第4章摩擦磨损及润滑概述教学内容
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机械设计第四章：摩擦、磨损与润滑概述
化学吸附膜（化学键）
度影响较大
反应膜:比较稳定
§4-1 摩擦
三、流体摩擦
流体摩擦：指运动副的摩擦表面被流体膜隔开（λ>3～4） 摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。 摩擦系数最小（f=0.001-0.008），无磨损产生，是理想的 摩擦状态。
四、混合摩擦
混合摩擦：摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状 态（=1～3） 。 混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时 要小得多。 边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为 不完全液体摩擦。
汽车的磨合期如同运动员在参赛前的热身运动
目的:汽车磨合也叫走合。汽车磨合期是指新车
或大修后的初驶阶段。机体各部件机能适应环境的 能力得以调整提升。新车、大修车及装用大修发动 机的汽车在初期使用阶段都要经过磨合，以便相互 配合机件的磨擦表面进行吻合加工，从而顺利过渡
到正常使用状态。汽车磨合的优劣，会对汽车寿命、
滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等 用于低速 用于高速
§4-3 润滑剂、添加剂和润滑办法
三、润滑方法
滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等
用于低速
用于高速
浸油与飞溅润滑
喷油润滑
油脂润滑常用于运转速度较低的场合，将润滑脂涂抹于需润 滑的零件上。润滑脂还可以用于简单的密封。
思考题：
4—1 4—5 4—10 4—11
§4-1 摩擦
滑动摩擦分为：
干摩擦、边界摩擦、流体摩擦、混合摩擦
一、干摩擦 表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。通 常将未经人为润滑的摩擦状态当作“干摩擦”处理。
§4-1 摩擦
二、边界摩擦
第4章摩擦磨损及润滑概述
按表面润滑情况，将摩擦分为：
1.干摩擦－ 两摩擦面间无任何润滑剂→固体表面直接 接触→摩擦、磨损大→强烈温升→不允许 →ｆ≈0.30～0.35
分子-机械理论：粘着作用和犁刨作用
2.边界摩擦－
两摩擦面由吸附着的很簿的边界膜隔开的摩擦 →ｆ≈0. 01～0.1 物理吸附膜
边界膜 3.液体摩擦－ 4.混合摩擦－
2稳定磨损(工作)
此阶段磨损平稳而缓慢→代表机件使用寿命。
3.剧烈磨损(失效)
二.磨损的类型
磨损量积累到一定值→剧烈磨损→失效。
缩短磨合期→延长稳定磨损期→推迟剧烈磨损的到来
二.磨损的类型 1.粘着磨损： 压力作用—局部温升高—粘着（焊接）
—相对运动—撕脱、剪切—材料转移
2.磨料磨损： 表面材料脱落，油不净，硬质颗粒形 成磨料
§4—1 摩 擦
摩擦- 在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力 的影响而发生相对滑动，或有相对滑动的趋势时，在接 触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这一现象叫摩擦， 该阻力叫摩擦力。
内摩擦（物质内部）
静摩擦（运动趋势）
摩擦外摩擦动摩擦(移动形式)滑 滚动动动摩摩擦（润滑状态）混 流 边干合 体 界摩摩 摩 摩擦擦 擦 擦
3.疲劳磨损
交变应力—裂纹扩展—表面剥落— 麻点、凹坑 （疲劳点蚀）
4.腐蚀磨损 金属与介质到化学反应形成
5.冲蚀磨损 气体、流体的冲蚀
§ 4 —3 润滑剂和润滑方法
一.润滑目的： 摩擦功耗↓磨损↓, 冷却、吸振、防锈
润┌润滑油→液体 滑│润滑脂→润滑油＋稠化剂(如钙、钠、铝等金属皂) 剂└固体润滑剂→石墨、ＭoS2（二硫化钼）、聚四氟乙稀 二. 润滑油： 1.主要性能指标:
4.牛顿粘性定律 －流体中任意点处的切应力均与 该处流体的速度梯度成正比。
摩擦磨损与润滑概述PPT课件
第二定律：摩擦力与表面接触面积无关。
边界摩擦：
1、概念： 摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，但有相当多的不平凸
峰接触，摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能的摩擦。
2、摩擦模型：极性原子团
①、单层分子边界膜： ②、多层分子边界膜：
3、边界膜的分类与机理： ①
②
吸附膜 反应膜
物理吸附膜 化学吸附膜
度形子学（成吸键润1化润引润5力滑合0滑力滑作～剂物济作剂用2中，在用0与而的0即有下金°吸脂）在硫，属附肪下润、紧表在酸，滑氯贴面金分与剂、于接属子金和磷金触表的属金时属时面极起属，表，上性化界并面在，分学面在上两形子反处较，者成受应形高即分的化，成温形 的成化边物学界理吸膜吸附。附膜膜。。
磨损率。
磨合阶段
稳定磨损阶段
时间 剧烈磨损阶段
磨损分类： 磨粒磨损 (简称磨损)
磨粒磨损：
外部进入摩擦表面的游离硬 颗粒或硬的轮廓峰尖所引起的磨 损。
磨损分类： 磨粒磨损 (简称磨损)
疲劳磨损 (也称点蚀)
疲劳磨损：
由于摩擦表面材料微体积在交 变的摩擦力作用下，反复变形所 产生的材料疲劳所引起的磨损。
R —0.两4 粗糙 面3的.0综合不平混度合摩擦
3～4
流体摩擦
( 1 时，不平度凸峰为总载荷的30%)
流体摩擦：
1、定义：
当两摩擦面间的油膜厚度大到足以将两表面的不平凸峰完全 分开，这种摩擦叫液体摩擦。
2、特点：
3～4
①、油分子大都不受金属表面的吸附作用的支配，而能完全移动。
②、摩擦表现为粘性 ，f≈ 0.001～0.008，无磨损 (理想摩擦状态)。
流体中所夹带的硬质物质或颗 粒，在流体冲击力作用下而在摩擦 表面引起的磨损。
边界摩擦：
1、概念： 摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，但有相当多的不平凸
峰接触，摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能的摩擦。
2、摩擦模型：极性原子团
①、单层分子边界膜： ②、多层分子边界膜：
3、边界膜的分类与机理： ①
②
吸附膜 反应膜
物理吸附膜 化学吸附膜
度形子学（成吸键润1化润引润5力滑合0滑力滑作～剂物济作剂用2中，在用0与而的0即有下金°吸脂）在硫，属附肪下润、紧表在酸，滑氯贴面金分与剂、于接属子金和磷金触表的属金时属时面极起属，表，上性化界并面在，分学面在上两形子反处较，者成受应形高即分的化，成温形 的成化边物学界理吸膜吸附。附膜膜。。
磨损率。
磨合阶段
稳定磨损阶段
时间 剧烈磨损阶段
磨损分类： 磨粒磨损 (简称磨损)
磨粒磨损：
外部进入摩擦表面的游离硬 颗粒或硬的轮廓峰尖所引起的磨 损。
磨损分类： 磨粒磨损 (简称磨损)
疲劳磨损 (也称点蚀)
疲劳磨损：
由于摩擦表面材料微体积在交 变的摩擦力作用下，反复变形所 产生的材料疲劳所引起的磨损。
R —0.两4 粗糙 面3的.0综合不平混度合摩擦
3～4
流体摩擦
( 1 时，不平度凸峰为总载荷的30%)
流体摩擦：
1、定义：
当两摩擦面间的油膜厚度大到足以将两表面的不平凸峰完全 分开，这种摩擦叫液体摩擦。
2、特点：
3～4
①、油分子大都不受金属表面的吸附作用的支配，而能完全移动。
②、摩擦表现为粘性 ，f≈ 0.001～0.008，无磨损 (理想摩擦状态)。
流体中所夹带的硬质物质或颗 粒，在流体冲击力作用下而在摩擦 表面引起的磨损。
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第一节 摩擦 一、摩擦效果——能量损耗、发热、磨损
——利用摩擦 二、摩擦分类 内摩擦:发生在物质内部，阻碍分子间相对运动 外摩擦：
静摩擦 动摩擦——滚动摩擦
滑动摩擦——
1．干摩擦 机械传动中不允许
2．边界摩擦 边界油膜（十层分子厚度仅 为0.02μm），金属突峰接触，摩擦系数0.1 左右
油温 3．疲劳磨损（点蚀） 提高表面硬度、减小粗糙度值和控制接触应
力
4．流体体磨粒磨损、流体侵蚀磨损
流动所夹带的硬物质引起的机械磨损，管道 磨损
流体冲蚀作用引起的机械磨损，燃汽轮机叶 片、火箭发动机尾喷管的磨损。
5．腐蚀磨损
机械化学磨损是指由机械作用及材料与环境 的化学作用或电化学作用共同引起的磨损
2．流体静力润滑 3．弹性流体动力润滑 λ>3～4 4．边界润滑 5．混合润滑
1．如图所示，在 情况下，两相对运动的平 板间粘性流体不能形成油膜压力。
2．摩擦副接触面间的润滑状态判据参数膜厚 比值λ为 时，为混合润滑状态，值λ为 时，可达到流体润滑状态。
A．6.25; B. 1.0；C. 5.2； D. 0.35。
λ≤1——边界摩擦
λ>3——流体摩擦
1≤λ≤3——混合摩擦
第二节 磨损 一、磨损过程 ——磨合、 稳定磨损、 剧烈磨损。 二、磨损分类 1．磨粒磨损 开式齿轮传动 合理选择材料，提高表面硬度
2．粘着磨损 ——轻微磨损、胶合、咬死
齿轮传动、蜗杆传动滑动轴承等 合理选择摩擦副材料、润滑剂，限制压力和
3．各种油杯中， 可用于脂润滑。
A.针阀式油杯；B.油绳式油杯；C.旋盖式油杯。
4．为了减轻摩擦副的表面疲劳磨损，下列措施中， 是不合理的
《摩擦磨损润滑》PPT课件
u
y
25.12.2020
精选PPT
21
A、动力粘度
单位：Pa·S（国际），N·s/m2（C.G.S）
B、运动粘度
单位：m2/s
＝／ ——流体密度 C、条件粘度E
单位：°Et
25.12.2020
精选PPT
22
干摩擦(dry friction)——不加任何添加剂的摩擦， 这种摩擦事实上不存在，因为两表面间总有 油污、氧化膜等，所以，一般以不是有意加 添加剂的摩擦。
25.12.2020
精选PPT
3
流体摩擦（fluid friction）——摩擦表面被一层 流体隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间 粘性阻力的摩擦；
25.12.2020
精选PPT
1
润滑（lubrication）——摩擦界面添加介质（油、 脂等），以减小摩擦、磨损，降低材料消耗， 保证机器可靠工作的现象。
摩擦学（tribology）——研究有关摩擦、磨损、 润滑的一门科学和技术。
二、摩擦
1、分类 ① 按物体是否有运动分 静摩擦（statical friction）——仅有相对滑动趋
摩擦副接触只是部分峰顶接触
真实接触面积Ar很小
接触点达到塑性流动 接触点被冷焊在一起
f Ff B Fn sy
分开结点的力就是摩擦力：Ff＝ArτB
25.12.2020
精选PPT
6
② 修正粘着理论 接触区域同时存在压应力和切应力，材料的屈 服极限必须由复合应力来确定
Fn的作用
Ari
切向力Ff
影响因素： 微粒与固体表面的摩擦系数； 微粒的冲击速度； 微粒冲击速度的方向与固体表面所夹角。
⑥ 微动磨损（fretting wear） 紧联接表面在循环变应力、振动、接触面产生 的弹性变形差异等引起的磨损。
y
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A、动力粘度
单位：Pa·S（国际），N·s/m2（C.G.S）
B、运动粘度
单位：m2/s
＝／ ——流体密度 C、条件粘度E
单位：°Et
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干摩擦(dry friction)——不加任何添加剂的摩擦， 这种摩擦事实上不存在，因为两表面间总有 油污、氧化膜等，所以，一般以不是有意加 添加剂的摩擦。
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流体摩擦（fluid friction）——摩擦表面被一层 流体隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间 粘性阻力的摩擦；
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润滑（lubrication）——摩擦界面添加介质（油、 脂等），以减小摩擦、磨损，降低材料消耗， 保证机器可靠工作的现象。
摩擦学（tribology）——研究有关摩擦、磨损、 润滑的一门科学和技术。
二、摩擦
1、分类 ① 按物体是否有运动分 静摩擦（statical friction）——仅有相对滑动趋
摩擦副接触只是部分峰顶接触
真实接触面积Ar很小
接触点达到塑性流动 接触点被冷焊在一起
f Ff B Fn sy
分开结点的力就是摩擦力：Ff＝ArτB
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② 修正粘着理论 接触区域同时存在压应力和切应力，材料的屈 服极限必须由复合应力来确定
Fn的作用
Ari
切向力Ff
影响因素： 微粒与固体表面的摩擦系数； 微粒的冲击速度； 微粒冲击速度的方向与固体表面所夹角。
⑥ 微动磨损（fretting wear） 紧联接表面在循环变应力、振动、接触面产生 的弹性变形差异等引起的磨损。
第四章摩擦、磨损及润滑概述§4―1摩擦学发展概况§4―2
机械设计教案（68）第四章 摩擦、磨损及润滑概述大纲要求：了解机械零件的润滑状态；了解机械零件的摩擦与磨损规律；掌握常用润滑 材料和润滑方式；了解常用密封方法和密封件的性能与选用。
（2＋1 学时） 重点内容：机械零件的摩擦状态、磨损规律。
常用润滑油和润滑脂的主要性能指标及选 用原则。
常用润滑方式。
常用密封方法。
常用密封件的性能及选用。
§4―1 摩擦学发展概况Jost 的报告，Tribology诞生，摩擦学研究得到世界各国的广泛重视，成果丰硕。
§4―2 摩擦静摩擦 滚动摩擦摩擦 摩擦 干摩擦动摩擦 滑动摩擦 边界摩擦流体摩擦 混合摩擦边界摩擦 流体摩擦 混合摩擦膜厚比λ≤ 1 λ ＞ 3 1 ≤λ≤ 3F.P.Bowden ,Tabor在 1945年提出摩擦的粘着理论，1963 年又进一步提出修正的粘着 理论。
目前可以解释很多摩擦现象。
边界摩擦理论认为：边界膜 吸附膜 物理吸附膜 （靠润滑油中的极性分子形成――油性）化学吸附膜 （靠润滑油中的化学键结合形成）反应膜（靠润滑油中的 S、P、Cl等与金属表面的化学反应形成――极压性）维持边界膜是相互运动的摩擦表面所必需的，否则将会产生剧烈摩擦。
吸附膜 只在较低温度下存在。
反应膜 只在较高温度下（通常 150 o C～200 o C)才能生成。
反应膜牢固，但有腐蚀性。
添加剂的合理应用 ，见图4－10流体润滑（液体润滑） 动压液体润滑 （滑动轴承中讲述）静压液体润滑§4―3 磨损磨损的一般规律 ，图 4－6 ――磨合阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段 跑合（磨合）的重要性――有合适的磨合期，按一定的规程进行缓慢、逐级加载，并注 意润滑油的清洁，防止磨粒磨损。
磨损按其机理可分为：粘附磨损磨粒磨损机械设计教案（68）疲劳磨损冲蚀磨损（流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损）腐蚀磨损（机械化学磨损）§4－3 润滑剂、添加剂和润滑方法（一）润滑剂1．润滑油润滑油的种类润滑油的主要性质指标：⑴ 粘度――表征润滑油流动时的内部阻力。
第4章摩擦、磨损及润滑详解
实现条件： 1）两滑动表面沿运动方向的间隙是由大至小的形状
2）相对速度v足够大，油楔中有足够的油量 3) 油有一定的粘度
F
F
F
v
v
v
R 1
h0 hmin
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第
2、弹性流体动力润滑
21
页
p 弹性流体动力
润滑油压分布
v1
v2
R2
赫兹压力分布
v1
x O
v2 缩颈
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
较软者的剪切强度极限与压缩屈服极限
b
Fn Ari
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第
修正后的粘着理论：
5 页
f
Ff Fn
Bj ' sy
' sy
较软者的压缩屈服极限
1、当两金属界面被表面膜分开，为表面膜的剪切强度极限
Bj
2、当剪切发生在较软金属基体内时，为较软金属基体的剪切强 度极限
3、若表面膜局部破裂并出现金属黏附结点时，为介于较 软金属基体剪切强度极限和表面膜的剪切强度极限之间
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
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
磨合磨 损阶段
I
稳定磨损阶段
II
t
O 时间t
磨损率 q
t
磨损量q q
第 9
页 剧烈磨损阶段
III
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
化学吸附膜
第四章-摩擦磨损和润滑概述
二、摩擦的分类 内摩擦
1、按摩擦机理不同分为： 外摩擦
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。
静摩擦 2、按运动的状态不同分为：
动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ擦
滑动摩擦 3、按运动的形式不同分为：
滚动摩擦
干摩擦
4、滑动摩擦按润滑状态不同分为： 边界摩擦 流体摩擦
二、磨损的分类：
磨损类型
按磨损机理分
按磨损表面外 观可分为
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
点蚀磨损 胶合磨损 擦伤磨损
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损
腐蚀磨损
微动磨损
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。
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损
腐蚀磨损
微动磨损
粘附磨损—也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点 处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊”后，在相对运动时，材 料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘附磨损。严重的粘 附磨损会造成运动副咬死。
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
（1）润滑是减小摩擦、减小磨损的最有效的方法； （2）合理选择摩擦副材料； （3）进行表面处理； （4）注意控制摩擦副的工作条件等。
§4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法
润滑：在两个摩擦表面之间加入润滑剂，以减小摩擦和磨损。 此外，润滑还可起到散热降温，防锈、防尘，缓冲吸振等作 用一。、 润滑剂 凡是能减小摩擦阻力，减小磨损的物质都可作为润滑剂。 1、润滑剂的分类
1、按摩擦机理不同分为： 外摩擦
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。
静摩擦 2、按运动的状态不同分为：
动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ擦
滑动摩擦 3、按运动的形式不同分为：
滚动摩擦
干摩擦
4、滑动摩擦按润滑状态不同分为： 边界摩擦 流体摩擦
二、磨损的分类：
磨损类型
按磨损机理分
按磨损表面外 观可分为
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
点蚀磨损 胶合磨损 擦伤磨损
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损
腐蚀磨损
微动磨损
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。
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损
腐蚀磨损
微动磨损
粘附磨损—也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点 处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊”后，在相对运动时，材 料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘附磨损。严重的粘 附磨损会造成运动副咬死。
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
（1）润滑是减小摩擦、减小磨损的最有效的方法； （2）合理选择摩擦副材料； （3）进行表面处理； （4）注意控制摩擦副的工作条件等。
§4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法
润滑：在两个摩擦表面之间加入润滑剂，以减小摩擦和磨损。 此外，润滑还可起到散热降温，防锈、防尘，缓冲吸振等作 用一。、 润滑剂 凡是能减小摩擦阻力，减小磨损的物质都可作为润滑剂。 1、润滑剂的分类
磨损及润滑概述PPT资料优秀版
干、边界、液体摩擦并存
非（完全）液体摩擦
磨 损
量
磨损
常见
一 磨损的三个阶段
磨损率ε：ε=△q ／ △t △q ——磨损量
磨合磨损
稳定磨损
剧烈磨损
（有益）
（工作）
二 磨损的类型
（失效）
压力作用—局部温升高—粘着（焊接） 摩擦力—撕脱、剪切—材料转移
└连续润滑:油杯、油环、飞溅、压力
表面材料脱落，油不净，硬质颗粒形 性表能面指 材标料→脱针落，入油度不、净滴，点硬、质耐颗水粒性形
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
§4—1 摩 擦 1.干摩擦 两摩擦面间无任何润滑剂，固体表面 直接
接触 摩擦、磨损大
分子—机械理论：粘着作用和刨犁作用
两摩擦面由吸附着的很簿的边界膜隔 开的 摩擦
边界膜： 物理吸附膜、化学吸附膜 化学反应膜
－
两摩擦完全被液体油膜隔开的摩擦
－ §4—2
油膜：静压油膜和动压 油膜
┌└间连歇续润滑:油孔杯、油杯环、飞溅、压力
摩油擦膜力 ：—静撕压脱油、膜剪和切动压—材油料膜转移
பைடு நூலகம்
成磨料 §抵4抗—变1形的摩能力擦，它标志着液体的内摩擦阻力
摩的擦大力 小—。撕脱、剪切—材料转移
分两子摩— 擦机完械全理被论液：体粘油着膜作隔用开和的刨摩犁擦作用
└表连面续材润料滑脱:油落杯，、油油不环净、，硬飞质溅颗、粒压形力
一. 润滑油
性能指标:粘度（运动粘度ｃＳｔ）→液体 抵抗变形的能力，它标志着液体的内摩擦阻力 的大小。温度↑→粘度↓→润滑效果↓。
2.特点:润滑效果好，具冷却、清洗作用，供油、 密封麻烦。
3.润滑方法: ┌间歇润滑:油孔、油杯 └连续润滑:油杯、油环、飞溅、压力
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邓
膜或污染膜，这种表面膜通常抗剪能力很弱,因而摩擦系数较
召 义
低。修正后的粘附理论认为：
当两金属界面被表面膜分隔开时,τBj为表面膜的剪切强度极限；
当剪断发生在较软金属基体内时,τBj 为较软金属基体的剪切强 度极限τB；若表面膜局部破裂并出现金属粘附结点时，τBj将 介于较软金属的剪切强度极限表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属 计
接触时的摩擦。在工程实际中，并不存在真正的干摩
下
邓
召
擦，因为任何零件的表面不仅会因氧化而形成氧化膜，义
而且多少也会被润滑油所湿润或受到"油污"。在机械
设计中，通常都把这种未经人为润滑的摩擦状态当作
“干”摩擦处理。固体表面之间的摩擦，虽然早就有
正后的粘附理论。
2020/7/31
第四章摩擦磨损及润滑概述
4
续
机 械
设
简单粘附理论于1945年由鲍登(F．P．Bowden)等人
计 下
提出，他们认为两个金属表面在法向载荷作用下的接
邓 召
义
触面积，并非两个金属表面互相覆盖的公称接触面积
(或叫表观接触面积)A0，而是由一些表面轮廓峰相接 触所形 成的接触斑点的微面积的总和，叫真实接触
2020/7/31
第四章摩擦磨损及润滑概述
5
续
机 械
设
计
下
邓 召 义
对于理想的弹塑性材料，当法向载荷增大时，
真实接触面积Ar也随之增大，应力并不升高，
而停留在材料的压缩屈服极限σSy。
2020/7/31
第四章摩擦磨损及润滑概述
6
续
机 械
设
例如下图a所示为单个轮廓峰接触区在高压作用下产
计 下
生塑性流动，导致接触面积增大到恰好能支承法向载
计
擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦称为
下
边界摩擦。润滑剂中的脂肪酸是一种极性化合物，它
邓 召
的极性分子能牢固地吸附在金属表面上。单分子膜吸
义
附在金属表面上的符号如右上图a所示，图中o为极性
原子团。这些单分子膜整齐地呈横向排列，很象一把
刷子。边界摩擦类似两把刷子间的摩擦，其模型见右
上图b。吸附在金属表面上的多层分子边界膜的摩擦模
面积增大。
也就是说，在复合应力作用下，接触区出现了结点
增长的现象。结点增长模型如图<单个轮廓峰接触模 型>c所示，其中τB 为较软金属的剪切强度极限。
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第四章摩擦磨损及润滑概述
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续
机 械
设
在真空中，洁净的金属表面发生摩擦时结点可能大幅度地增 计
长,因此摩擦系数较高, 在空气中，由于界面上覆盖有一层氧化 下
人进行系统的研究，并在18世纪就提出了至今仍在沿
用的、关于摩擦力的数学表达式：Ff=fFn(式中Ff为摩 擦力、Fn为法向载荷、f为摩擦系数)。但是，有关摩 擦的机理，直到20世纪中叶才比较清楚地揭示出来，
并逐渐形成现今被广泛接受的分子--机械理论、粘附
理论等。对于金属材料，特别是钢，目前较多采用修
型如右下图所示。分子层距金属表面越远，吸附能力
越弱，剪切强度越低，远到若干层后，就不再受约束。
因此，摩擦系数将随着尾数的增加而下降，三层时要
比一层时降低约一半。比较牢固地吸附在金属表面上
的分子膜，称为边界膜。边界膜极薄，润滑油中的一
个分子长度平均约为0.002μm，如果边界膜有十层分子 其厚度也仅为0.02μm 。金属表面粗糙的轮廓峰一般都 超过边界膜的厚度(当膜厚比λ≤l时)，所以边界摩擦时，
邓 召
义
荷为止的模型。故真实接触面积Ar为
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续
机 械
设
式中τB、σSy是指相接触的两种金属中较软者的剪切
强度极限与压缩屈服极限。由于大多数金属的τB/σSy 的比值均较接近，所以其摩擦系数相差甚小
计
下
邓 召 义
但是，这个结论不完全符合实际。例如处于真空中
的洁净金属发生摩擦时，其摩擦系数要比常规环境里 的摩擦系数大得多。这一事实说明真实接触面积一定 比简单粘附理论所指出的大得多。在简单粘附理论中， 认为真实接触面积决定于软金属的压缩屈服极限和法 向载荷。
对于静态接触，这在大体上是正确的。为此，鲍登
等人于1964年又提出了一种更切合实际的修正粘附理 论
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第四章摩擦磨损及润滑概述
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续
机 械
设
这种理论认为，在摩擦情况下，轮廓峰接触区除作 计
用有法向力外,还作用有切向力,所以接触区同时有压 下
邓
应力和切应力存在。这时金属材料的塑性变形取决于
这个理论与实际情况比较接近，可以在相当大的范围内解释
摩擦现象。在工程中，常用金属材料副的摩擦系数是指在常
规的压力与速度条件下,通过实验测定的,并可认为是一个常数， 其值可参考有关资料。
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(二)边界摩擦(边界润滑)
机 械 设
当运动副的摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，摩
滑)状态，即
式中：
hmin--两滑动粗糙表面间的最小公称油膜厚度，μm ； Ra1,Ra2--分别为两表面轮廓算术平均偏差，μm 。
当膜厚比λ≤l时，为边界摩擦(润滑)状态；
当λ=l～5时，为混合摩擦(润滑)状态；
当λ>5时，为流体摩擦(润滑)状态。
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(一)干摩擦
面积Ar(下图)。由于真实接触面积很小，因此可以认 为轮廓峰接触 区所受的压力很高。当接触区受到高
压而产生塑性变形后， 这些微小接触面便发生粘附
现象，形成冷焊结点。当接触 面相对滑动时，这些
冷焊结点就被切开。在于摩擦条件下，可将较硬表面 坚硬的轮廓峰在较软表面上犁出"犁沟"所需克服的阻 力忽略不计,则摩擦力
召 义
压应力和切应力所组成的复合应力作用，而不仅仅取
决于金属材料的压缩屈服极限σSy。
图<单个轮廓峰接触模型>b所示为压应力σy及切应力
τ联合作用下，单个轮廓峰的接触模型，并且假定材
料的塑性变形产生于最大切应力达到某一极限值的情
况。若将作用在轮廓峰接触区的切向力逐渐增大到Ff 值，结点将进一步发生塑性流动，这种流动导致接触
机
械
设
计
下
邓 召 义
第4章摩擦磨损及润滑概述
滑动摩擦又分
机 械
设
计
下
邓 召 义
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2
续
机 械
设
边界摩擦、混合摩擦及流体摩擦都必须具备一定的 计
润滑条件，所以，相应的润滑状态也常分别称为边界 下
润滑、混合润滑及流体润滑。
邓 召 义
可以用膜厚比λ来大致估计两滑动表面所处的摩擦(润