工程摩擦学9 摩擦学设计[精]
第3章摩擦学设计
（3）摩擦状态转化
仅依据润滑膜的厚度还不能准确地判断润滑 状态，尚须与表面粗糙度进行对比，图3.2。 实际机械中的摩擦副，通常几种润滑状态会 同时存在--------混合润滑状态。
（4）摩擦状态的判断
① 通常用膜厚比来判断摩擦状态-测量困难，不便采用
hmin Ra1 Ra 2
2 2
hmin—两滑动粗糙表面间的最小公称油膜厚度；
介于1~3之间，因此该摩擦副处在混合润滑状态。
3.2.2 摩擦设计
内摩擦:发生在物质内部，阻碍分子间相对运动
流体分子间的摩擦
摩擦
静摩擦
外摩擦:发生在接触表面，阻碍相对滑动（趋势） 动摩擦 本课程讲述
F 定义：摩擦力与法向力的比值，即 f N
摩擦系数在静摩擦条件下是变化的。
1．摩擦系数
一般与摩擦副材质有关，通常从试验中得到。
3 s
dV W 或磨粒磨损的式 ka ds H
对稳定的一维磨损，高度h的磨损率为常数，即:
dh 常数 dt
再通过对时间的积分可以得到对应时间下的磨 损的高度h。
2．磨损设计准则
（1）要求轴承表面的平均压强不大于材料的 许用压强，以避免材料过载，即 p p （2）要求轴承的摩擦功耗不大于材料的许用 值，以防止表面温升过高产生胶合，即 pv pv （3）要求表面的相对速度不大于材料的许用 值，以防止轴承表面严重磨损，即
磨损
粘着磨损
根据磨损机理
磨粒磨损 疲劳磨损 腐蚀磨损 气蚀磨损 微动磨损
1．磨损计算 （1）粘着磨损—金属摩擦副之间最普遍的一种
定义：当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处发 生“冷焊”后，在相对滑动时，材料从一个表面迁 移 到另一个表面，便形成了粘着磨损。 粘着磨损计算根据如图3.8所示的模型求得。 dV W
机械设计中的摩擦学研究
机械设计中的摩擦学研究摩擦学是机械设计中一个关键的研究领域，它涉及到摩擦、磨损以及润滑等方面的知识。
在机械工程中，摩擦力是一个不可忽视的因素，它对机械系统的性能、寿命以及效率有着重要的影响。
因此，深入研究摩擦学对于机械设计以及制造工业来说至关重要。
摩擦力是由于物体之间的接触而产生的一种阻碍相对运动的力。
它会导致能量的损失和磨损的加剧，而这些都会对机械系统的性能产生不利影响。
因此，在机械设计中，减小摩擦力是一个被广泛关注的问题。
为了解决这个问题，人们进行了大量的研究，并提出了多种解决方案。
首先，润滑是减小摩擦力的一种重要手段。
通过在物体表面施加一层润滑剂，可以形成滑动界面，减小接触面积，从而减小摩擦力。
润滑剂可以分为干润滑和油润滑两种类型。
干润滑就是在干燥环境中使用润滑剂，而油润滑则需要在有液态介质存在的情况下进行。
适当选择和使用润滑剂，可以显著降低机械系统的摩擦力。
另外一个关键问题是磨损。
摩擦力会导致物体表面的磨损，进一步影响机械系统的正常运行。
因此，研究磨损特性以及磨损机制对于机械设计来说具有重要意义。
了解磨损的性质，可以针对不同的应用场景设计合适的材料和润滑方案，从而最大程度地延长机械系统的使用寿命。
摩擦学研究的一个重要领域是表面工程。
通过对物体表面进行微观处理，可以改变其表面性质，从而实现减小摩擦的目的。
表面工程包括表面涂层、表面纹理和表面修饰等技术。
这些技术可以增加表面的硬度、降低表面粗糙度、改变摩擦系数等，进而减小摩擦力。
表面工程的研究结果已经在许多领域得到了应用，比如汽车制造、航空航天等。
除了表面工程外，材料的选择也对机械系统的摩擦性能有着重要影响。
不同的材料具有不同的摩擦系数和磨损特性。
在机械设计中，需要根据具体的应用场景来选择合适的材料。
例如，对于高速运动的机械系统，需要选择具有良好耐磨性和高温稳定性的材料，以保证系统的性能和寿命。
除了以上所述的几个方面，摩擦学研究还涉及到很多其他的问题。
摩擦学原理及其在摩擦副设计中的应用研究
摩擦学原理及其在摩擦副设计中的应用研究随着科技的不断进步，摩擦学已经成为了工程学领域中相当重要的一部分。
从摩擦问题的理论分析到实际的摩擦副设计中的应用，摩擦学都扮演了重要的角色。
本文就摩擦学原理及其在摩擦副设计中的应用进行研究。
摩擦学原理摩擦学是研究摩擦作用的学科，涉及很多分支学科，如磨损、润滑、摩擦学设计等。
其中摩擦学原理是应用最为广泛的一种。
摩擦原理主要与摩擦力密切相关，摩擦力不仅与所受载荷有关，也与摩擦材料、表面粗糙度、使用条件等因素有关。
在实际应用中，根据摩擦力的特性，人们常常根据材料的特性和使用条件来选择适当的材料来设计摩擦副。
此外，根据材料表面粗糙的程度以及润滑情况，设定机械零件之间的摩擦副的接触行为也是非常重要的。
因为这些因素会直接影响摩擦副的工作效率和使用寿命。
因此，在摩擦副设计中，摩擦学原理的应用是必不可少的。
摩擦副设计的应用摩擦副的设计是摩擦学的一项重要研究内容。
在设计时，人们需要根据其工作条件、载荷、表面形状、润滑条件、材料等因素来选择合适的摩擦材料。
设计中重要的一步就是要根据摩擦副材料的特性来分析和计算其工作过程中的摩擦力。
利用摩擦力计算公式可以计算出摩擦力和摩擦副中的摩擦系数。
在摩擦副设计中，摩擦系数的大小很大程度上决定着摩擦副的工作寿命和使用效果。
因此，在设计时，必须充分考虑这一因素。
不同的工作条件会对摩擦副的工作方式及长期使用产生影响。
例如，在润滑薄膜足够厚的情况下，滚动、滑动的摩擦系数都会变小，从而降低摩擦力，提高摩擦副的使用寿命。
如果长期工作的条件恶劣，需要重复高负荷的工作，那么选择摩擦副材料时需要考虑材料的磨损和其他方面的问题，使摩擦副能够长期稳定地工作。
而在摩擦副设计中，还有一个非常重要的因素：表面形状。
表面形状对摩擦副工作的摩擦力、摩擦系数以及接触应力等都有非常重要的影响。
在一定程度上，形状决定了工作面的实际接触面积，因此设计摩擦副时，必须考虑表面的粗糙度、硬度和摩擦材料的厚度。
机械工程中摩擦学的基本原理
机械工程中摩擦学的基本原理机械工程中，摩擦学是一个非常重要的学科。
它探讨的是机械运动时所涉及的摩擦现象，如何减小摩擦力，提高机械效率，以及如何更好地利用摩擦力。
摩擦学在很多领域都有应用，如机械、制造业、航空航天、汽车工业、民用和工业领域等等。
摩擦学的基本原理是：摩擦力是由于相互接触的两个物体之间的不规则表面之间的相互作用而产生的。
毫无疑问，摩擦力是运动中出现的现象，因此有意义的研究应关心动力学因素。
学习摩擦学时，需要了解三个基本概念：摩擦力，摩擦系数和极限摩擦力。
首先是摩擦力。
摩擦力是因两个表面之间的粗糙度而产生的力。
这个力是沿着两个表面的接触方向作用的，也就是垂直于物体表面。
摩擦力可以使物体停止或减速，并且可以使物体移动或加速。
其次是摩擦系数。
摩擦系数是衡量物体之间摩擦力大小的数量。
它是矛盾但却很必要的，因为摩擦力的大小并不取决于物体的质量或接触面积。
摩擦系数表示的是指定表面接触所产生的摩擦力与被卡住的表面的垂直力的比率。
不同的物体有不同的摩擦系数，而且它们通常在实验室中进行测试。
最后是极限摩擦力。
极限摩擦力是指阻止物体在受力的情况下开始移动的最大摩擦力。
通常情况下，如果施加的力小于极限摩擦力，则物体不会移动。
一旦施加的力超过极限摩擦力，则摩擦力阻力就会被克服，物体开始运动。
摩擦学中的理论和实际应用减小摩擦力是一种重要任务，因为它可以降低能源消耗并延长机器的使用寿命。
科学研究人员致力于寻找减小摩擦力的方法，以实现这些目标。
他们研究摩擦学原理，并关注可衡量摩擦作用的因素，如摩擦系数、磨损、腐蚀、干涉等。
在工业和制造业上，摩擦学在设计和制造机器时有着重要的应用。
例如，当制造机器部件时，需要在摩擦系数、表面光洁度和磨损方面进行考虑。
这就需要科学研究人员进一步研究材料的特性和设计材料的方式，以便有效减少摩擦。
在航空航天领域中，摩擦学的研究目标是降低动力系统的磨损，并防止零件与附近表面之间的干涉。
这个过程中需要分析航空器产生的热量，并评估其对摩擦现象的影响。
摩擦学简介
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。
摩擦学设计PPT教案学习
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2．边界摩擦
边界摩擦又称为边界润滑。当运动副的 摩擦表 面被吸 附在表 面的边 界膜隔 开，摩 擦性质 取决于 边界膜 和表面 的吸附 性能时 的摩擦 称为边 界摩擦 （图 8.1 b）。润滑油中的脂肪酸是一种极性化合 物，它 的极性 分子能 牢固地 吸附在 金属表 面上。 吸附在 金属表 面上的 分子膜 ，称为 边界膜 。
v
（b）边界润滑
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按边界膜形成机理，边界膜分为吸附膜 （物理 吸附膜 及化学 吸附膜 ）和反 应膜。 润滑剂 中脂肪 酸的极 性分子 牢固地 吸附在 金属表 面上， 就形成 物理吸 附膜； 润滑剂 中分子 受化学 键力作 用而贴 附在金 属表面 上所形 成的吸 附膜则 称为化 学吸附 膜。吸 附膜的 吸附强 度随温 度升高 而下降 ，达到 一定温 度后， 吸附膜 发生软 化、失 向和脱 吸现象 ，从而 使润滑 作用降 低，磨 损率和 摩擦系 数都将 迅速增 加。
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摩擦系数
1 50
1 0. 5 0.1 0.05
0.0 0.0015
纯净金
氧化膜
属
干摩擦状态
边界润 边界润滑 流体润
滑
和流体润滑
滑
图8.3 摩擦系数的典型值
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随着工况参数的改变可能导致润滑状态 的转化 。图 8.4 是典型的 S t r i b e c k 曲线，它表示润滑状态转化过程以及摩 擦系数 随润滑 油粘度 、滑 动速度 v 和轴承单位面积载荷 p 变化的规律。
合理选择摩擦副材料和润滑剂，降低表 面粗糙 度值， 在润滑 剂中加 入适量 的油性 添加剂 和极压 添加剂 ，都能 提高边 界膜强 度。
摩擦学设计
Tribology Design
组员：李兵 江鹏 龚文强 韩猛猛 赵奎鹏
Contents
1 2
3 4
摩擦学设计的定义 摩擦学设计的主要内容和方法 摩擦学设计的研究现状 摩擦学设计的应用
1.1定义
摩擦学（Tribology）是近40年来发展起来 的一门新的边缘学科。 其定义为：研究作相对运动的相互作用表 面及其有关理论和实践的一门科学。它是 一门跨学科的科学。其内容包括摩擦、磨 损、润滑、接触力学、表面物理和化学等 方面的专题。
简单实例
(a)自行车链传动
哥 伦 比 亚 号 失 事
哥伦比亚号左翼上的裂纹
(b) 链条 自行车链条的磨损
空气与金属的摩擦导致
1.1定义 一组数据调查 全世界工业能源的1/3被摩擦损耗掉； 失效零件的80%是由磨损造成的； 20世纪80年代我国在冶金、煤炭、农机等五个行 业的调查表明：由于磨粒磨损损耗的备用钢材达 100万吨以上，如考虑停机等费用造成的损失每年 达几亿元。 如果从摩擦学方面采取正确的措施, 就可以大大节约能源消耗。
3 摩擦学设计的研究现状与发展 国外发展现状 60年代末, 英国发表Jost 的调查报告, 正式 提出Tribology 一词, 摩擦学从此成为一门独立 的学科。 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； 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； 近年来国际上提出基于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。
2.1表面形貌设计
摩擦学的应用及其在机械设计中的应用
摩擦学的应用及其在机械设计中的应用摩擦学，是一个研究摩擦现象、摩擦性能、摩擦机理、摩擦控制等方面的学科，近年来随着技术的不断发展，摩擦学的应用越来越广泛。
如何应用摩擦学，是现代工程设计的重要问题之一。
本文主要探讨摩擦学的应用以及在机械设计中的应用。
一、摩擦学的应用领域摩擦学最初是一个纯学术领域的研究，但是随着工业的发展，摩擦学的应用也越来越广泛。
以下是摩擦学的具体应用领域：1.汽车工业领域：摩擦学在汽车制造中的应用很多，例如发动机缸套、扭力减震器、离合器、刹车等，这些产品的性能都与摩擦学相关。
2.航空航天领域：在飞行器的制造和运行中，摩擦学起到了重要的作用。
如旋翼轴承、发动机内部的部件、型号翼面等。
3.电子电器领域：摩擦学在微电子制造和电气设备中也有重要的应用。
如电气接触材料、固体电解质等。
4.环保领域：摩擦学在颗粒材料输送、废水污泥处理、清洗除尘等方面都有应用。
5.生物医学领域：人造心脏瓣膜、关节模拟器、骨修复材料等都与摩擦学相关。
6.材料科学领域：材料表面性质的改变，如光学透明薄膜、涂层材料、晶体稀土材料等，也与摩擦学有关。
以上仅是摩擦学应用领域的一小部分，其实摩擦学在工业、生活中的应用十分广泛。
二、摩擦学在机械设计中的应用摩擦学在机械设计中有着十分重要的应用，许多机器的稳定性、耐久性、人机交互性等方面的性能，与摩擦学的应用相关。
1.摩擦材料的选择在机械设计中，摩擦材料的选择是十分重要的。
例如在制动系统中，制动器摩擦衬垫的材料对于性能和使用寿命都有着重要的影响。
选材时，必须考虑到材料的摩擦性能、耐磨性、抗腐蚀性等，这就需要涉及到摩擦学知识。
2.摩擦力的控制在机械设计中，摩擦力的控制非常重要。
例如在工业机械的设计中，需要借助降低机械变形和能量损失的方式来减少摩擦。
摩擦力的控制还可以通过材料处理、设计调整等方式来实现。
3.润滑剂的选择在机械设计中，润滑剂在工作过程中起到了重要作用。
润滑剂不仅能减少摩擦力，还能延长机器零部件的使用寿命。
摩擦学设计ppt课件
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
摩擦学设计是以摩擦、磨损及润滑理论为基础，从系统工程观点 出发，通过一系列计算与经验类比分析，来预测并排除可能发生的故 障，使机械设备在使用过程中达到尽可能小的摩擦、损耗和经济的稳 定磨损率。
2. 摩擦的分类
摩擦可以按以下不同的方式来分类。
1)按摩擦副的运动状态分类
按摩擦副的运动状态分类，摩擦可分为：静摩擦和动摩擦。 (1)静摩擦：两个物体作宏观位移前的微观位移时其接触表面之间 的外摩擦。其摩擦力称静摩擦力。 静摩擦力随作用于物体上的外力变化而变化。当外力大到克服了 最大静摩擦力时，物体才开始宏观运动。最大静摩擦力是物体产生宏 观位移前的摩擦力极限。 (2)动摩擦：两个物体作相对运动时接触表面之间的外摩擦。其阻 碍物体运动的切向力叫动摩擦力。 动摩擦力通常小于静摩擦力。
11.1 摩擦学设计概述
摩擦学（Tribology）是近40 年来发展起来的一门新的边缘学科。 它是有关摩擦、磨损与润滑科学的总称，是研究相互接触的摩擦表 面之间的摩擦和磨损的有关科学和技术的一门学科。 摩擦是现象，磨损是摩擦的结果，润滑是降低摩擦、减少磨损的重 要措施。因此，摩擦、磨损与润滑三者有着十分密切的关系。
11.2 金属表面的摩擦和磨损
11.2.1 金属表面特性
机械设备的工作表面大多都是采用金属制作的。而摩擦学研究 的对象是作相对运动、相互作用的表面，所以了解金属表面的特性 是解决摩擦学问题的基础知识之一。
金属表面的特性，主要包括金属表面的形貌、表面的结构组成 以及表面的接触。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
第八章 摩擦学设计的基本原理
3.行程和行程数 滑动距离的单位以行程表示。它是指沿着滑动方向 摩擦副相互接触的长度，即单位寿命。 而行程数 N 则用来表示摩擦副中零件的寿命，它
是时间、表面几何特性、运动和接触尺寸的函数。
例如，对于从动 杆与旋转的凸轮 发生相对滑动的 情况(图）其从动 杆的行程等于L, 而当凸轮每转一 转，从动杆的行 程数为N=2π r/ L。
几种表面技术的主要特性
类型
CVD (Chemical Vapor
环境压力 p/Pa
常压~400
母材温度 T/C
900~1100 (反应温度)
膜厚
几十微米 (最大值)
涂层特 性
很好
成本
中
可涂敷物质
金属及其化合物； 碳化物；氮化物； 硼化物；氧化物； 金属及其化合物； 绝大多数无机物； 少数有机物；
Deposition)
几种典型的磨损条件下的磨损系数
2.允许摩擦系数设计准则 摩擦副设计的最大计算磨损系数Kmax不得大于其允 许磨损系数[K]，即
K max K
K max Wmax H Wmax H NL Nvt
Wmax----允许最大体积磨损量 H -----表面的布氏硬度 N -----法向载荷 L -----摩擦行程 V -----滑动速度 t -----工作时间
（3）耐磨性结构设计。 （4）磨损计算与预测。
第二节 耐磨材料的选择与表面层设计
一、耐磨性材料的选择
1.材料选择的主要原则 （1）调研影响其使用寿命的主要因素，确定起主导作用
的磨损类型与磨损机理，选择适用的耐磨材料。
几种磨损类型对材料基本性能的要求 序号
1 2 3 4 5
磨损类型
粘着磨损 磨粒磨损 接触疲劳 腐蚀磨损 微动磨损
摩擦学原理及其在机械设计中的应用
摩擦学原理及其在机械设计中的应用摩擦学原理是研究物体相互之间接触运动所产生的摩擦现象，以及探究摩擦力大小和摩擦因数等基本理论的一门学科。
在机械设计中，摩擦学原理发挥着至关重要的作用。
本文将从摩擦学的基本理论入手，分别从零件摩擦与磨损、摩擦传动、摩擦制动、密封技术和润滑技术等方面阐述摩擦学在机械设计中的运用。
一、零件摩擦与磨损摩擦学的基本理论之一就是摩擦力大小和摩擦因数，而零件摩擦与磨损是摩擦学的重要应用之一。
摩擦力是指两个物体之间接触面之间的作用力，摩擦因数则是表征物体间摩擦程度的物理量。
在机械设计中，零件的磨损是很普遍的一种现象，其中摩擦因数的大小是决定零件磨损情况的重要因素。
对于机械设备的零件来说，特别是传动零件，摩擦对于机械的正常运行起着至关重要的作用。
想要减小零件的磨损，就需要尽量减小摩擦因数，但在保证摩擦传递的情况下不至于过低。
因此，在摩擦学原理的指导下，可以在零件设计中适当地调整零件的形状和材料选择，以达到优化摩擦性能的目的。
二、摩擦传动在机械设备中，特别是在传动系统中，摩擦传动是常见的一种方式。
摩擦传动是指通过接触面间的摩擦力传递动力或转矩的方式，控制机械设备的运转。
一种常见的摩擦传动装置是离合器。
摩擦离合器是一种安装于发动机和变速器之间的装置，其作用是在两个转动的轴之间传递动力。
在离合器发动机启动时，通过摩擦对轴的悬挂力将离合器拖离，从而使发动机与变速器分离。
而当离合器抬起时，摩擦将两个轴锁在一起。
摩擦离合器凭借着摩擦传动的优点，其传动效率高、启动顺畅，运转灵活性好等特点，很好地应用于机械设备中。
三、摩擦制动摩擦制动是通过接触面之间的摩擦力将机械设备的运动减速或停止的一种装置。
摩擦制动可以被广泛应用于车辆制动、机器设备停转等方面。
其优点是能快速制动，保证安全性。
同时，摩擦制动装置的制动力和制动性能也很容易控制，可以根据实际需要进行调整。
四、密封技术在机器设备的使用过程中，由于高压介质或热膨胀等因素，机器之间需要存在一定的空间间隔。
机械设计的摩擦学与润滑技术
机械设计的摩擦学与润滑技术摩擦学和润滑技术是机械设计中非常重要的一部分，它们对于机械系统的性能、寿命和效率都有着直接的影响。
摩擦学主要研究机械表面之间的相互作用和摩擦现象，润滑技术则是为了减少摩擦和磨损而采取的措施。
本文将从摩擦学和润滑技术的基本原理、常见问题以及未来发展方向等方面进行探讨。
1. 摩擦学的基本原理摩擦是指两个物体相对运动时由于黏附和阻碍而产生的相互阻力。
摩擦力的大小取决于物体表面的粗糙程度、接触面积以及施加在物体上的压力等因素。
摩擦学通过研究摩擦系数、摩擦力和摩擦磨损等参数，来理解和优化摩擦现象。
2. 摩擦学的应用摩擦学的应用非常广泛，例如在机械传动系统中，通过合理选择润滑方式和材料来减少能量损失和磨损，提高传动效率和寿命；在轴承和密封件中，采用润滑剂和润滑膜形成的摩擦系统可以降低摩擦和磨损，减少能量损失；在工具刀具中，通过表面涂层和处理等方式，可以降低切削力和磨损，提高切削效率和使用寿命。
3. 润滑技术的基本原理润滑是通过在摩擦表面之间形成润滑膜，减少直接接触而减小摩擦和磨损的过程。
润滑技术主要包括干润滑和液体润滑两种形式。
干润滑通常是利用一些固体润滑剂，如固体脂肪酸、陶粒等，形成润滑膜来减小摩擦；液体润滑则是利用润滑油、润滑脂等液体材料来形成润滑膜。
4. 润滑技术的应用润滑技术在机械设计中起着至关重要的作用。
在发动机等高温高速摩擦系统中，润滑油可以起到降低摩擦、冷却和清洁的作用；在轴承和齿轮传动系统中，润滑油和润滑脂可以减少摩擦和磨损，提高传动效率和使用寿命；在光学器件、半导体制造等领域，可以利用特殊的润滑技术来保持系统的稳定性和精度。
5. 摩擦学与润滑技术的未来发展方向随着机械设计和制造的不断发展，摩擦学和润滑技术也在不断创新和改进。
未来的发展方向主要包括以下几个方面：发展更高效的润滑剂和润滑脂，以适应更高速、更高温和更重载的工况要求；研发基于纳米技术的新型润滑材料和润滑技术，以实现更小摩擦和更长使用寿命；研究润滑液的微观结构和流变性质，深入理解润滑膜的形成和破坏机制。
机械工程中的摩擦学研究
机械工程中的摩擦学研究摩擦学是研究物体间相对运动时所产生的摩擦现象的科学。
在机械工程领域中，摩擦学起着至关重要的作用。
本文将探讨机械工程中的摩擦学研究的重要性、应用和近期进展。
1. 摩擦学的重要性在机械系统中，摩擦是不可避免的。
了解和控制摩擦现象对于确保机械系统的性能、寿命和可靠性至关重要。
摩擦会产生能量损耗、磨损和噪音，并且可能导致机械故障和事故。
因此，深入研究摩擦学可以帮助改善机械系统的效率、减少能源消耗和维护成本。
2. 摩擦学的应用摩擦学的研究应用广泛，涉及到各个不同领域。
在机械工程中，摩擦学被应用于润滑剂的选择和设计、摩擦副的匹配和优化、接触力学和表面工程等方面。
例如，在轴承系统中，通过深入研究摩擦学，可以选择合适的润滑剂和优化轴承材料，以减少能量损耗和延长轴承寿命。
此外，摩擦学的研究也在摩擦材料的开发和摩擦衬板的设计中发挥重要作用，以提高摩擦系统的性能。
3. 摩擦学的进展随着科学和技术的不断发展，摩擦学的研究也取得了重要的进展。
近年来，纳米摩擦学的研究成为了一个备受关注的领域。
通过使用纳米级仪器和技术，研究人员能够研究和控制纳米尺度下的摩擦现象，为纳米器件和微机械系统的设计和制造提供重要指导。
此外，表面工程技术的发展也为改善摩擦学性能提供了新的途径。
通过改变表面形貌和涂层技术，可以减少接触面的摩擦和磨损，并提高机械系统的效率和寿命。
4. 摩擦学研究的挑战尽管摩擦学的研究取得了重要进展，但仍然存在许多挑战。
例如，摩擦学的联系面非常复杂，涉及到物理、化学、材料科学等多个学科的知识。
因此，摩擦学的研究需要多学科的合作和交叉。
此外，尽管纳米摩擦学的研究已经取得进展，但仍然存在纳米尺度下摩擦现象的理论和实验上的挑战。
因此，未来的摩擦学研究需要进一步加强实验测试方法和理论模型的发展。
5. 摩擦学的未来前景随着科学技术的不断进步，摩擦学的研究和应用在未来有着广阔的前景。
例如，随着纳米技术的发展，纳米机械系统的需求不断增加，因此对摩擦学的研究也将进一步深入。
第5章摩擦学设计
图3.2 润滑膜厚度与粗糙度高度
用膜厚比来判断摩擦状态处于哪种润滑状 态的公式是： hmin 2 2 （3.1） Ra1 Ra 2 式中，hmin为两滑动粗糙表面间的最小公称油 膜厚度；Ra1、Ra2为两表面轮廓算术平均偏 差。 （1）当膜厚比 1时，为边界摩擦（润滑） 状态； （2）当膜厚比=1~3，摩擦表面间处于混合润 滑状态； （3）当＞3时，为流体摩擦（润滑）状态。
Q sin / 2
又如图3.7中的非矩形螺纹，在轴向载荷Q作 用下的当量摩擦系数可按下式计算： f fv （3.6） cos 式中，为牙型角。
F f fv Q sin / 2
Q
f fv cos
N/2
N/2
图3.6 带传动当量 摩擦系数
图3.7 非矩形螺纹 当量摩擦系数
（3.3） 当物体发生运动后，摩擦系数会从最大静 摩擦系数降低到动摩擦系数。虽然动摩擦系数 一般也与工况条件有关，但为了简单起见通常 假设它是一个常数。 2．当量摩擦系数 摩擦系数是摩擦力与法向力的比值。有 时，作用在运动副上的力不一定是法向力。而 因为结构和分析需要等原因，会用摩擦力与这 些作用力的比值作为摩擦系数。
ds 2a 3 s
考虑到并非所有粘结点都形成半球形的磨 屑，引入粘着磨损常数ks，则粘着磨损公式为: （3.10） dV W ks ds 3 s （2）磨粒磨损 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 峰尖在较软材料表面上犁刨出很多沟纹时被移 去的材料，一部分流动到沟纹的两旁，一部分 则形成一连串的碎片脱落下来成为新的游离颗 粒，这样的微切削过程就叫磨粒磨损。
4）微动磨损 这是一种由粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨 损和疲劳磨损共同形成的复合磨损形式。 它发生在宏观上相对静止，微观上存在微幅相 对滑动的两个紧密接触的表面上，如轴与孔的 过盈配合面、滚动轴承套圈的配合面、旋合螺 纹的工作面、铆钉的工作面等。微动磨损不仅 要损坏配合表面的品质，而且要导致疲劳裂纹 的萌生，从而急剧地降低零件的疲劳强度。
工程摩擦学9 摩擦学设计[精]
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一般来说，与摩擦有关的工业部件主要用于传递动力、 控制方向、机械加工及材料成形等。因此，它包括了各种部 件，如齿轮、轴、活塞、缸衬、轴承和密封件等。
2019/11/2
9.2 耐 磨 设 计 9.2.2 防止和减少磨损的方法 2）材料选择
（3）接触疲劳磨损的摩擦副材料的选配 接触疲劳磨损是由于循环应力使
表面或表层内裂纹萌生和扩展的过程。 由于硬度与抗疲劳磨损能力大体上呈 正比关系，一般说来．设法提高表面 层的硬度有利于抗接触疲劳磨损。
表面硬度过高，则材料太脆，抗接 触疲劳磨损能力也会下降。如图9—1 所示，轴承钢硬度为62HRC时抗接触 疲劳磨损的能力最高，如果进一步提 高硬度，反而会降低平均寿命。
工程摩擦学基础
Fundamental of Engineering Tribology
2019/11/2
9. Tribology Design
9.1 摩擦学设计概述
摩擦学设计以摩擦、磨损及润滑理论为基础、从系统工程 程观点出发，通过一系列计算与经验类比分析．预测并排除 可能发生的故障，使机械设备在使用过程中达到尽可能小的 摩擦、损耗和经济的稳定磨损率。
9. Tribology Design
9.1 摩擦学设计概述
一个零部件能工作多长的时问，引起它失效的模式是什么等 等都特别需要摩擦学的知识。许多部件都在追求免维护和终身润 滑的日标，如内燃机，人工关节，空间部件，打印机头，计算机 硬盘等. 如何达到这一点，是当今摩擦学界面临的一个挑战.
在摩擦学设计中有两个重要的原则，一个是避免相对运动表 面间的直接接触、另一个是将润滑介质作为机器的一个组成元件 来看待。因此，将摩擦学知识转移到工业中去的最有效的途径就 是在设计开始阶段就并行地进行摩擦学设计。
摩擦学ppt
对于尺寸在毫米以下甚至毫微米级范围的微 型机械，如可清除血管内壁沉积物的微型机器人 等，此时表面效应非常明显，摩擦则是重要的因 素之一。 在通讯卫星中，天线需要精确的定位机构和 展开机构，要求轴承扭矩在7—10年内不变，经过 107 次循环使用后精度不变，此时必须研制新型 润滑剂以减少微观尺度的摩擦力和磨损的变化。
纳米摩擦学研究方法
（1）现代表面分析方法 纳米摩擦学的实验广泛应用表面力仪 (SFA)和扫描探针技术．包括扫描隧道显微 镜 (STM)，原子力显微镜(AFM)和激光检 测摩擦力显微镜(FFM)。它们用于测量原 子尺度的表面形貌和表面微观动态力学行 为．在微磨损、微划痕、纳米磨损与超精 加工以及分子膜边界润滑等研究中发挥巨 大的作用。
2．表面形态与混合润滑理论
摩擦学现象发生在极薄的表面层， 因此对于摩擦表面形态的形成、变化 和作用的分析，将深化摩擦学机理研 究，并就改善使用性能寻求合理的表 面形态和工艺方法提供依据。研究内 容包括：表面形貌的表征及其摩擦学 效应，表面物理化学状态在摩擦、磨 损过程中的行为与变化等。
分析表明，工程中大多数摩擦表面是 处于混合润滑状态，即部分润滑膜与表面 粗糙峰点相接触同时存在。磨损的发生是 混合润滑状态的特性。 目前有关混合润滑的设计尚停留在半 经验阶段，因此建立工程适用的混合润滑 设计理论是当前急迫的任务。这一领域的 研究集中在：部分膜润滑和微观弹流润滑 理论，各类润滑膜的失效准则和润滑状态 转化过程，粗糙表面的接触分析与载荷分 配，混合润滑的模型化和定量化研究等。
3．磨损形成机理及其控制
研究目的在于了解磨损形成过程、变化及其影响因 素，从而寻求提高耐磨性和控制磨损的措施。工程中的 磨损现象多种多样，根据形成机理可归纳为：磨粒磨损、 粘着磨损、疲劳磨损、化学腐蚀磨损等基本类型。实际 机械中的磨损大多是几种磨损类型同时发生，因此磨损 研究必须强调针对性，即密切结合各种典型零件的具体 工况条件进行分析研究，在累积数据的基础上，建立磨 损机理以及抗磨损设计方法与对策． 实际零件的磨损经历着复杂的过程，涉及因素很多， 包括工况参数、材料与表面形态、润滑与环境介质的作 用等的影响。因此，磨损研究还应强调运用多学科的综 合研究和系统工程分析的方法。
摩擦学在机械设计工程中的应用
摩擦学在机械设计工程中的应用在机械设计工程中，摩擦力是一个非常重要的因素。
摩擦力不仅影响机械设计的耐用性和效率，而且还会影响到机械设备的工作状态。
为了确保机械设计工程的成功，摩擦学的应用必须得到非常严密的考虑。
什么是摩擦学？摩擦学是研究物体之间相互作用的学科。
摩擦学的研究对象是摩擦、磨损和润滑。
在机械设计工程中，摩擦学是非常重要的，因为它可以帮助机械设计师选择正确的材料和润滑剂，以便减少机械设备的损耗，提高机械设备的效率。
摩擦的影响摩擦力是物体之间相互作用的结果，它是由相互接触的表面和相互之间的背景力决定的。
在机械设计过程中，摩擦力的影响非常显著。
摩擦力的大小取决于表面质量、表面形态、表面的润滑和材料的硬度等因素。
对于机械设计师来说，正确选择材料和润滑剂是最重要的。
机械设备需要承受很大的摩擦力，因此，如果选择正确的材料和润滑剂，可以降低机械设备的损耗，延长机械设备的使用寿命。
摩擦系数摩擦系数是指材料之间的抗摩擦能力。
摩擦系数是指将一个物体放在斜面上，使它沿斜面滑动时需要的最小力量。
摩擦系数越大，摩擦力也就越大。
在机械设计工程中，摩擦系数是很重要的，因为它可以帮助机械设计师选择正确的材料和设计结构以减少摩擦力。
机械设备需要承受很大的摩擦力，因此，摩擦系数的大小关系到机械设备的工作状态。
因此，在机械设计过程中，摩擦系数的选择非常重要。
为了确保机械设备的工作状态，机械设计师必须选择正确的材料和设计结构，以确保摩擦系数的正确性。
润滑润滑是减少摩擦力的一种方法。
润滑的作用是将润滑剂涂在摩擦表面上，使摩擦表面处于光滑状态，减少摩擦力。
在机械设计过程中，润滑是很重要的，因为润滑可以减少摩擦，延长机械设备的使用寿命，提高机械设备的效率。
在润滑剂选择上，机械设计师需要根据实际的情况来选择。
润滑剂的选择可以根据摩擦表面的材料和润滑剂的特性进行选择。
总结本文主要阐述了摩擦学在机械设计工程中的应用。
在机械设计工程中，摩擦力是一个非常重要的因素。
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9.1 摩擦学设计概述
一个零部件能工作多长的时问，引起它失效的模式是什么等 等都特别需要摩擦学的知识。许多部件都在追求免维护和终身润 滑的日标，如内燃机，人工关节，空间部件，打印机头，计算机 硬盘等. 如何达到这一点，是当今摩擦学界面临的一个挑战.
在摩擦学设计中有两个重要的原则，一个是避免相对运动表 面间的直接接触、另一个是将润滑介质作为机器的一个组成元件 来看待。因此，将摩擦学知识转移到工业中去的最有效的途径就 是在设计开始阶段就并行地进行摩擦学设计。
工程摩擦学基础
Fundamental of Engineering Tribology
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9. Tribology Design
9.1 摩擦学设计概述
摩擦学设计以摩擦、磨损及润滑理论为基础、从系统工程 程观点出发，通过一系列计算与经验类比分析．预测并排除 可能发生的故障，使机械设备在使用过程中达到尽可能小的 摩擦、损耗和经济的稳定磨损率。
根据弹性流体动压润滑理论，适当提高润滑油的粘度，可使接触 部分的压力接近平均分布，从而提高了抗疲劳磨损能力。
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9. Tribology Design
9.2 耐 磨 设 计 9.2.2 防止和减少磨损的方法 2）材料选择
（1）磨粒磨损的摩擦副材料的选配 对于磨粒磨损，纯金属和未经热处理的钢的耐磨性与自然硬度
减少摩擦与磨损的有效方法之一是在摩擦副中采用液体润滑。 这就意味着在流体动压润滑状态下连续运转对粘着磨损值有很大影响。试验表明，流体 静压润滑状态时粘着磨损佰最小，其次足流体动压润滑状态，边界 润滑状态时的粘着磨损值最大。在润滑油脂中加入油性和极压添加 剂能提高润滑油膜吸附能力及油膜厚度，因而能成倍提高抗粘着磨 损能力。
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9.2 耐 磨 设 计
9.2.1 考虑的因素 2）结构设计
磨损率受结构的影响很大，包括整机的结构和零件的形状尺 寸。例如：4M3电铲斗齿寿命较低，首钢公司迁安煤矿通过改善 斗齿形状，即把斗齿上下面上挖一长槽，将这部分材料放在齿尖 部位，加长了斗齿长度，改变了矿石与零件表面接触时的力流状 况，从而增加了耐磨性。
成正比。靠热处理提高硬度时，其耐磨性提高不如同样硬度的退火 钢。对淬硬钢来说，硬度相同时，含碳量高的淬硬钢耐磨性优于含 碳量低的淬硬钢。
耐磨性与金属的显微组织有关。马氏体耐磨性优于珠光体，珠 光体优于铁素体。对珠光体的形态，片状的比球状的耐磨，细片的 比粗片的耐磨。回火马氏体常常比不回火的耐磨，这是因为未回火 的组织硬而脆。
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9.2 耐 磨 设 计 9.2.2 防止和减少磨损的方法 2）材料选择
（2）粘着磨损的摩擦副材料的选配 粘着现象常常因摩擦热引起材料的再结晶、扩散加速或表面软
化出现。甚至由于接触区的局部高压、高温而导致表面熔化。因此 粘着磨损与表面材料匹配密切相关。对于材料的匹配有以下规律：
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9.2 耐 磨 设 计 9.2.2 防止和减少磨损的方法 2）材料选择
（1）磨粒磨损的摩擦副材料的选配 对于磨粒磨损，纯金属和未经热处理的钢的耐磨性与自然硬度
成正比。靠热处理提高硬度时，其耐磨性提高不如同样硬度的退火 钢。对淬硬钢来说，硬度相同时，含碳量高的淬硬钢耐磨性优于含 碳量低的淬硬钢。
9.2 耐 磨 设 计
9.2.1 考虑的因素 1）选 材
要提高机器的耐磨性，最重要的问题就是要合理选择符合该 工况条件的最佳性能材料，不同类型的磨损方式，选择的方向也 不同。
例如，拖拉机发动机气缸套是易磨损件，当它严重磨损后， 发动机的功率下降，油耗增加。通过磨损的失效分析，确定了气 缸磨损的主要机制是磨料磨损和粘着磨损，因此选择材料的成分 及组织均希望能有利于抵抗上述两种磨损的性能，选用了中硅矾 铁缸套材料后比用高磷铸铁缸套的寿命提高4倍以上，而且抗腐 蚀性能良好。
摩擦学系统是机器系统的一种抽象，它由机器中的全体摩擦 副和必要的支持系统组成。设计一个能经济而可靠地实现运动并 保证功能的摩擦学系统就是摩擦学设计的任务，所以，摩擦学设 计必须理解为摩擦学系统的设计，它不仅仅只是一个摩擦副或其 中一个摩擦学元素的设计。
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9. Tribology Design
摩擦学设计是机械设备零件设计经历了运动学设计与强 度设计以后的第三阶段没计，它涉及到流体力学、固体力学、 流变学、数学、材料科学、物理和化学等内容.
一般来说，与摩擦有关的工业部件主要用于传递动力、 控制方向、机械加工及材料成形等。因此，它包括了各种部 件，如齿轮、轴、活塞、缸衬、轴承和密封件等。
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耐磨性与金属的显微组织有关。马氏体耐磨性优于珠光体，珠 光体优于铁素体。对珠光体的形态，片状的比球状的耐磨，细片的 比粗片的耐磨。回火马氏体常常比不回火的耐磨，这是因为未回火 的组织硬而脆。
对于同样硬度的钢，含合金碳化物的比普通渗碳体耐磨．碳化 物的元素原子越多就越耐磨。
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9. Tribology Design
斗轮式挖掘机斗齿角度和形状对其使用寿命有影响。如果斗 齿底面与所切割的矿岩之间的夹角太小，则整个齿底面与磨料相 对运动而磨损，磨损在齿面上划出长长的磨沟，只有在一最佳角 度时，斗齿才能减少磨损。在这方面，仿生学设计大有用武之地。
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9. Tribology Design
9.2 耐 磨 设 计 9.2.2 防止和减少磨损的方法 1）润 滑
9.2 耐 磨 设 计 9.2.2 防止和减少磨损的方法 2）材料选择
（1）磨粒磨损的摩擦副材料的选配 对于三体磨损来说，一般是提高摩擦表面的硬度，当表面硬度
约为1.4倍磨粒硬度时耐磨效果最好，再高则无效。三体磨损的颗 粒粒度对磨损率也有影响。实验表明，当粒度小于100μm时，越小 则表面磨损率越低；粒度大于100μm时，粒度与磨损率天关。