润滑油及其工艺教学 第二章 摩擦学基础共53页文档
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摩擦学原理(第2章润滑剂)
4．聚苯醚
聚苯醚是一类芳香族化合物，具有优异 的抗辐射能力和抗氧化性，但粘度特性较 差，常用于强辐照工况下（如宇宙飞行、 反应堆或以原子能为动力的装置）机械部 件的润滑。
5．全氟聚醚
全氟聚醚（PFPE）具有优良的抗氧化性、 低挥发性和较好的边界润滑特性，其分子 量、极性基团可以在一定范围内调整以获 得不同的粘度和表面迁移性能。全氟聚醚 被广泛用于硬盘表面的润滑，也用于高温、 高真空条件下的润滑。
润滑剂从形态上分
润滑油的性能指标
（1）粘度
1）动力粘度---表征流体内摩擦阻力大小的指标，Pa·s； 2）运动粘度---同温度下液体动力粘度与密度之比，m2/s； 粘度的大小表示了液体流动时其内摩擦阻力的大小，粘度愈大，内摩 擦阻力就愈大，液体的流动性就愈差。
（2） 润滑性（油性）
润滑油中极性分子吸附于金属表面形成边界油膜的性能。吸附力强，油膜 不易破裂，摩擦系数小，则说明油性好。
（2）皂基润滑脂
皂基润滑脂占润滑脂产量的 90 %左右，使 用最广泛。最常使用的有钙基，钠基，锂 基，钙一钠基，复合钙基等润滑脂。复合 铝基、复合锂基润滑脂也占有一定的比例。
钙基润滑脂：不溶于水，滴点低，适用于温度较 低，环境潮湿的轴承部件中。
钠基润滑脂：耐高温，但易溶于水，适用于温度 较高，环境干燥的轴承部件中。
2．润滑脂的性能
润滑脂的主要性能包括：流动性（针入 度）、触变性、粘度、强度极限、低温流 动性、滴点、蒸发性、胶体安定性、氧化 安定性等。
润滑脂的最主要性能是流动性，以针入度 表示。针入度数值越大表示润滑脂越软。
3．润滑脂使用
（1）润滑脂的填充量
润滑脂的填充量，以填充轴承和轴承壳 体空间的1/3到1/2为宜。若加脂过多，由于 搅拌发热，会使脂变质恶化或软化。高速 时应仅填充至1/3或更少。当转速很低时， 为防止外部异物进入轴承内，可以填满壳 体空间。
润滑油脂基础知识
能耗/油耗比较
中国 美国 日本 英国 德国 法国
单位产值耗能(油)量 (吨/千美元)
1.431
0.427
0.257
0.4
0.392
0.373
单位产值耗润滑油量 (公斤/千美元)
5.8
2.58
1.53
1.51
1.64
2.23
单位产值耗电量 (度/千美元)源自1395650503
586
633
687
润滑剂的种类
抗磨剂
目的：减少摩擦和磨损 典型化合物：含硫、磷、氯、铅等的化合物。如硫化 烯烃、氯化石蜡、ZDDP、硼酸盐等，它们在摩擦表面 形成吸附膜或反应膜，从而保护摩擦表面。
吸附膜
反应膜
清净剂
目的：保持摩擦表面清洁 ，中和润滑油劣化产生的 酸性物质 典型化合物：磺酸盐、烷 基酚盐、硫化聚异丁烯钡 盐、烷基水杨酸盐等
SAE J300内燃机油粘度分类
SAE 粘度级别 0W 5W 10W 15W 20W 25W 20 30 40 40 50 60 低温启动粘度/mPa.s 最大值 6200 6600 7000 7000 9500 13000 ℃ -35 -30 -25 -20 -15 -10 泵送临界温度/℃ 最大值60000mPa.s -40 -35 -30 -25 -20 -15 100℃运动粘度/mm2.s-1 最小 3.8 3.8 4.1 5.6 5.6 9.3 5.6 9.3 12.5 12.5 16.3 21.9 9.3 12.5 16.3 16.3 21.9 26.1 2.6 2.9 2.9* 3.7** 3.7 3.7 最大 高温高剪切粘度 mPa.s,最小
润滑油脂基础知识
内
摩擦学基础知识 矿物油介绍 合成油介绍 润滑油指标分析 润滑脂指标分析
油品基础知识润滑剂及润滑油相关PPT教案
深度加氢处理的 VHVI基础油
包括其他合成材料， 如聚二酯等
油品常用添加剂
提高 低温流动性
减少 高温时油变稀
降凝剂
减少 燃油消耗
摩擦改进剂 消泡剂
控制泡沫
分散剂
分散 燃料燃烧生成物
防锈剂
防止 生锈
粘度指数改进剂
抗磨剂 抗氧剂 清净剂
减少 发动机磨损
保护 基础油
使发动机内部 保持清洁
加入添加剂的目的
补充必要的性能
如：基础油精制过程中去掉的组分，其性能需要补充上去。含硫芳烃是天然抗氧剂，精制过程中被除掉，需要加 入某种物质，补充其抗氧化性。
提高已有性能
如：克拉玛依基础油的粘度指数为40-50，为了达到更好的粘温特性，必须加入粘度指数改进剂，增加其粘度指数
增加新的性能
如：重负荷齿轮油其工作时接触应力大，基础油承受不了，就需要加入极压抗磨添加剂，提高其极压抗磨性能
润滑原理-楔型油膜的形成
简单轴承内楔型油膜的形成
润滑剂的分类
液体
以我们最常见的润滑油为主，也是应用最广泛的润滑剂
润滑脂
一种半固态物质，主要由基础油+添加剂+稠化剂组成
固体
主要物质有石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯（PTFE）等 通常应用于极端环境中，也常用于润滑脂的组分来提 升其性能
气体
空气或其他气体都可用于润滑，仅用于特殊目的，如 牙医的牙钻
摩擦与润滑
摩擦定律表明： 理想状态下，两固态物体间 摩擦力的大小与接触面积无 关，只与正压力有关
F=μN
摩擦定律
润滑
润滑的作用机理
简单来说，就是在两接触表面形成薄膜 把两表面分开，使运动更加容易。
润滑油基础知识大全讲课文档
≥90
黏度指数 80-＜120 80-＜120
≤300
≥90 ≥120
合成基础油 PAO
（聚α烯烃）
未包括Ⅰ-Ⅴ 中的其他油
第十一页，共90页。
API：美国石油学会
传统方法加工生产的矿物基础油
优点
缺点
※总体性能良好 ※便宜 ※与合成橡胶相容性好
※黏度指数不高 ※低温流动性差 ※抗氧化能力有限 ※挥发性强 ※溶解添加剂的能力差
如：
内燃机油 SF 15W-40
CD 40
液压油 HM32
HL68
工业齿轮油 CKD320
CKC 150
车辆齿轮油 GL-5 85W-90 GL-4 90
汽轮机油 TSA 32
TSA 68
等等……
第二十六页，共90页。
产品命名组成包括：
类别：石油产品类别字母；
品种：由一组英文字母组成，首字母表示产品组别；
具有热稳定性的静 置矿物油或合成液
具有特殊高温热稳 定性的合成液
品种符 号L-
应用实例
QA 用于加热机械零件或 电子原件的开式油槽
QB 热传导液加热系统 闭式循环水浴
QC
QD 热传导加热系统
最高使用温度 ＞-30℃并 ＜200℃
冷却系统
具有在低温时低温 粘度和热稳定性的 静置矿物油或合成 液
QE 带有热流和冷流的装 置
越高，密度越小，温度越低，密度越大；
密度计
第四十三页，共90页。
黏度
➢反映油品的内摩擦力，是表示油品油性和流动性的指标。是油品的一项重要指标。 ➢黏度一般有五种表示方式：即动力黏度，运动黏度、恩氏黏度、雷氏黏度和赛氏黏度。现在国
际通用的是运动黏度。习惯用毫米2/秒（mm2/s）单位表示。
润滑油及其工艺教学 第二章 摩擦学基础
润滑是为了降低机械的摩擦和磨损。为了弄清润滑的原理， 必须对机械表面的性状／摩编辑擦ppt 和磨损的情形进行研究。 2
第一节 摩 擦
互相接触的物体相对运动时产生的摩擦现象，在 生产实践中早被人们认识到。1699年，法国工程 师埃蒙顿（Amonton)归纳了两条有关摩擦的基本 定律∶
摩擦与两物体的接触面的大小无关；
编辑ppt
7
金属零件表面的形貌
编辑ppt
8
对于个别微凸体来说,它的高度可能低于或高于平 均值。对摩擦、磨损、润滑有影响的主要是那些 较高的微凸体。例如，要是油膜将两摩擦表面完 全分开时，油膜厚度必须比两表面的算术平均粗 糙度大若干倍。
编辑ppt
9
２、金属表面层的结构
金属加工零件的表面层是由不同物质的薄层构成
摩擦阻力与垂直负荷成正比．
根据此定律得出摩擦力Ｆ与负荷Ｗ的关系∶
F∝W
F=fW
（１）
ｆ称为摩擦系数。
编辑ppt
3
埃蒙顿－库仑定律
1785年法国物理学家库仑(Coulomb)证实了埃蒙顿 的定律是正确的，并增加了第三条内容∶
在动摩擦中，摩擦阻力与滑动速度无关。 上述摩擦定律又称为埃蒙顿－库仑定律。 在一定条件下，摩擦系数ｆ是一常数，如两块钢
编辑ppt
15
另外，粗糙表面的平均微观接触面积也为一常数，即：Ａ ／Ｍ＝ＡＩ＝常数
Ａ为接触总面积，Ｍ为接触点的数目，ＡＩ为一微凸体的 平均真实接触面积。上式说明当负荷加大时，总的真实接 触面积Ａ的增加是由于接触点数目增多了，而不是每一触 点的面积增大，每一触点的平均接触面积是接近不变的．
编辑ppt
13
二、真实接触面与负荷的关系
古典的摩擦定律认为摩擦阻力与正压力成正比，而与接触 面积无关，如：阿蒙顿定律，F=ｆW。实际上摩擦阻力 是与真实面积有关的．如前所述，金属零件的表面是按正 态分布布满了高低不平的微凸体．两个金属表面接触时， 首先接触的地方是最高的一些微凸体．最初由于接触点少， 接触处的压力就非常大，接触点产生弹性变形，如果压力 值超过材料的屈服强度极限，触点就会产生塑性变形，两 者的效果都会使接触处的面积增大．前人对金属接触面与 负荷的关系的研究结果表明，当金属表面的微凸体是按高 斯定律分布时，无论是弹性变形还是塑性变形，真实接触 面Ａ与负荷Ｗ成正比，即：
第一节 摩 擦
互相接触的物体相对运动时产生的摩擦现象，在 生产实践中早被人们认识到。1699年，法国工程 师埃蒙顿（Amonton)归纳了两条有关摩擦的基本 定律∶
摩擦与两物体的接触面的大小无关；
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7
金属零件表面的形貌
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8
对于个别微凸体来说,它的高度可能低于或高于平 均值。对摩擦、磨损、润滑有影响的主要是那些 较高的微凸体。例如，要是油膜将两摩擦表面完 全分开时，油膜厚度必须比两表面的算术平均粗 糙度大若干倍。
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9
２、金属表面层的结构
金属加工零件的表面层是由不同物质的薄层构成
摩擦阻力与垂直负荷成正比．
根据此定律得出摩擦力Ｆ与负荷Ｗ的关系∶
F∝W
F=fW
（１）
ｆ称为摩擦系数。
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3
埃蒙顿－库仑定律
1785年法国物理学家库仑(Coulomb)证实了埃蒙顿 的定律是正确的，并增加了第三条内容∶
在动摩擦中，摩擦阻力与滑动速度无关。 上述摩擦定律又称为埃蒙顿－库仑定律。 在一定条件下，摩擦系数ｆ是一常数，如两块钢
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15
另外，粗糙表面的平均微观接触面积也为一常数，即：Ａ ／Ｍ＝ＡＩ＝常数
Ａ为接触总面积，Ｍ为接触点的数目，ＡＩ为一微凸体的 平均真实接触面积。上式说明当负荷加大时，总的真实接 触面积Ａ的增加是由于接触点数目增多了，而不是每一触 点的面积增大，每一触点的平均接触面积是接近不变的．
编辑ppt
13
二、真实接触面与负荷的关系
古典的摩擦定律认为摩擦阻力与正压力成正比，而与接触 面积无关，如：阿蒙顿定律，F=ｆW。实际上摩擦阻力 是与真实面积有关的．如前所述，金属零件的表面是按正 态分布布满了高低不平的微凸体．两个金属表面接触时， 首先接触的地方是最高的一些微凸体．最初由于接触点少， 接触处的压力就非常大，接触点产生弹性变形，如果压力 值超过材料的屈服强度极限，触点就会产生塑性变形，两 者的效果都会使接触处的面积增大．前人对金属接触面与 负荷的关系的研究结果表明，当金属表面的微凸体是按高 斯定律分布时，无论是弹性变形还是塑性变形，真实接触 面Ａ与负荷Ｗ成正比，即：
机械设计基础课件第章摩擦磨损及润滑概述
St=1cm2/s=100 cSt =10-4 m2/s。 常用St的百分之一cSt作为单位，称为厘斯，因而1
cSt= 1 mm2/s。
润滑油的牌号就是该润滑油在40C（或100C）时运动粘度
（以厘斯为单位）的平均值。例图2-7 L-AN15。
机械设计基础
第二十七页，编辑于星期五：十一点 三十八分。
或泊的百分之一，即厘泊（cP）。
1 P=0.1 Pa·s
1 cP=0.001 Pa·s
机械设计基础
第二十六页，编辑于星期五：十一点 三十八分。
2）、运动粘度
在工程中，常常将流体的动力粘度与其密度的比值作
为流体的粘度，这一粘度称为运动粘度，常用表示。运
动粘度的表达式为：
运动粘度单位：SI制——m2/s。 C.G.S. 制 ： Stoke ， 简 称 St （ 斯 ） ， 1
到另一个表面，便形成粘附磨损。
机械设计基础
第十七页，编辑于星期五：十一点 三十八分。
❖2、磨粒磨损 也简称磨损。外部进入的硬质颗粒 或摩擦表面上的硬质突出物在较软材料的表面上进行 微切削（犁刨出很多沟纹时被移去的材料）的过程 叫磨粒磨损 。
机械设计基础
第十八页，编辑于星期五：十一点 三十八分。
3、疲劳磨损 也称点蚀，是由于摩擦表面材料 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。
摩擦分类：
微观宏观
§2-1 摩擦
内摩擦 外摩擦
是否相对运动
静摩擦
滑动摩擦
动摩擦 位移形式 滚动摩擦
机械设计基础
第五页，编辑于星期五：十一点 三十八分。
滑动摩擦
干摩擦 边界摩擦 流体摩擦 混合摩擦
边界润滑 流体润滑 混合润滑
cSt= 1 mm2/s。
润滑油的牌号就是该润滑油在40C（或100C）时运动粘度
（以厘斯为单位）的平均值。例图2-7 L-AN15。
机械设计基础
第二十七页，编辑于星期五：十一点 三十八分。
或泊的百分之一，即厘泊（cP）。
1 P=0.1 Pa·s
1 cP=0.001 Pa·s
机械设计基础
第二十六页，编辑于星期五：十一点 三十八分。
2）、运动粘度
在工程中，常常将流体的动力粘度与其密度的比值作
为流体的粘度，这一粘度称为运动粘度，常用表示。运
动粘度的表达式为：
运动粘度单位：SI制——m2/s。 C.G.S. 制 ： Stoke ， 简 称 St （ 斯 ） ， 1
到另一个表面，便形成粘附磨损。
机械设计基础
第十七页，编辑于星期五：十一点 三十八分。
❖2、磨粒磨损 也简称磨损。外部进入的硬质颗粒 或摩擦表面上的硬质突出物在较软材料的表面上进行 微切削（犁刨出很多沟纹时被移去的材料）的过程 叫磨粒磨损 。
机械设计基础
第十八页，编辑于星期五：十一点 三十八分。
3、疲劳磨损 也称点蚀，是由于摩擦表面材料 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。
摩擦分类：
微观宏观
§2-1 摩擦
内摩擦 外摩擦
是否相对运动
静摩擦
滑动摩擦
动摩擦 位移形式 滚动摩擦
机械设计基础
第五页，编辑于星期五：十一点 三十八分。
滑动摩擦
干摩擦 边界摩擦 流体摩擦 混合摩擦
边界润滑 流体润滑 混合润滑
《摩擦磨损润滑基础》课件
3
润滑剂的性能指标包括粘度、极压性、抗磨性、 抗氧化性等，这些指标需要根据实际需求进行选 择。
摩擦学材料的选择与应用
摩擦学材料是指具有良好摩擦性能和耐磨性能的材料，如金属、塑料、陶瓷等。
选择摩擦学材料时需要考虑其硬度、强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能指标，以及成 本和加工难易程度等因素。
摩擦学材料广泛应用于机械、汽车、航空航天、能源等领域，如轴承、齿轮、密封 件、刹车片等，以提高设备性能和延长使用寿命。
智能化润滑决策
02
基于大数据和人工智能技术，实现智能化润滑决策，提高润滑
效率并减少浪费。
智能润滑材料
03
开发具有自适应、自修复功能的智能润滑材料，以适应各种复
杂工况和环境。
环境友好型润滑剂的开发
生物可降解润滑剂
利用可生物降解的油脂、植物油等作为基础油，减少对环境的污 染。
低挥发性有机化合物润滑剂
降低润滑剂中挥发性有机化合物的含量，减少对大气环境的污染。
。
摩擦和磨损之间存在相互影响的 关系，摩擦会导致磨损，而磨损 也会改变接触表面的性质，进一
步影响摩擦。
润滑对摩擦和磨损的影响
1
润滑剂能够有效地减少摩擦和磨损，通过在接触 表面形成润滑膜，将接触表面分隔开来，从而减 少直接接触的面积和压力。
2
润滑剂的选择和使用需要根据不同的工况和材料 特性进行，选择合适的润滑剂能够显著提高设备 的使用寿命和效率。
选择润滑剂时需要考虑摩擦副的材料、工作条件、环境因素和经济性等因素，以确保润滑 剂能够满足使用要求，并发挥最佳的润滑效果。
润滑剂的应用范围
润滑剂广泛应用于汽车、机械、航空航天、船舶和铁路等领域，用于减少摩擦和磨损，提 高机械效率和使用寿命。
润滑油基础知识课件
分为19个组别，其中润滑脂为x组。 2按稠化剂类型分类 皂基润滑脂 单皂基润滑脂：锂基润滑脂、钙基润滑脂、钠基润滑脂、 铝基润滑脂等 混合皂基润滑脂：钙钠基润滑脂、锂钙基润滑脂等 复合皂基润滑脂：复合钙基润滑脂、复合锂基润滑脂复合 铝基润滑脂等 有机稠化剂润滑脂 有机染料润滑脂：酞青铜润滑脂、聚脲基润滑脂等 无机稠化剂润滑脂：膨润土润滑脂等
物润滑油。
润滑剂的分类
按照润滑剂的物理状态，可分为液体润滑剂、半固体 润滑剂、固体润滑剂和气体润滑剂4大类。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
所谓润滑油，可简示之；
基础油＋添加剂＝润滑油 目前使用最多的润滑油是从石油中提炼出来的，通称
为矿物润滑油。
基础油的定义可以概括为:主要用生产润滑油或其
它产品的精制油品；可以单独直接使用，也可以和 其它油品或添加剂掺和使用。由于它占油品的主要 部分并对油品的主要性能或基础性能起到主导作用， 人们习惯称它为基础油。
入润滑剂以降低摩擦阻力和能源消耗，减少表面磨损，
延长使用寿命，保证设备正常运转。润滑的作用有以
下几方面：
1. 降低摩擦
在摩擦副相对运动的表面加入润滑剂后，形
成润滑剂，将摩擦表面断开，使金属表面间的
摩擦转化成具有较低剪切强度的油膜分子之间
的内摩擦，从而降低摩擦阻力和能源消耗，使 摩擦副运转平稳。
2.减少磨损
润滑油基础知识
课程目标及要求：
目标： 通过此次讲课使新员工掌握动设备基础知识中的润滑
知识，在以后的工作中做好设备的润滑工作； 要求： 课后新员工查询万华装置使用的几种润滑油
目录
1.润滑的作用 2.润滑剂的分类 3.润滑油的性能指标
一、润滑的作用
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润滑是为了降低机械的摩擦和磨损。为了弄清润滑的原理， 必须对机械表面的性状／摩擦和磨损的情形进行研究。
第一节 摩 擦
互相接触的物体相对运动时产生的摩擦现象，在 生产实践中早被人们认识到。1699年，法国工程 师埃蒙顿（Amonton)归纳了两条有关摩擦的基本 定律∶
摩擦与两物体的接触面的大小无关；
机械的润滑是为了降低两个相对运动的接触表面（简称摩 擦副）间的摩擦及磨损。
良好的润滑能提高机械效率；保证机械长期可靠的工作； 节约能源。润滑不良的机械，轻则功率降低，磨损增大， 重则使机械损坏。
从节约能源的角度来看，润滑工作的意义是很重要的。据 估计，世界能源的30-50%，最终以各种不同形式的摩擦消 耗掉。因此，改进润滑工作，降低机械的摩擦损失，对节 约能源的作用是巨大的。
金属表面层结构
加工变质层是金属零件在加工过程中,表层受到车 削/研磨等机械加工作用而熔化、流动，最后冷却， 沉聚在冷的金属基体上,形成一不定形结构或是微 晶结构的硬化层。变质层下面才是未曾受到影响 的基体.
从以上所述看出，金属零件的表面是不平滑的， 有凸峰及凹陷．将其放大以后观察，犹如高低不 平的山丘、壕谷，分布在起伏的大地上．丘岭、 壕谷的高低程度用粗糙度表示，粗糙度的大小由 加工方法决定，加工越精细，粗糙度越小．这些 表面上的不同高度的微凸体，在表面上的分布密 度是服从正态分布定律的．此外，金属零件的表 面是一多层结构。金属零件在加工过程中，表面 的晶体发生变化，形成一硬化层，在与空气接触 时形成氧化。这些情况对金属零件的摩擦、磨损、 润滑都有重大影响。
金属零件表面的形貌
对于个别微凸体来说,它的高度可能低于或高于平 均值。对摩擦、磨损、润滑有影响的主要是那些 较高的微凸体。例如，要是油膜将两摩擦表面完 全分开时，油膜厚度必须比两表面的算术平均粗 糙度大若干倍。
２、金属表面层的结构
金属加工零件的表面层是由不同物质的薄层构成 的,其性质与金属零件材料的基体不同.金属零件表 面一般覆盖着3-4层不同物质。最外面的一层是脏 污物质如手汗油污、灰尘等，其厚度约为300A； 第二层是吸附分子膜,是从周围大气中吸附来的气 体、液体分子，厚3-30A；第三层是氧化层，是金 属表面与空气中的氧化合而成的,厚度为100-200A。 第四层是加工变质层,约厚10000A，再下面就是金 属的基体.
材在空气中的摩擦系数约为0.6，石墨与石墨的摩 擦系数在不太干燥的空气中约为0.1，而在很干燥 的空气中超过0.5。
埃蒙顿－库仑定律的缺陷
埃蒙顿阐述的摩擦定律，是根据当时的实验结果建立的， 直到现在还能在较大范围内适用。但由于当时技术条件的 限制，不能对摩擦表面进行细致的观察，因而他的结论不 够确切，并使对产生摩擦的原因在较长时间内得不到正确、 全面的认识。
随着科学技术的不断发展，在实际工作中出现了与摩
擦定律相矛盾的现象，较明显的是对于非常光滑、洁净的
表面，摩擦力是与接触面积成正比的；当滑动速度较大时，
摩擦阻力会下降。此外，还发现对于光滑表面，摩擦阻力
随着表面的光洁度的提高而变大。这与过去解释产生摩擦
阻力的说法是矛盾的．
埃蒙顿－库仑定律的缺陷
过去认为产生摩擦阻力的原因是物体表面凸凹不平而引起 的（凸凹说）。阿蒙顿建立摩擦定律时，未发现这些问题， 是受到当时技术条件的限制。实际上摩擦阻力是与真实接 触面积有关的。所谓摩擦力与接触面积无关是指的表观接 触面积（或称名义接触面积、几何接触面积）。摩擦现象 是产生在两个摩擦表面之间的，它与摩擦表面的相互作用 有着密切的联系。因此，要正确认识摩擦定律，了解产生 摩擦的真正原因，必须了解金属表面的性状．
一、金属表面的性状
1、金属零件表面的形貌
即使加工很光滑的零件表面，在显微镜下观察也 是凸凹不平的，有如地球表面的地貌一样，布满 了高山深谷．零件表面的这种凸凹不平的几何形 状，称之为表面形貌。表面上凸起处称为波峰， 凹下处称为波谷。相邻的波蜂与波谷间的距离称 为波幅Ｈ，相邻波峰与相邻波谷间的距离称为波 距（或波长）Ｌ。
二、真实接触面与负荷的关系
古典的摩擦定律认为摩擦阻力与正压力成正比，而与接触 面积无关，如：阿蒙顿定律，F=ｆW。实际上摩擦阻力 是与真实面积有关的．如前所述，金属零件的表面是按正 态分布布满了高低不平的微凸体．两个金属表面接触时， 首先接触的地方是最高的一些微凸体．最初由于接触点少， 接触处的压力就非常大，接触点产生弹性变形，如果压力 值超过材料的屈服强度极限，触点就会产生塑性变形，两 者的效果都会使接触处的面积增大．前人对金属接触面与 负荷的关系的研究结果表明，当金属表面的微凸体是按高 斯定律分布时，无论是弹性变形还是塑性变形，真实接触 面Ａ与负荷Ｗ成正比，即：
上受的负荷为20N时,真实接触面积与表观面积之比为10万
Ａ为接触总面积，Ｍ为接触点的数目，ＡＩ为一微凸体的 平均真实接触面积。上式说明当负荷加大时，总的真实接 触面积Ａ的增加是由于接触点数目增多了，而不是每一触 点的面积增大，每一触点的平均接触面积是接近不变的．
真实接触面积与表观接触面积之比是很小的，它随着
压力的变化而变化。如在钢的接触中，当20cm2表观面积
摩擦阻力与垂直负荷成正比．
根据此定律得出摩擦力Ｆ与负荷Ｗ的关系∶
F∝W
F=fW
（１）
Hale Waihona Puke ｆ称为摩擦系数。埃蒙顿－库仑定律
1785年法国物理学家库仑(Coulomb)证实了埃蒙顿 的定律是正确的，并增加了第三条内容∶
在动摩擦中，摩擦阻力与滑动速度无关。 上述摩擦定律又称为埃蒙顿－库仑定律。 在一定条件下，摩擦系数ｆ是一常数，如两块钢
ＡＷ
实际上，大部分经过机械加工的金属表面的微凸 体高度分布都接近于高斯定律，因之实际接触面 积Ａ与负荷Ｗ是成正比的，即：
Ａ＝ＫＷ
（３）
真实接触面上的平均压力Ｐ为：
Ｐ＝Ｗ／Ａ
（４）
由式（３）知，Ｗ／Ａ＝１／Ｋ，即Ｐ＝常数， 这说明，负荷增大时，两摩擦面的接触面积增大 了，而平均压力不变．
另外，粗糙表面的平均微观接触面积也为一常数，即：Ａ ／Ｍ＝ＡＩ＝常数
第一节 摩 擦
互相接触的物体相对运动时产生的摩擦现象，在 生产实践中早被人们认识到。1699年，法国工程 师埃蒙顿（Amonton)归纳了两条有关摩擦的基本 定律∶
摩擦与两物体的接触面的大小无关；
机械的润滑是为了降低两个相对运动的接触表面（简称摩 擦副）间的摩擦及磨损。
良好的润滑能提高机械效率；保证机械长期可靠的工作； 节约能源。润滑不良的机械，轻则功率降低，磨损增大， 重则使机械损坏。
从节约能源的角度来看，润滑工作的意义是很重要的。据 估计，世界能源的30-50%，最终以各种不同形式的摩擦消 耗掉。因此，改进润滑工作，降低机械的摩擦损失，对节 约能源的作用是巨大的。
金属表面层结构
加工变质层是金属零件在加工过程中,表层受到车 削/研磨等机械加工作用而熔化、流动，最后冷却， 沉聚在冷的金属基体上,形成一不定形结构或是微 晶结构的硬化层。变质层下面才是未曾受到影响 的基体.
从以上所述看出，金属零件的表面是不平滑的， 有凸峰及凹陷．将其放大以后观察，犹如高低不 平的山丘、壕谷，分布在起伏的大地上．丘岭、 壕谷的高低程度用粗糙度表示，粗糙度的大小由 加工方法决定，加工越精细，粗糙度越小．这些 表面上的不同高度的微凸体，在表面上的分布密 度是服从正态分布定律的．此外，金属零件的表 面是一多层结构。金属零件在加工过程中，表面 的晶体发生变化，形成一硬化层，在与空气接触 时形成氧化。这些情况对金属零件的摩擦、磨损、 润滑都有重大影响。
金属零件表面的形貌
对于个别微凸体来说,它的高度可能低于或高于平 均值。对摩擦、磨损、润滑有影响的主要是那些 较高的微凸体。例如，要是油膜将两摩擦表面完 全分开时，油膜厚度必须比两表面的算术平均粗 糙度大若干倍。
２、金属表面层的结构
金属加工零件的表面层是由不同物质的薄层构成 的,其性质与金属零件材料的基体不同.金属零件表 面一般覆盖着3-4层不同物质。最外面的一层是脏 污物质如手汗油污、灰尘等，其厚度约为300A； 第二层是吸附分子膜,是从周围大气中吸附来的气 体、液体分子，厚3-30A；第三层是氧化层，是金 属表面与空气中的氧化合而成的,厚度为100-200A。 第四层是加工变质层,约厚10000A，再下面就是金 属的基体.
材在空气中的摩擦系数约为0.6，石墨与石墨的摩 擦系数在不太干燥的空气中约为0.1，而在很干燥 的空气中超过0.5。
埃蒙顿－库仑定律的缺陷
埃蒙顿阐述的摩擦定律，是根据当时的实验结果建立的， 直到现在还能在较大范围内适用。但由于当时技术条件的 限制，不能对摩擦表面进行细致的观察，因而他的结论不 够确切，并使对产生摩擦的原因在较长时间内得不到正确、 全面的认识。
随着科学技术的不断发展，在实际工作中出现了与摩
擦定律相矛盾的现象，较明显的是对于非常光滑、洁净的
表面，摩擦力是与接触面积成正比的；当滑动速度较大时，
摩擦阻力会下降。此外，还发现对于光滑表面，摩擦阻力
随着表面的光洁度的提高而变大。这与过去解释产生摩擦
阻力的说法是矛盾的．
埃蒙顿－库仑定律的缺陷
过去认为产生摩擦阻力的原因是物体表面凸凹不平而引起 的（凸凹说）。阿蒙顿建立摩擦定律时，未发现这些问题， 是受到当时技术条件的限制。实际上摩擦阻力是与真实接 触面积有关的。所谓摩擦力与接触面积无关是指的表观接 触面积（或称名义接触面积、几何接触面积）。摩擦现象 是产生在两个摩擦表面之间的，它与摩擦表面的相互作用 有着密切的联系。因此，要正确认识摩擦定律，了解产生 摩擦的真正原因，必须了解金属表面的性状．
一、金属表面的性状
1、金属零件表面的形貌
即使加工很光滑的零件表面，在显微镜下观察也 是凸凹不平的，有如地球表面的地貌一样，布满 了高山深谷．零件表面的这种凸凹不平的几何形 状，称之为表面形貌。表面上凸起处称为波峰， 凹下处称为波谷。相邻的波蜂与波谷间的距离称 为波幅Ｈ，相邻波峰与相邻波谷间的距离称为波 距（或波长）Ｌ。
二、真实接触面与负荷的关系
古典的摩擦定律认为摩擦阻力与正压力成正比，而与接触 面积无关，如：阿蒙顿定律，F=ｆW。实际上摩擦阻力 是与真实面积有关的．如前所述，金属零件的表面是按正 态分布布满了高低不平的微凸体．两个金属表面接触时， 首先接触的地方是最高的一些微凸体．最初由于接触点少， 接触处的压力就非常大，接触点产生弹性变形，如果压力 值超过材料的屈服强度极限，触点就会产生塑性变形，两 者的效果都会使接触处的面积增大．前人对金属接触面与 负荷的关系的研究结果表明，当金属表面的微凸体是按高 斯定律分布时，无论是弹性变形还是塑性变形，真实接触 面Ａ与负荷Ｗ成正比，即：
上受的负荷为20N时,真实接触面积与表观面积之比为10万
Ａ为接触总面积，Ｍ为接触点的数目，ＡＩ为一微凸体的 平均真实接触面积。上式说明当负荷加大时，总的真实接 触面积Ａ的增加是由于接触点数目增多了，而不是每一触 点的面积增大，每一触点的平均接触面积是接近不变的．
真实接触面积与表观接触面积之比是很小的，它随着
压力的变化而变化。如在钢的接触中，当20cm2表观面积
摩擦阻力与垂直负荷成正比．
根据此定律得出摩擦力Ｆ与负荷Ｗ的关系∶
F∝W
F=fW
（１）
Hale Waihona Puke ｆ称为摩擦系数。埃蒙顿－库仑定律
1785年法国物理学家库仑(Coulomb)证实了埃蒙顿 的定律是正确的，并增加了第三条内容∶
在动摩擦中，摩擦阻力与滑动速度无关。 上述摩擦定律又称为埃蒙顿－库仑定律。 在一定条件下，摩擦系数ｆ是一常数，如两块钢
ＡＷ
实际上，大部分经过机械加工的金属表面的微凸 体高度分布都接近于高斯定律，因之实际接触面 积Ａ与负荷Ｗ是成正比的，即：
Ａ＝ＫＷ
（３）
真实接触面上的平均压力Ｐ为：
Ｐ＝Ｗ／Ａ
（４）
由式（３）知，Ｗ／Ａ＝１／Ｋ，即Ｐ＝常数， 这说明，负荷增大时，两摩擦面的接触面积增大 了，而平均压力不变．
另外，粗糙表面的平均微观接触面积也为一常数，即：Ａ ／Ｍ＝ＡＩ＝常数