
第十六章
按表面润滑情况，摩擦可分为：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。滑动轴承按承受载荷方向：1、向心滑动轴承 — 径向滑动轴承，主要承受径向载荷 Fr。
2、推力滑动轴承 — 主要承受轴向载荷 Fa。
向心滑动轴承 1）整体式轴承 2）剖分式轴承径向轴承：
1、限制轴承平均压强目的：防止 p 过高，油被挤出，产生 “过度磨损” 。 2、限制 pv 值目的：限制 pv 是为了限制轴承温升、防止胶合。 3、限制滑动速度 v，目的：防止 v 过高而加速磨损。

磨损的类型磨损机理表面疲劳磨损形成及影响因素

磨损的类型磨损机理表面疲劳磨损形成及影响因素磨损实际是接触表面随着时间增加和载荷作用损伤的累积过程。

自然界中不论机械零件，还是人造关节都存在着磨损。

可以说，磨损无处不在。

它直接影响着机器的运转精度和寿命。

据统计,每年全世界生产总值的近五分之二被摩擦磨损消耗掉了。

因此，开展系统的摩擦学设计，尽量减少或消除磨损，对人类具有重大意义。

前苏联学者进一步较全面地提出了区分磨损类别的方法。

他将磨损分为三个过程，依次为表面的相互作用两体摩擦表面的相互作用可以是机械的或分子的。

机械作用包括弹性变形、塑性变形和犁沟效应，可以是两体表面的粗糙峰直接啮合引起的，也可以是夹在中间的外界磨粒造成的。

表面分子的作用包括相互吸引和粘着，前者作用力小于后者。

表面层的变化在表面摩擦的作用下，表面层将发生机械的，组织结构的及物理的和化学的变化，这是由于表面变形、摩擦温度和环境介质等因素的影响造成的。

表面层的塑性变形会使金属冷作硬化而变脆，反复的弹性变形会使金属出现疲劳破坏。

摩擦热引起的表面接触高温可以使表层金属退火软化，而接触后急剧冷却将导致再结晶或固溶体分解。

外界环境的影响主要表现为介质在表层的扩散，包括氧化和其他化学腐蚀作用，因而会改变金属表面层的组织结构。

表面层的破坏形式有擦伤、点蚀、剥落、胶合、微观磨损。

近年来的研究普遍认为, 按照不同的机理对磨损来进行分类是比较恰当的。

通常可将磨损划分为个基本类型粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损。

虽然这种分类还不十分完善, 但概括了各种常见的磨损形式。

磨损机理通常从机理上可以把磨损分为粘着磨损，磨粒磨损，表面疲劳磨损，侵蚀磨损，腐蚀磨损和热磨损等。

粘着磨损相对运动的表面因存在分子间的吸引而在表面的微观接触处产生粘着作用，当粘着作用的强度大于材料内部的联接强度时，经过一定周期的接触就会产生磨损。

粘着磨损的磨损度常常是压力的函数，低压软表面或高压下都会产生严重的粘着磨损。

对于可以认为是同类材料的摩擦副表面，磨损常数趋于较大值，因为粘着作用的实质是原子或分子间产生了融合。

摩擦磨损基本原理

4.犁沟效应
犁沟效应是硬金属的粗糙峰嵌入软金属后，在滑动中推挤软金属，产生塑性流动并划出一条沟槽。犁沟效应的阻力是摩擦力的组成部分，在磨粒磨损和檫伤磨损中，为主要分量。

硬金属表面的粗糙峰由许多半角为θ 的圆锥体组成，在法向载荷作用下，硬峰嵌入软金属的深度为h，滑动摩擦时，只有圆锥体的前沿面与软金属接触。接触表面在水平面上的投影面积A =πd2/8；在垂直面上的投影面积S=dh/2。如果软金属的塑性屈服性能各向同性，屈服极限为σs，于是法向载荷W和犁沟力Pe 分别为

定律三：摩擦系数与滑动速度无关。虽然对于金属材料基本符合，而对粘弹性显著的弹性材料，摩擦系数则明显与滑动速度有关。

特别注意：在古典摩擦定律中，摩擦系数µ是一个常数。大量的试验指出，很难确定某种摩擦副固定的摩擦系数，仅在一定的环境(湿度温度等)和工况(速度和载荷等)下，对于一定的材质的摩擦副来说，µ才有可能是一个常数。如在正常的大气环境下，硬质钢摩擦副表面的µ为0.6，但在真空下，其µ可达到2.0。因此，通过摩擦试验测得试样的摩擦系数时，必须注明试验条件，否则所得的试验数据没有意义。
a.金属的整体机械性质：如剪切强度、屈服极限、硬度、弹性模量等，都直接影响摩擦力的粘着项和犁沟项。 b. 晶态材料的晶格排列：在不同晶体结构单晶的不同晶面上，由于原子密度不同，其粘着强度也不同。如面心立方晶系的Cu的(111)面，密排六方晶系的Co的(001)面，原子密度高，表面能低，不易粘着。

对金属间的摩擦而言，主要是粘着作用，其次是“犁沟”作用。而材料的弹性变形引起的能量消耗很小，因而对总摩擦阻力的影响很小，故可忽略不计，因此摩擦阻力可用下式表达：
F = F 剪 + F犁

机械设计----摩擦

第三章磨擦、磨损及润滑（一）教学要求掌握摩擦副分类及基本性质、磨损过程和机理及润滑的类型及润滑剂类型。

（二）教学的重点与难点摩擦副基本性质和典型磨损过程（三）教学内容§3—1 摩擦摩擦——两接触的物体在接触表面间相对滑动或有一趋势时产生阻碍其发生相对滑动的切向阻力，——这种现角叫磨擦磨损——由于摩擦引起的摩擦能耗和导致表面材料的不断损耗或转移，即形成磨损。

使零件的表面形状与尺寸遭到缓慢而连续破坏→精度、可靠性↓效率↓直至破坏润滑——减少摩擦、降低磨损的一种有效手段。

摩擦学（Tribology ）——包含力学、流变学、表面物理、表面化学及材料学、工程热物理学等学科，是一门边缘和交叉学科。

摩擦内摩擦——发生在物质内部外摩擦——两个相互接触表面之间的摩擦接运动状态——摩擦静摩擦——仅有相对滑动趋势时的摩擦动摩擦本节只讨论金属摩擦副的滑动摩擦根据摩擦面间存在润滑剂的状况，干摩擦 ——最不利滑动摩擦边界摩擦（边界润滑） ——最低要求流体摩擦（流体润滑） ——如图3-1所示混合摩擦（混合润滑） ——最理想各种状态下的摩擦系数见表3-1，图3-2为摩擦特性曲线p v f /ηλ=-的关系。

一、干摩擦——两摩擦表面直接接触，不加入任何润滑剂的摩擦而实际上，即使很洁净的表面上也存在脏污膜和的氧化膜，∴实际f 比在真空中测定值小很多。

摩擦理论：①库仑公式 n f fF F =（n F —法向力）——至今沿用机理：②机械摩擦理论→认为两个粗糙表面接触时，接触点相互啮合，摩擦力为啮合点问切向阻力的总和，表面越粗糙，摩擦力就越大。

但不能解释光滑表面间的摩擦现象——表面愈光滑、接触面越大，f F 越大，且与滑动速度V 有关。

③新理论：分子—机械理论、能量理论、粘着理论—常用简单粘着理论：如图3-3所示，摩擦副真实接触面积Ar 只有表现接触面积A 的百分之一和万分之一，)10000~100/(A Ar =，∴接触面上压力很大，很容易达到材料的压缩屈服极限sy σ→产生塑性流动→接触面↑，∴n F ↑应力并不升高 ∴sy nF Ar σ= （3-1）接触点塑性变形后→脏污膜遭破坏，容易使基本金属产生粘着现象→产生冷焊结点→滑动时，先将结点切开，设结点的剪切强度极限为B τ，则摩擦力为B sy nB r f F A F τστ== （3-2） ∴金属摩擦系数syB n fF F f στ== （3-3） B τ 两接触金属中较软者的剪切强度——剪切发生在软金属站界面的剪切强度极限B f f B ττττ<<=,（脏污表面）——剪切发生在结点金属上 sy σ——较硬的基本材料的压缩屈服极限∵大多数金属sy B στ/很相近，∴f 很相近∴降低摩擦系数的措施：在硬金属基体表面涂覆一层极薄的软金属（使）sy σ取决于基体材料，B τ取决于软金属。

第三章磨损及磨损理论

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；金属中化合物相比单相固溶体的粘着倾向小。
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。
d.元素周期表中的B族元素，如锗、银、镉、铟、锡、锑、铊、铅、铋与铁的冶金相容性差，抗粘着磨损性能好。而铁与A族元素组成的摩擦副粘着倾向大。
b. 相同金属或冶金相溶性大的材料摩擦副易发生粘着磨损。异种金属或冶金相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种金属摩擦副。
应避免使用同种金属或冶金相溶性大的金属组成摩擦副。
冶金的相(互)溶性：两种金属能在固态互相溶解的性能。摩擦的相(互)溶性：一定配对材料在发生摩擦和磨损时抵抗粘着的性能。一般，冶金相溶性好的金属摩擦副，其摩擦相溶性就差，相同金属摩擦副，摩擦互溶性最差。
③ 速度的影响
随着滑动速度的变化，磨损类型由一种形式转变为另一种形式。如图(a)所示，当摩擦速度很低时，主要是氧化磨损，出现Fe2O3的磨屑，磨损量很小。随速度的增大，氧化膜破裂，金属的直接接触，转化为粘着磨损，磨损量显著增大。滑动速度再高，摩擦温度上升，有利于氧化膜形成，又转为氧化磨损，磨屑为Fe3O4，磨损量又减小。如摩擦速度再增大，将再次转化为粘着磨损，磨损量又开始增加。
它们不产生切削作用，因此Ks值明显减小。
图(b)是滑动速度保持一定而改变载荷所得到的钢对钢磨
损实验结果。
载荷小产生氧化磨损, 磨屑主要是Fe2O3；
当载荷达到W0后, 磨屑是FeO、Fe2O3 和Fe3O4的混合物。载荷超过临界载荷Wc以后, 便转入危害性的粘着磨损。

机械加工表面质量第三章

小，塑性变形越小，表面粗糙度越小。但速度过低，工件与砂轮接触时间过长，会有烧伤的可能。
（4）光磨次数通常磨削时，开始用较大切深提高生
产率，最后用小切深或无进给磨削（光磨），提高表面粗糙度。
机械加工表面质量第三章
2、磨削时影响表面粗糙度的因素
其他影响（1）砂轮硬度和工件材料良好的“自励性”即磨
初期磨损
正常磨损
急剧磨损
实际接触面积只占名义接触磨损缓慢，紧密接触的两个表面金属
面积的一小部分，实际接触零件的正分子间产生较大的亲和力，
部分的压强增大，破坏了润常工作阶超过了润滑油膜存在的临
滑油膜而形成局部的干摩擦，段
界值，造成润滑条件恶化，
使其挤裂、破碎、切断等作
磨损加剧。
用增强，磨损增大。
机械加工表面质量第三章
一、概述
1．表面粗糙度与波度
（1）表面粗糙度：表面的微观几何形状误差；（2）波度：介于宏观几何形状误差与表面粗糙度之间的周期性几何形状误差。
L/H＞1000称为宏观几何形状误差； L/H = 50～1000，称为波纹度； L/H＜50，称为微观几何形状误差，亦称表面粗糙度。
粒磨钝后能及时脱落，露出新的磨粒，能磨出光滑的表面，且能防止磨削烧伤。工件材料韧性越好，塑性变形越大，则表面粗糙度越大。
（2）砂轮材料可分为氧化物、碳化物和高硬磨料。
一般刚类零件用刚玉砂轮磨削，铸铁、硬质合金用碳化物砂轮磨削，金刚石砂轮可获得极小的表面粗糙度，但成本较高。
机械加工表面质量第三章
表面完整性
随着科学技术的发展，对产品的使用性能要求越来越高，一些重要零件需在高温、高压、高速的条件下工作，表面层的任何缺陷直接影响零件的工作性能，因此在研究表面质量的领域中提出了“表面完整性”的概念，主要有：

第3章切削过程的基本规律

⑶工件材料影响工件材料是通过强度、硬度和导热系数等性能不同对切削温度产生影响的。 ⑷其它因素的影响磨损、干切削都会使温度升高。浇注切削液是降低切削温度的一个有效措施
3. 4 刀具磨损与刀具耐用度
一、刀具磨损形式
刀具磨损形式为正常磨损和非正常磨损两大类。 ⑴正常磨损
正常磨损是指在刀具设计与使用合理、制造与刃磨质量符合要求的情况下，刀具在切削过程中逐渐产生的磨损。
⑵切削速度
切削速度vc是通过(a)积屑瘤使剪切角φ改变; (b)切削温度使磨擦系数μ变化,而影响切屑变形的。如图2.11以中碳钢为例。
⑶进给量
进给量对切屑变形的影响规律如图2.12所示，即f ↗使Λh ↘；这是由于f ↗后，使切削厚度↗，正压力和平均正应力↗ ，磨擦系数↘ ，剪切角↗所致。
性变形就产生脆性崩裂，切屑呈不规则的细粒状。
三、切屑变形程度的表示方法 (1)剪切角φ vc
剪切面AB 与切削速度vc 之间的夹角。 V↗，φ↗， A剪切 ↘，（切削省力） F↘。
B
φ
A
大小确定：获得切屑根部照片，度量得出。
(2)相对滑移ε
B”
B’
ε=Δs/Δy=
ctgφ+tg(φ-γo)
3. 3 切削热与切削温度
一、切削热的来源与传导 1)热源：剪切区变形功形成的热Qp; 切屑与前刀面摩擦功形成的热Qγf; 已加工表面与后刀面摩擦功形成的热Qαf。 2)传导：传入切屑Qch(切削钢不加切削液时传入比例50%~86%)、工件Qw(40%~10%) 、刀具Qc(9%~3%)和周围介质Qf(1%)。 3)切削热的形成及传导关系为：
(二)、磨损过程和磨钝标准
▼ 磨损过程如图 3-26所示，图中大致分三个阶段。 • 初期磨损阶段(I段)：磨损较快。是由于刀具表面粗糙不平或表层组织不耐磨引起的。 • 正常磨损阶段(II)：该磨损度近似为常数。 AB呈直线。 • 急剧磨损阶段(III)：磨损急剧加速继而刀具损坏。由于磨损严重，切削温度剧增，刀具强度、硬度降低所致。

机械设计试题及答案第三章摩擦、磨损及润滑_OK

3－10 润滑油的主要性能指标是什么？润滑脂的主要性能指标是什么？
答：润滑油的主要性能指标有粘度、油性与极压性、氧化稳定性、闪点和凝固点。润滑脂的主要性能指标有针入度、滴点。 3－11 润滑油的牌号越大，其粘度越大还是越小？答：根据“几种常用油的粘——温曲线”可以得出：润滑油的牌号越大，其粘度也越大。 3－12 选用润滑剂的原则是什么？答：（1）工作载荷；（2）相对滑动速度；（3）工作温度；（4）特殊工作环境。
形成硫、氯、磷的化合物，在油和金属的界面处形成一层薄膜。这种边界膜具有低剪切强度和高熔点，比前两种吸附膜都更为稳定，可在十分恶劣条件（高压、大滑动速度）下保护金属。2021/9/8 Nhomakorabea4
3-5 磨损过程分为几个阶段？怎样跑合可以延长零件的寿命？
答：磨损过程分为跑合阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段。
答：公式f= B / HB适用于软金属零件和硬金属零件的干摩擦状态。式中B 为软金属的剪切强度极极，HB为硬件材料的布氏硬度。
3-4 边界摩擦的特征为摩擦表面间形成一层很薄的边界膜，试问有几种边界膜？它们之间的区别是什么？[本题使读者了解边界膜的种类、形成机理、特点及适用场合]
答：边界膜有物理吸附膜、化学吸附膜、化学反应膜三种。（1）物理吸附膜。润滑油在两摩擦表面间，在油与金属接触时，在两者分子吸引力的作用下，油紧贴到金属表面上而形成的，它可以是单分子层或多分子层。具有长链的碳氢化合物（如硬脂酸），其分子一端带有强电荷的极性团，有对金属垂直取向特性，这些极性分子聚集在一起形成薄膜。只适用于低速、轻载的场合。
在跑合阶段，应当严格遵守跑合规程，载荷由轻到重逐渐增加；跑合期满，要把零件清洗干净并更换润滑油，以免磨下的金属粉末起磨粒作用。 3-6 按破坏机理分，磨损的基本类型有哪四种？可采用哪些措施减小磨损？

第三章_磨损及磨损机理汇总

第三章磨损及磨损机理概述物体摩擦表面上的物质，由于表面相对运动而不断损失的现象称磨损。

在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶段：a.跑合（磨合）阶段：轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。

b.稳定磨损阶段：磨损更轻微，磨损率低而稳定。

c.剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动，摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。

（如图3.1）机件磨损是无法避免的。

但，如何缩短跑合期、延长稳定磨损阶段和推迟剧烈磨损的到来，是研究者致力的方向。

影响磨损的因素很多，例如相互作用表面的相对运动方式(滑动，滚动，往复运动，冲击)，载荷与速度的大小，表面材料的种类，组织，机械性能和物理-化学性能等，各种表面处理工艺，表面几何性质(粗糙度，加工纹理和加工方法)，环境条件(温度、湿度、真空度、辐射强度、和介质性质等)和工况条件(连续或间歇工作)等。

这些因素的相互影响对于磨损将产生或正或负的效果，从而使磨损过程更为复杂化。

磨损过程涉及到许多不同的学科领域，由于具有跨学科的性质，至今还很难将它的规律解释清楚。

已经有很多学者对磨损进行了大量的研究。

如20世纪20年代，汤林森提出了分子磨损的概念，他认为两个粗糙表面在接触摩擦过程中相互接近，而一个表面上的原子被另一个表面俘获的现象就是磨损。

霍尔姆在上述基础上作了进一步的发展，他指出摩擦材料的压缩屈服极限σb(即硬度)对耐磨性的影响很大。

50年代初，奥贝尔(Oberle)从表层材料的机械破坏着眼，联系“切削”过程来解释磨损，他认为影响磨损的主要因素除硬度H外，还有材料的弹性模量E。

处在弹性极限内的，变形越大，机械破坏越少，并提出用模数(m＝E/H×105)来反映材料的耐磨性，m值高则耐磨性好。

冯(Feng)提出了机械性质相近的两表面上机械嵌锁作用导致界面上既粘连又犁削的观点。

布洛克(Blok)认为软钢表面变得粗糙和发生塑性变形，是由于应力过高而引起的。

拉宾诺维奇认为表面能与材料硬度之比，对于磨损是一个重要因素，它可能影响磨屑的大小。