摩擦学简介
摩擦学知识点总结
摩擦学知识点总结摩擦是指两个表面之间的相对运动受到的阻力。
摩擦学是研究摩擦现象的科学,涉及到力学、材料学、表面科学、润滑学等多个学科的知识。
摩擦学的研究对于工程和日常生活都有着重要的意义。
本文将就摩擦学的一些重要知识点进行总结,包括摩擦力的产生机制、摩擦系数、摩擦的影响因素、摩擦的应用以及摩擦的减小等内容。
一、摩擦力的产生机制摩擦力的产生是由于两个表面之间的微观不平整的凸起和凹陷之间发生了相互作用。
当两个表面接触时,由于其不光滑的表面,导致表面之间存在着局部的微小接触点。
在这些接触点处,由于原子和分子之间的相互吸引力和斥力,产生了摩擦力。
这种微观不平整的表面结构导致了摩擦力的产生,这也是为什么光滑的表面摩擦力更小的原因。
二、摩擦系数摩擦系数是用来描述两个表面之间摩擦性质的参数。
通常用符号μ来表示。
摩擦系数的大小取决于两个表面之间的物理性质以及表面之间的状态。
通常来说,摩擦系数分为静摩擦系数和动摩擦系数。
静摩擦系数是指在两个表面相对静止的情况下,需要克服的摩擦力与正压力之比。
而动摩擦系数是指在两个表面相对运动的情况下,需要克服的摩擦力与正压力之比。
摩擦力与正压力之比就是静摩擦系数或者动摩擦系数。
摩擦系数是一个重要的物理量,不同材料之间的摩擦系数差异很大,所以在工程设计和实际应用中需要根据具体情况来选择合适的摩擦系数。
三、摩擦的影响因素影响摩擦的因素有很多,主要包括:1. 表面形状和粗糙度:表面的形状和粗糙度对摩擦力的大小影响很大。
通常来说,表面越光滑,摩擦力就越小。
2. 正压力大小:正压力越大,摩擦力也就越大。
正压力是指两个表面之间的垂直于接触面的力。
3. 材料的性质:不同材料之间的摩擦系数是不同的,材料的硬度、弹性模量、表面粗糙度都会影响摩擦力的大小。
4. 温度:温度的变化也会对摩擦力产生影响。
一般来说,温度升高会使摩擦力减小。
5. 润滑情况:润滑剂的使用会减小摩擦力,从而减小磨损和能量损失。
四、摩擦的应用摩擦力是一种普遍存在的力,它在我们的日常生活和工程实践中都有着广泛的应用。
摩擦学原理知识点总结
摩擦学原理知识点总结摩擦学是研究物体之间相对运动时所产生的摩擦现象和规律的科学。
摩擦学原理包括摩擦的定义、摩擦力的产生原因,摩擦力的类型、摩擦力的计算方法等内容。
通过了解摩擦学原理,可以更好地理解摩擦力的作用和影响,从而在工程、物理学和机械设计等领域得到应用。
一、摩擦的定义摩擦,是指两个物体相对运动时,在它们接触表面上由于微观不平整而发生的阻力,这种阻力叫做摩擦力。
摩擦力是一种非常微小的力,通常在我们的日常生活中会忽略它的存在。
摩擦力的大小取决于物体表面的光滑程度、压力大小以及接触面积等因素。
二、摩擦力的产生原因摩擦力的产生是由于物体表面的不规则微观结构,当两个物体表面接触时,这些微不足道的不规则结构会相互干涩地牵引、压迫、撞击对方而产生的一种相对运动阻力。
三、摩擦力的类型1、静摩擦力当两个物体相对运动时,接触面会产生一个阻碍相对滑动的摩擦力,这就是静摩擦力。
静摩擦力的大小与物体之间的正压力成正比,即F_s = μ_sN,其中F_s为静摩擦力大小,μ_s为静摩擦系数,N为正压力的大小。
静摩擦力通常比动摩擦力大,当施加在物体上的力小于静摩擦力时,物体不会发生相对滑动。
一旦施加的力达到或超过了静摩擦力,物体就会开始发生相对滑动。
2、动摩擦力当物体产生相对滑动时,接触面会产生一个与相对滑动方向相反的摩擦力,即动摩擦力。
动摩擦力的大小与静摩擦力相关,通常小于静摩擦力,通常F_k = μ_kN。
其中F_k为动摩擦力大小,μ_k为动摩擦系数,N为正压力的大小。
动摩擦力通常比静摩擦力小,所以一旦物体开始运动,需要施加的力就变小了。
四、摩擦力的计算方法1、静摩擦力的计算静摩擦力的大小与物体间的正压力成正比,即F_s = μ_sN。
其中F_s为静摩擦力大小,μ_s为静摩擦系数,N为正压力的大小。
静摩擦系数是一个无量纲的常数,它取决于物体表面的光滑程度。
静摩擦系数的大小可以通过实验测定或者查找资料获得。
2、动摩擦力的计算动摩擦力的大小与正压力成正比,即F_k = μ_kN。
摩擦学的理论研究及其应用
摩擦学的理论研究及其应用摩擦学作为一门交叉学科,研究了摩擦、磨损以及表面物理化学等基本问题。
目前,摩擦学已被广泛应用于飞机、汽车、列车、医疗器械、机械化农业、工厂等领域,成为现代工业生产的重要组成部分。
一、摩擦学的基本概念摩擦学是研究摩擦、磨损和润滑等现象的力学学科,在力学、材料学、化学、表面物理学等学科的交叉领域中深入探讨了摩擦学原理、机理和应用。
摩擦是指两个接触表面相对运动时的阻力,它是产生于两个表面之间的接触力。
磨损是物体表面由于与物质相互作用而发生的形态变化和质量损失。
磨损现象的产生是由于两个相对运动的表面之间的微观接触,导致这些表面在一些局部的地方发生结合和断裂。
润滑是在两个表面相对运动的情况下,通过在表面之间引入润滑剂,使两个表面之间的摩擦系数降低的现象。
摩擦学的分支学科有干摩擦学、润滑摩擦学以及磨损学等。
二、摩擦学的研究意义摩擦学的研究意义主要体现在以下几个方面:1. 提高工程设计水平。
摩擦学的研究成果可以为工程设计人员提供思路和设计指导方案,达到规避机械性能下降、磨损加剧、寿命缩短等弊端的结果。
2. 进行润滑设计。
润滑剂、润滑油脂等润滑剂厂家可以进行润滑设计,为机械设备的正常运转提供保障。
3. 开拓新材料需求领域。
目前,涂层、纳米材料等新型材料的研究及应用已经成为摩擦学研究的热点领域。
这些新型材料可以增加润滑能力、降低磨损程度,从而提高机械设备寿命。
三、摩擦学的应用现状摩擦学理论已被广泛应用于汽车、航空、机械制造、医疗器械、化妆品等多个领域。
1. 汽车工业。
摩擦学理论的应用在汽车行业中表现尤为突出。
现代汽车工业是材料和摩擦学领域不断发展、不断创新的产物。
摩擦学技术在汽车上的应用范围非常广泛,从发动机、变速器和轮胎到制动系统、转向系统,都需要基于摩擦学原理的设计和研究。
2. 航空制造业。
航空材料的研究和使用一直是大家关注的热门话题。
摩擦学技术也在航空工业中应用。
涂层材料、传感器、及精密丝锥这些领域都获得了摩擦学的应用,从而提高了飞机的性能,增加了安全和舒适性。
第4章摩擦学概述
第四章摩擦、磨损、润滑〔摩擦学〕概述…第0节 摩擦学起源摩擦、磨损、润滑是一种古老的技术,但一直未成为一种独立的学科。
1964年英国以乔斯特为首的一个小组,受英国科研与教育部的委托,调查了润滑方面的科研与教育状况及工业在这方面的需求。
于1966年提出了一项调查报告。
这项报告提到,通过充分运用摩擦学的原理与知识,就可以使英国工业每年节约510,000,000英镑,相当于英国国民生产总值的1%。
这项报告引起了英国政府和工业部门的重视,同年英国开始将摩擦、磨损、润滑及有关的科学技术归并为一门新学科--摩擦学〔Tribology 〕。
第1节 摩擦一. 摩擦在外力作用下,一物体相对于另一物体运动或有运动趋势时,在接触外表上所产生的切向阻力叫摩擦力,这一现象叫摩擦。
二. 分类)摩擦系数μ=F μ/N四. 降低摩擦系数方法 镀软金属层在金属基体上涂敷一层极薄的软金属,此时σsc 仍取决于基体材料,而t B 那么取决于软金属。
载荷F F y F z vf 干摩擦粘着磨损机理第3节 边界摩擦一. 定义二. 边界膜的形成机理1. 物理吸附膜:润滑油中的极性分子与金属外表相互吸引而形成的吸附。
2. 化学吸附膜:靠油中的分子键与金属外表形成的吸附。
3.三. 影响边界膜摩擦的因素 1. 温度2. 添加剂3. 摩擦副材料:同性材料μ大4. 粗糙度第4节 磨损一. 磨损概念摩擦外表的物质不断损失的现象称为磨损。
二. 磨损过程Ⅰ.跑合阶段〔磨合阶段〕 Ⅱ.稳定磨损阶段 Ⅲ.剧烈磨损阶段三. 磨损机理1. 粘着磨损1) 定义:材料由一外表转移到另一外表。
2) 影响因素a. 温度、润滑油是否含油性与添加剂(此处插入解释原因)b.压强d.2. c.d.曲率半径〔赫兹公式解释〕3. 磨粒磨损〔50%磨损属于磨粒磨损〕1) 定2) 影响因素:a.摩擦副硬度b.磨粒大小与硬度承载能力增大摩擦系数μ摩擦外表工作温度磨损量时间磨损过程 磨损量磨损量4.腐蚀磨损:在摩擦过程中,摩擦副外表与周围介质发生化学反响或电化学反响第5节流体摩擦润滑一.润滑的作用1.减摩--降低能耗。
摩擦学及其它表面力学问题研究
摩擦学及其它表面力学问题研究摩擦学是研究物体间接触情况下相互作用的科学,它涉及到摩擦、磨损、表面粘附、润滑、界面反应等多个方面。
表面力学问题则关注于物质表面的性质、形貌和结构等方面,包括表面微观、纳米尺度下的特点和表面现象对物质性质和功能的影响等。
本文将分别从这两方面介绍摩擦学和表面力学领域的研究情况。
一、摩擦学研究概况1. 摩擦学基本概念摩擦学是研究由于物体直接或间接接触时相互作用引起的摩擦现象的科学,它主要关注于物体表面之间的相互作用和表面力。
聚焦于各种处理表面的技术和材料,摩擦学是一门跨学科的学科,涉及到材料科学、机械工程、化学、物理学和生物学等多个领域。
2. 摩擦学的应用摩擦学研究在日常生活中有很多实际应用。
在机械工业中,摩擦学研究是用来控制和减少磨损和摩擦的。
在纳米技术中,摩擦学研究与表面振动、摩擦、润滑和磨损有关。
在生物医学中,摩擦学研究与血液的流动、关节的膜和骨骼系统有关。
此外,摩擦学还广泛应用于航空航天、化工、电子、能源等众多领域中。
3. 摩擦学研究的关键问题摩擦学研究的关键问题包括摩擦现象的基本机制、摩擦材料的性能、摩擦材料的表面形貌和结构、摩擦界面的化学反应以及摩擦材料的磨损机制等。
4. 摩擦学研究的实验方法摩擦学的实验方法包括摩擦试验、磨损试验、润滑试验、摩擦学传感器、真空摩擦试验机、表面形貌仪等。
这些方法可用于研究摩擦学的各个方面并开发出更好的润滑材料。
二、表面力学问题研究概况1. 表面力学的基本概念表面力学是研究物质表面的性质、形貌和结构等方面的一门学科,涉及表面微观和纳米尺度下的特点以及表面现象对物质性质和功能的影响等。
表面力学是基础科学,广泛应用在材料、化学、环境、生物医学等领域。
2. 表面力学的应用表面力学在许多领域都有着广泛的应用。
从材料学的角度来看,表面力学可用于研究纳米材料、表面调制、生物材料的表面、光学薄膜等问题。
在生物医学中,表面力学可用于研究生物薄膜、生物胶体系统和生物质地表面现象等。
摩擦学
系统
摩擦学系统过程摩擦学问题涉及多种因素,错综复杂,应用系统分析的方法进行研究,可以明了诸因素之间 的依赖和制约关系,以及分析问题的思路。互相接触的两个物体,当有相对滑动或有相对滑动的趋势时,在它们 接触面上出现的阻碍相对滑动的力。摩擦对工程技术和日常生活极为重要。摩擦阻碍物体的运动,使运动能量遭 受损失,人类生产的总能量有很大一部分就是这样被消耗掉的。因摩擦而损失的机械能转化为热,使机器中许多 滑动面必须冷却。同时,摩擦还伴随着表面材料的损失,即发生磨损。磨损使零件的尺寸改变,失去应有的精度 和功能。世界上有很大一部分生产力就是用于补充、替换因磨损而变为无用的零件的。
概况
摩擦学系统过程研究摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、润滑和磨损,以及三者间相互关系的理论 与应用的一门边缘学科。
世界上使用的能源大约有1/3~1/2消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗,便可大量节省能源。另 外,机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的,如果能控制和减少磨损,则既减少设备维 修次数和费用,又能节省制造零件及其所需材料的费用。
因此,人们采取各种减小摩擦的措施,例如在相对滑动的表面上施用润滑剂;用轮子、滚柱和滚珠使滑动改 为滚动等。但摩擦也有有用的一面,许多传动与制动设备是通过摩擦起作用的。常用的皮带传动功能就是通过摩 擦力实现的;汽车和机车的行驶也要依靠地面和钢轨上的摩擦力。严冬冰雪覆盖路面,有时必须在汽车后轮上加 装铁链或在钢轨上喷砂,才能产生足够的摩擦力推动车辆前进。若摩擦力完全消失,则结绳、织布、打钉、执笔 以至坐立行走,都将成为不可能。因此,摩擦又是人类生存所不可缺少的。
摩擦磨损与润滑课件第一章绪论
表示润滑剂在长期储存和使用过程中抵抗氧 化变质的能力。
05
CATALOGUE
润滑理论简介
润滑理论的发展历程
01
古代润滑理论
古代人类在实践中发现某些物质可以减少摩擦,如油脂、动物脂肪等,
但缺乏科学理论支撑。
02
近代润滑理论
随着工业革命的发展,机械设备的广泛应用,润滑理论逐渐形成。例如
,库伦提出了关于摩擦的定律,奠定了现代摩擦学的基础。
02
CATALOGUE
摩擦现象与原理
摩擦现象的分类
01
02
03
干摩擦
表面之间没有润滑剂,如 金属之间的摩擦。
流体摩擦
表面被润滑剂分开,如滑 轮中的润滑油与金属表面 之间的摩擦。
边界摩擦
表面间有一层极薄的润滑 剂,如滑动轴承中的润滑 油膜与轴颈之间的摩擦。
摩擦产生的原理
表面粗糙度
由于表面微观不平度,实际接触面积 小于名义接触面积,导致实际接触点 承受压力,产生弹性变形和塑性变形 ,从而产生摩擦。
疲劳剥落
由于循环接触应力作用 ,使表面材料发生疲劳
裂纹并剥落。
粘着与撕脱
由于粘着作用,使材料 从一个表面转移到另一 个表面,或从一个表面
撕脱。
腐蚀与磨损
由于腐蚀介质的作用, 使表面材料发生腐蚀并
导致磨损。
04
CATALOGUE
润滑及其作用
润滑剂的种类
润滑油
主要用于液体润滑,如发动机 机油、齿轮油等。
交通运输领域
润滑理论在交通运输领域中涉及汽车、飞机和船舶等交通 工具的发动机润滑、传动系统润滑和液压系统润滑等方面 。
科研领域
润滑理论也是摩擦学、流体力学、材料科学等领域的重要 研究方向之一,对于推动相关学科的发展具有重要意义。
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。
摩擦学原理知识点
绪论1、摩擦学定义:是对于相对运动的互相作用表面的科学技术,包含摩擦、润滑、磨损和冲蚀。
2、摩擦学研究内容主要包含:摩擦、磨损、润滑以及表面工程技术。
3、摩擦:是抵挡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:侧重研究与剖析资料和机件在不一样工况下的磨损机理、发生规律和磨损特征。
5、润滑:研究内容包含流体动力润滑、静力润滑、界限润滑、弹性流体动力润滑等在内的各样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联合起来,解决机器零零件的减摩、耐磨,延伸使用寿命的问题。
第一章1、表面容貌:微观粗拙度、宏观粗拙度(即涟漪度)和宏观几何形状误差。
2、表面参数:(1)算术均匀误差 Ra是在一个取样长度lr内纵坐标值Z(x)绝对值的算术均匀值。
(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)均方根误差 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,表层中所有分子所拥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,因为分子或原子互相吸引的作使劲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色是吸附和解吸附拥有可逆性,无选择性。
5、化学吸附:极性分子与金属表面的电子发生互换形成化学键吸附在金属表面上,且极性分子呈定向摆列。
化学吸附的吸附能较高,比物理吸附稳固,且是不完整可逆的,拥有选择性。
6、粘附:是指两个发生接触的表面之间的吸引。
7、影响粘附的要素:①湿润性,②粘附功,③界面张力,④亲和力。
8、金属表面的实质构造:(1)表面层: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。
认识摩擦学
摩擦学是研究相对运动的相互作用表面及其应用的一门科学,其研究范围是这一摩擦行为对于机械及其系统的作用、接触表面及其润滑介质的变化、失效预测及其控制等理论与实践.它的主要理论基础是工程力学、流体力学、流变学、表面物理、表面化学等,并综合材料科学、工程热物理等学科的成果,以数值计算和表面技术为主要手段的边缘学科,摩擦学研究的基本内容是物体表面的摩擦、磨损和润滑问题,研究的目的在于指导机械及其系统的正确设计及使用,以节约能源和原材料消耗,进而达到提高机械装备的可靠性,以及提高其工作效能和延长使用寿命的目的.摩擦学的发展过程人类对摩擦现象早有认识,并能使之为自己服务,如史前人类已知钻木取火.中国在春秋时期已经普遍地应用动物脂肪来润滑车轴.用矿物油作润滑剂的记载最早见于中国西晋张华所著《博物志》.但是摩擦学的研究进展缓慢,直到15世纪意大利的L·达·芬奇才开始把摩擦学引入理论研究的途径.1785年,法国的C·A·de库仑继前人的研究,用机械啮合概念解释于摩擦,提出摩擦理论.后来又有人提出分子吸引理论和静电力学理论.1935年,英国的F·P·鲍登等人开始用材料粘着概念研究干摩擦.1950年,鲍登提出粘着理论.1886年,英国的O·雷诺继前人观察到的流体动压现象,总结出流体动压润滑理论.20世纪50年代普遍应用电子计算机以后,线接触弹性流体动压润滑理论有所突破.20世纪60年代在相继研制出各种表面分析仪的基础上,磨损研究得以迅速开展.至此综合研究摩擦、润滑和磨损相互关系的条件已初步具备,并逐渐形成摩擦学这一新学科.随着计算机和数值计算机技术的发展,以前不能用解析法解决的问题大都可以进行精确的定量计算,所分析的因素更加全面和符合实际,目前经典流体润滑理论已经基本成熟,研究的重点转向特殊介质和极端工况下的润滑理论[1-2],例如超成流润滑、多相流体和流边润滑理论,特别是针对异向曲面摩擦副的润滑问题所建立的弹性流体动力润滑理论和应用研究已取得重大进展.混合润滑是最为普遍的润滑状态,在国外也受到广泛的关注.材料磨损研究已从早期的宏观现象分析转向微观机理研究,应用现在表面分析技术揭示磨损过程中表面层组织结构和物理化学变化[3-4].目前国际上提出能量理论或材料疲劳机制的各种磨损理论,可以作为摩擦副材料选择和抗磨损设计的依据,此外,新型轴承和动密封装置的结构,新型材料与表面热处理技术、新型润滑材料与添加剂等方面的研究均有较大的进展.摩擦学学科的迅速发展是与工业界的需求密不可分的.随着机械设备向着大功率、高速度方向发展,以及机械设备在苛刻工矿下的应用,使得机械零件因摩擦磨损而失效,不仅维修费用增大,而且甚至是整个机械设备丧失功能.因此,降低机械设备的摩擦损耗,提高机械设备的效率,维护机械设备的正常工作,就成为机械设计、制造及使用维护部门关注的问题.正是工业界的这种需求,推动了摩擦学理论的发展.今天,摩擦学研究已经深入到更为广阔的领域,除了在摩擦与磨损机理、润滑理论、摩擦学测试技术和设备工况检测技术,以及减摩耐磨材料研究等传统领域,摩擦学研究得到进一步发展,而且在以往未曾达到的技术领域,例如太空领域、微观领域、生命科学等,亦形成了新的研究方向和学科分支,并对推动这些领域的科学进步做出了贡献.摩擦学研究的对象也越来越广泛,在机械工程中主要包括:①动、静摩擦副,如滑动轴承、齿轮传动、螺纹联接等.②零件表面受工作介质摩擦或碰撞、冲击,如犁铧和水轮机转轮等.③机械制造工艺的摩擦学问题,如金属成形加工、切削加工和超精加工等.④弹性体摩擦副,如汽车轮胎与路面的摩擦、弹性密封的动力浸漏等.⑤特殊工况条件下的摩擦学问题,如宇宙探索中遇到的高真空、低温和离子辐射等,深海作业的高压、腐蚀、润滑剂稀释和防漏密封等.此外还有生物中的摩擦学问题,如研究海豚皮肤结构以改进舰船设计,研究人体关节润滑机理以诊治风湿性关节炎,研究人造心脏瓣膜的耐摩寿命以谋求最佳的人工心脏设计方案等.地质学方面的摩擦学问题有地壳运动、火山爆发和地震,以及山、海、断层形成等.在音乐和体育以及人们日常生活中也存在大量的摩擦学问题.随着科学技术的发展,摩擦学的理论和应用必将由宏观进入微观,由静态进入动态,由定性进入定量,成为系统综合研究的领域.。
摩擦学概述
摩擦和润滑作为一种自然现象,不仅在机械设备中而且在人们的生活中也广泛存在着(机器的寿命、人造关节),过去仅从力学角度研究摩擦现象,而对摩擦的结果带来的危害估计不足,据统计:世界上约有l/3~l/2的能源,以各种形式消耗于摩擦中;摩擦又带来两物体摩擦接触表面的磨损,磨损使机器零件失去工作能力而失效,约占总失效的30%。
实践证明润滑是减少摩擦的重要手段,随着科学技术的发展,人们把研究有关摩擦及润滑的科学技术统称为摩擦学。
摩擦学的定义是:研究相对运动中相互作用着表面的科学、技术及有关实践的知识,它与数学、物理、化学、材料、工艺、工程实践有关,它是一门发展很快的新兴边缘应用学科。
由于运用现有的摩擦学知识,去解决机器设备中的问题可以取得显著的经济效益,据英、美、日等国摩擦学应用调查,应用现有的摩擦学知识和技术每年可获得的经济效益,占国民经济总产值的2%以上(日本7%,西德5%,英2.5%,美2%)。
我国到1999年总产值83190亿元,按1.2%计算可获998亿元的效益,同时摩擦学问题大量存在于机器设备中,而机器设备向高精度、高寿命、高速、大功率方向发展,要求生产的连续性,自动化程度、可靠性程度不断提高,为解决好机器设备的摩擦学问题创造了摩擦学设计,即应用摩擦理论及实践去解决好机器的设计、制造和运行维护等问题。
国外对有关摩擦学知识的教育、培训和科学研究是普遍的,我国1979年成立摩擦学会,进行摩擦学工业应用的调查研究,各大专院校开设了摩擦学课程,成立了摩擦研究机构,专门从事摩擦、磨损机理、零部件材料、加工工艺、测试技术、机器工况监控等方面的研究。
在铁路系统开展摩擦学方面的研究具有重要的意义;铁路运输部门的特点之一就是铁路运输的功率主要消耗在克服摩擦阻力上(机车动力消耗在轮轨摩擦、缸套、活塞、轴承等的摩擦上),而维修费用的主要部分用于修理磨损的零件上,所以在铁路系统开展摩擦学方面的研究,对节约能源、降低原材料消耗、对促进铁路运输事业的发展具有重大意义。
摩擦学的研究对象及应用
摩擦学的研究对象及应用摩擦学是研究物体表面接触和相互运动中的摩擦行为的科学学科。
它涉及到材料表面特性、摩擦力与摩擦系数、润滑机理以及摩擦磨损的影响因素等多个方面的研究内容。
摩擦学的研究对象主要包括固体、液体以及气体界面之间的摩擦力和磨损行为。
在固体的摩擦学研究中,它主要关注固体与固体之间的摩擦效应,如金属、陶瓷、塑料、复合材料等材料之间的摩擦与磨损。
而在液体的摩擦学研究中,主要关注流体介质中摩擦与阻力的产生与减小,如润滑油在机器设备中的应用。
在气体的摩擦学研究中,主要关注气体介质中的摩擦与气体流动的特性,如气体润滑与气体密封等。
摩擦学在工程领域有着广泛的应用。
首先,在机械工程中,摩擦学起着非常重要的作用。
通过研究摩擦学,可以了解摩擦力对机械设备的影响,以及如何设计与选用合适的润滑材料和润滑方式来减少摩擦磨损,提高机械设备的可靠性和使用寿命。
其次,在汽车工程中,摩擦学的研究为车辆的制动系统、发动机和悬挂系统等关键部件的设计和优化提供了理论基础。
另外,摩擦学在航空航天领域也有重要的应用,例如减小航空发动机的摩擦和热损失以提高燃油效率。
此外,摩擦学还在材料科学、电子学、生物医学领域以及纳米科技等方面具有广泛的应用。
摩擦学的研究也引发了一些热门领域的兴趣,例如润滑和摩擦控制技术、摩擦降低技术、自润滑材料、摩擦与磨损的表征与评估方法等。
润滑和摩擦控制技术是通过使用润滑材料和优化润滑方式来降低摩擦力和磨损的技术。
摩擦降低技术是通过利用减小表面粗糙度或引入润滑层等方法来降低摩擦力的技术。
自润滑材料是指具有自我润滑性能的材料,例如凝胶、聚合物、润滑涂层等,它们能够在工作过程中持续释放润滑剂以减小摩擦力。
而表征和评估摩擦与磨损的方法包括表面形貌分析、摩擦力测试、磨损机理分析等,通过这些手段可以更好地了解摩擦与磨损的本质以及评估材料的摩擦性能。
总之,摩擦学作为一门交叉学科,不仅有着广泛的研究对象,涵盖了固体、液体和气体等不同状态的介质,还有着广泛的应用领域,包括机械工程、汽车工程、航空航天领域以及材料科学等。
第三章-摩擦学设计.知识讲解
西晋时代张华所著《博物志》最早记载了人类使用矿物油 做润滑剂
15世纪,意大利的列奥纳多·达芬奇才开始把摩擦学引入 理论研究的途径
18世纪起摩擦学研究蓬勃兴起,到20 世纪60年代摩擦学 成为一门独立的交叉学科
❖ 磨损的类型:依据近代对磨损的分类可以分为六种类型: 粘着磨损:是指在摩擦过程中,由于粘着点的剪切作用,是
摩擦表面的材料从一个表面脱落或者转移到另一个表面的 磨损现象。一般发生在干摩擦或者边界摩擦表面上。 磨粒磨损:在摩擦过程中,由于外界硬颗粒或摩擦表面上硬 的微凸体引起表面材料脱落的现象。 表面疲劳磨损:摩擦表面在交变载荷的作用,表层材料由于 疲劳而局部剥落,形成麻点或凹坑的现象。一般在固体有 缺陷的地方最先出现。 腐蚀磨损(摩擦化学磨损):是金属腐蚀和粘着磨损、磨粒 磨损的复合。 微动磨损:是粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损的复合。 冲蚀磨损(侵蚀磨损)
当一个物体在外力作用下沿与它相接触的 另一个物体相对运动时所产生的摩擦。
两接触表面作相对滑动时所产生的摩擦。 接触点具有不同的速度
在外力矩作用下,两物体沿接触面作相对滚 接触点具有相同的速度(速
动时产生的摩擦。
度、大小)
一物体沿接触面法线与另一物体作相对转 动时所产生的摩擦。
两纯净接触表面,在无任何形式的润滑剂存 只有在真空中存在,工程上指
2.正常磨损:即稳定磨损阶段,其磨损率为常量,该阶段在整个磨损过程中所占 的比例越大,说明设备的寿命越长。
(6)摩擦学状态的测试技术与仪器设备
(7)机器设备摩擦学失效状态的在线检测与监控以及 早期预报与诊断
摩擦学与润滑学研究
摩擦学与润滑学研究摩擦学和润滑学是机械工程学的重要分支,主要研究摩擦、磨损、润滑和密封等方面的问题。
摩擦学和润滑学在很多领域都有着重要的应用,如机械工业、汽车工业、轨道交通、飞行器、船舶、军事装备等。
在这篇文章中,我将简要介绍摩擦学和润滑学的基本概念和研究内容,以及它们在现代工业中的应用。
一、摩擦学1.1 摩擦的基本概念摩擦是物体相对运动时产生的阻力,也是物体静止时阻碍其运动的力。
摩擦force 是由于接触面之间存在微小颗粒间的力学相互作用引起,是由于表面几何和物质特性,包括材料粗糙度、硬度、弹性、塑性、润湿性等方面。
摩擦力的大小取决于接触面的材料、表面特性、受力面的压力以及相对运动速度等因素。
摩擦力的方向始终垂直于接触面,与运动方向相反。
1.2 摩擦的磨损和热效应摩擦磨损是暴露在环境中的材料被力或微动摩擦力磨损去除的现象,是摩擦过程中产生的不可逆现象,磨损后造成的表面形貌和性质发生变化,特别是体现在磨损面的失效问题,对机械传动、轴承、密封等工程实际应用有着深远的影响。
在摩擦过程中,能量被转化为热能,因此摩擦产生的热效应也是摩擦学研究的重要方面。
当摩擦面受到外力作用时,摩擦面的材料开始发热。
当发热时,热量被摩擦面从接触点周围传递到大规模边界层(FBL),然后扩散到热影响区域(TIR)。
热效应对于不同的摩擦材料和运动速度有不同的影响,在液体中,摩擦发热可被通过润滑来控制。
1.3 摩擦的控制和应用摩擦能量损失造成能源和材料的浪费以及系统效率的降低。
因此,降低摩擦力和磨损是摩擦学的主要目标。
摩擦学研究的主要内容包括摩擦学理论、材料摩擦和磨损机理、摩擦学测试技术和摩擦学应用控制等。
摩擦学的应用涉及到润滑学、机械制造、材料科学、表面和界面科学等多个领域。
随着现代制造和工程学的不断发展,摩擦学的研究越来越受到关注。
二、润滑学2.1 润滑的基本概念润滑是表面之间存在的液体、固体或气体薄膜作为分离媒体,以减小摩擦、磨损和热效应,从而对不同的运动副表面进行的交互减摩或消耗能量等措施。
摩擦学(简单)
针入度 (稠度)
标志着润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱。 针入度越大,润滑脂越稀;反之亦然。
滴点
在规定的加热条件下,润滑脂由标准测量杯的孔 口滴下第一滴时的温度称为润滑脂的滴点。
滴点标志着润滑脂耐高温的能力。一般润滑脂的 工作温度应低于滴点20-30C。
为改善润滑油或润滑脂的性能,以适应某些特殊的需要, 在润滑油或润滑脂中加入一些物质,称为添加剂。
改善摩擦副耐磨性能的措施 选择减磨材料、合理选择润滑剂和添加剂、 控制易损件的工作条件
三.润滑
目的
1、对于不完全液体润滑----降低摩擦及减少磨损; 2、对于液体动力润滑----工作介质并具有冷却作用。
气体:空气及其它气体介质。
润滑剂分类
液体:水、矿物油及液态金属等。 半固体:润滑脂
固体:石墨、二硫化钼等
研究摩擦学的意义
节约能源、节约材料、保护环境
摩擦学发展的重要历史阶段
•史前人类的钻木取火
•祖先们在春秋时代(公元前770~221年)对摩擦、磨损现象 有了一定的了解,并且已经知道采用动物油脂进类使用矿物油做 润滑剂(距今约1800年)
主要性能指标 润滑油、润滑脂
粘度 牛顿定律
流体抵抗变形的能力,标志着流体内摩擦阻 力的大小。
v
y
剪切 应力
动力 粘度
速度 梯度
平行板间液体的层流流动模型
1.动力粘度:主要用于流体动力计算中。Pa·s 1Pa s 1N s / m2
2.运动粘度:主要用于测量流体粘度。m2/s
摩擦学原理及应用 TRIBOLOGY
河南农业大学机电工程学院 王万章 副教授
Wanzwang@
摩擦学基本知识
摩擦学基本知识目录1. 摩擦学简介 (3)1.1 摩擦学的定义和学科范围 (4)1.2 摩擦学的重要性与应用领域 (5)2. 摩擦的分类与机制 (6)2.1 摩擦的分量和类型 (7)2.2 摩擦机理的基本概念 (8)2.3 不同表面相互作用的摩擦特性 (9)3. 摩擦因数的测定与预测 (10)3.1 摩擦因数的测定方法 (13)3.2 摩擦因数的预测模型 (14)3.3 摩擦因数的理论与实验研究 (16)4. 接触力与接触压力 (17)4.1 接触力产生的基本原理 (18)4.2 接触压力分布分析 (19)4.3 表面纹理与非线性接触压力 (21)5. 摩擦系数与磨损 (22)5.1 摩擦系数的影响因素 (23)5.2 磨损理论与磨损机制 (25)5.3 表面损伤与摩擦副寿命 (26)6. 润滑理论与技术 (27)6.1 润滑的基本原理 (29)6.2 润滑剂的种类与性能 (29)6.3 润滑技术的应用与发展 (30)7. 润滑与摩擦学研究进展 (32)7.1 高温润滑与表面化学 (33)7.2 纳米润滑与摩擦纳米技术 (34)7.3 非传统润滑方法 (36)8. 摩擦与润滑系统分析 (37)8.1 摩擦与润滑系统的建模 (38)8.2 系统分析和仿真方法 (39)8.3 设计原则与优化方法 (42)9. 摩擦与润滑材料 (43)9.1 摩擦与润滑基体材料 (44)9.2 摩擦系数与材料特性 (46)9.3 摩擦与磨损材料的研究 (47)10. 表面工程与表面特征对摩擦的影响 (48)10.1 表面工程技术 (50)10.2 表面特征与摩擦性质 (51)10.3 表面处理与润滑原理 (52)11. 摩擦与润滑的可持续性与环境考量 (54)11.1 环境保护与绿色润滑 (55)11.2 可持续设计与材料选择 (56)11.3 摩擦与润滑的节能减排 (57)12. 摩擦与润滑的科技伦理与社会责任 (58)12.1 专利与知识产权保护 (59)12.2 技术创新与科技伦理 (61)12.3 摩擦与润滑的社会责任 (62)13. 摩擦与润滑的未来趋势 (63)13.1 新兴技术的应用前景 (64)13.2 智能化与信息化在摩擦学中的应用 (65)13.3 摩擦学与当代科技发展的交融 (66)1. 摩擦学简介摩擦学是一门研究涉及相互接触并相对运动的物体间相互作用的科学。
摩擦学概述
摩擦学概述摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损和润滑,以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。
其中摩擦是相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象;磨损是由于摩擦而造成物体表面材料的损失或转移;而润滑是减轻摩擦和磨损所应采取的措施。
这便是摩擦学的主要构成。
众所周知,世界上使用的能源大约有 1/3~1/2 消耗于摩擦。
机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的。
所以为了减少摩擦和磨损,节省能源,降低设备维修次数和费用,节省制造零件及其所需材料的费用,便由之产生了润滑这一篇。
摩擦的原理分为“机械说”,‘分子说”,“机械-分子说”。
即可能是因为表面微凸体的相互阻碍作用或表面材料分子间的吸力作用或兼而有之。
2摩擦可分为以下几种:1内摩擦——在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运动的现象。
外摩擦——在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍作用现象。
3静摩擦——仅有相对运动趋势时的摩擦。
4动摩擦——在相对运动进行中的摩擦滑。
5滑动摩擦和滚动摩擦。
根据滑动摩擦状态又分为1.干摩擦 2.边界摩擦3. 液体摩擦4. 混合摩擦。
磨损是由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。
直接导致的后果降低机器的效率和可靠性,甚至促使机器提前报废。
磨损过程大致分为下三阶段:1磨合阶段——包括摩擦表面轮廓峰的形状变化和表面材料被加工硬化两个过程2稳定磨损阶段——零件在平稳而缓慢的速度下磨损3剧烈磨损阶段——在经过稳定磨损阶段后,零件表面遭到破坏,运动副间隙增大引起而外的动载荷和振动。
零件即将进入报废阶段。
而我们设计机器时,要求缩短磨合期、延长稳定期、推迟剧烈磨损期的到来。
磨损类型按磨损机理分可分为磨粒磨损,粘附磨损,疲劳磨损,冲蚀磨损,腐蚀磨损,微动磨损。
按磨损表面外观可分为点蚀磨损,胶合磨损,擦伤磨损。
举其中三个例子来说,比如磨粒磨损——也简称磨损,外部进入摩擦面间的游离硬颗粒(如空气中的尘土或磨损造成的金属微粒)或硬的轮廓峰尖在软材料表面上犁刨出很多沟纹时被移去的材料,一部分流动到沟纹两旁,一部分则形成一连串的碎片脱落下来成为新的游离颗粒,这样的微粒切削过程就叫磨粒磨损。
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。
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常见几种减小摩擦磨损的方法
典型的摩擦学元件
THE END
我国的摩擦学发展
摩擦学领域的四位院士: 谢友柏 温诗铸 薛群基 徐滨士
摩擦学的应用
应用场合: 机械传动中的摩擦、磨损、润滑 机加工中:切削、冲压、挤压、绞孔、轧制 交通运输:路面、轮胎、制动、刮水 电子工业、磁记录工业、建筑工业海洋工业 特殊工况下的摩擦、润滑问题:高温、低温、真空、辐射、特殊 介质、航天工业 摩擦应用中的两面性 摩擦学研究的目的:为解决工程实际中存在的各种摩擦学问题提供理 论、技术和方法 摩擦、磨损过程的复杂性:材料、环境、受力特点、结构、表面状态gineering
安琦 华东理工大学机械与动力工程学院 2011年9月
参考书目
工程摩擦学,浙江大学出版社,全永昕 主编 摩擦学原理, 机械工业出版社,[英]J·霍林 主编 摩擦学原理, 清华大学出版社, 温诗铸 主编 摩擦学原理, 高等教育出版社,郑林庆 主编
JOST 报告
1965年 Jost 等人向英国教育科学研究部提交 《关于摩擦学教育和研究的报告》 首次提出Tribology 指出:重视摩擦学研究,GDP可以增加1.1~1.8%,而投资只有 1/50
Professor D Dowson Tribology of Leeds University
摩擦研究的重要性
摩擦现象普遍存在:目前世界能源的消耗1/3~1/2以各种方式的最 终表现为摩擦损耗 磨损是导致机械失效的主要原因之一 随产品的工作参数不断提高(V、W、精度),摩擦学问题变的日 趋突出,特殊设备、特殊工况的出现 摩擦学设计已经成为现代机械设备(产品)设计的重要一环 近半个世纪以来,机械理论上的重大突破大多集中于该领域 摩擦学发展的特点:静态----动态;宏观----微观;定性----精确; 新的分支不断出现。
第1章 绪论
摩擦学 定义:研究作为相对运动的相互作用表面间摩擦行为对于机械系 统作用的理论与实践的科学 内容:研究工程表面间的摩擦、磨损和润滑 几个名词: 摩擦(friction):相对滑动的物体接触面上发生的切向阻抗现象 磨损(wear):在摩擦表面上物质不断损耗的过程 润滑(lubrication):由某种物质作用于摩擦表面间而降低摩擦磨损
摩擦学研究的历史
史前、远古时代(一种朴素的摩擦学思想); 15世纪:达·芬·奇试验。( F = 1 / 4F )介绍1961年发现的手稿) 1883年,彼得洛夫提出有润滑剂存在时的同心圆柱的摩擦力表 达式 托尔(tower)(英国人):发现轴转动时润滑油中会产生很高的 压力 1886年,Reynolds——根据tower试验发表了署名的雷诺方程 60年代开始:成为一门独立的交叉科学,涉及数学、物理学、 化学、机械学、材料科学,是当今最灵活的交叉学科
中外古代的摩擦学
我国2500年前就出现了润滑技术 我国5000年前就出现了车轮 我国2100年前就开始应用轴承技术 4000年前的金字塔建设过程开始使用润滑技术 达芬奇研究过滑动轴承,建议30%Cu+70%Sn制作轴承材料
学科的发展来源于实际的需要:
动压润滑----来自第一次工业革命 弹性流体动压润滑----来自高速重载机器的需要 合成润滑剂----来自对润滑的进一步性能要求 耐磨涂层、固体润滑剂、新型润滑形式----来自工业发展