摩擦学基础知识摩擦表面
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（5）评定摩擦表面的接触和表面磨合:(a)图中，支撑面曲线在 微凸体顶部处的斜率较大，曲线较陡，这种表面组成的摩擦 副，接触面积小，耐磨性差。(b)图中的支撑面曲线在微凸体 顶部处的斜率较小，曲线较平缓，这种表面组成的摩擦副， 接触面积较大，耐磨性能较好。
3 表面形貌统计学特性
切削加工的金属表面形貌包含了周期变化和随 即变化两个部分，单一形貌参数不能够描述复 杂的表面形貌，采用形貌统计参数能反映更多 的表面形貌信息。 （1).轮廓高度分布函数：切削加工表面的轮廓
（3）微观不平度十点平均高度Rz：在取样长度范围 内以平行轮廓中线的任一条直线为基准，测量轮 廓上五点最高的凸峰和五点最低的凹谷之间的算
术平均距离，hpi第i个最高的轮廓峰高，hvi第i个
最低的轮廓峰高。这一参数对表面轮廓的评定， 在测量时易受人为因素的影响，不能稳定反映出 表面的几何特征。
(4) 中线截距平均值 Sm：取样长度范围内，表
连续函数的轮廓曲线为积分形式：
4 表面形貌的测量
1. 光学法：
光学显微镜，适用于测量较规则表面的Sm值。 包括光切法和干涉法。
2. 电子显微镜：
适用于评定不均匀表面的粗糙度。
3. 截面法：
直接将轮廓表面切开进行表面几何形状的观察。
4. 流量法：
当流体从测量仪器与被测表面之间的缝隙流过 时，如果控制流体压力并测出一定量流体经过 缝隙的时间，根据流体力学原理，就可以推算 出表面的当量粗糙度。根据表面粗糙度的程度 不同，使用的流体有气体和液体两种。
表面粗糙度的特征：
1.变化规律：呈现某种规律性变化或为 无规律的随机变化特征。如车削、钻孔 或刨削等工艺加工的表面微凹凸体分布 往往具有一定的规律和方向性；磨削、 研磨或抛光等精加工表面则为无规律的 随机分布特征。
2.与摩擦磨损关系密切：表面粗糙度的 特征对接触表面的压力分布、接触变形 程度、分子吸引力的大小、以及摩擦阻 力和摩擦成因等有决定性的影响。
第一章 摩擦学基础知识
1 摩擦表面
1.表面形貌组成：
固体表面的微观几何形状，即形状公差、波 纹度和表面粗糙度统称为表面形貌。
（1）表面形状误差：
实际表面形状与理想表面形状的宏观 偏差，是一种连续而不重复的形状偏差。 它是机床- 工件- 刀具系统的误差和弹 性变形等造成，如机床和刀具精度不够、 不正确的加工规范或温度应力等。表面 形状误差的数值由最大偏差表示，国家 标准 GB1182～1184-80 规定了形状和 位置公差。
（3）表面粗糙度(surface
roughness)：是固体表面的基本形貌， 又称表面微观粗糙度，波距小，约 2~800μm，波高较低 0.03~400μm， 属表面微观几何形状误差。主要与切 削加工方法、刀具的运动轨迹、磨损 及工艺系统的高频振动有关。 GB1031-83 规定了表面粗糙度的参数 和数值。工程上通常采用表面粗糙度 表征表面的形貌参数。
高 度接近于正态分wenku.baidu.com（Gauss分布）：
σ为粗糙度的均方值，正态分布中称标准偏差， σ2为方差。相关参数定义为：
(2). 分布曲线的数字特征(矩）：
（1）一次矩算术平均值： 确定中线位置。
（2）二次矩-均方偏差： 衡量高度分布的离散性。
（3）三次矩-偏态 S：分布曲线偏离对称位置的 指标，正态分布曲线 S = 0，非正态分布可正 可负。
（4）四次矩-峰态K：分布曲线的陡峭度。正态K =3，K<3概率分散，表面凸峰较平缓。K >3概 率集中，凸峰较尖锐。
(3). 自相关函数R(l)：
反映了相邻轮廓的关系和轮廓曲线的变化趋势。 对于任一条轮廓曲线，自相关函数是各点的轮廓 高度与该点相距一定间隔处的轮廓高度乘积的数 学期望，即
离散函数：测量长度内测量点n，高度值xi，则
（2）将各平行线截取轮廓图形中微凸体的长度相加， 画在轮廓图右侧，直到轮廓图形的最低点为止，连 接图中各点，即得到支承面曲线。
（3）描述参数（GB3505-83)： 相对支承长度率：
支承面积： Ax离峰顶h处面积 Ao离峰顶最大高度面积
（4）按支承面积的大小将轮廓图形分三个高度层：支承面积小 于25%的部分称为波峰，为最高层；在25%~75%之间部分称 为波中，为中间层；大于75%部分为波谷，最低层。
5. 针描法：
利用仪器的触针与被测表面相接触，并使触针 等速的沿表面轮廓移动以描述出轮廓的图形。 最常使用的是表面轮廓仪。
2. 表面粗糙度的评定参数
z 为轮廓上各点的高度，m-m 为轮廓中线，L 为取样长度，h 为峰或谷距任一平行于中线的
基线距离。
（1）轮廓算术平均偏差Ra(Arithmetic average
roughness)轮廓上各点高度在测量长度范围内的 算术平均值，数学表达式：
概率统计表达式：
zi 以中线为起点度量出的轮廓高度； n 标准长度内测量的次数； ƒ(x) 轮廓图形的分布函数。
（2）表面波纹度：
表面周期性重复出现的几何形状误差，是有规律、 周期性、峰和谷的大小几乎相等的表面宏观误差。 是由机床- 工件-刀具系统的振动和机床传动件的 缺陷引起的。它的存在对摩擦磨损是有害的，减 少配合件的实际接触面积，导致真实接触表面压 强增加，加快零件的磨损。
波高 h：波峰与波谷之距离。 波距 s：相邻波形对应点距离。
面轮廓曲线与中线交点各波形之间距离的算术平 均值。该参数反应了表面不规则起伏的波长或间 距以及粗糙峰的疏密程度。
（5）支承面曲线：即能表示粗糙表面的微凸体高
度分布，也能反映摩擦表面磨损到一定程度时支承 面积的大小。主要用于计算实际接触面积，一般用 二维作图法求支承面曲线。
（1）以通过最高峰顶点的直线为零位线，在标准长 度L的轮廓曲线上，作与中线平行的一系列直线， 如h1、h2、h3…..
算术平均偏差Ra反映了取样长度范围内轮廓随机
分布高度偏离概率分布中心的绝对平均情况，不能 真实反映出表面轮廓的离散性和波动性，但由于其 定义与测量仪表读数设计原理一致，作为衡量表面 粗糙度的主要参数，被广泛采用。
（2）轮廓均方根偏差 Rq：轮廓图形上各点和中线 之间距离平方和平均值的平方根。均方根偏差比 算术平均偏差优越，在理论上普遍采用。
3 表面形貌统计学特性
切削加工的金属表面形貌包含了周期变化和随 即变化两个部分，单一形貌参数不能够描述复 杂的表面形貌，采用形貌统计参数能反映更多 的表面形貌信息。 （1).轮廓高度分布函数：切削加工表面的轮廓
（3）微观不平度十点平均高度Rz：在取样长度范围 内以平行轮廓中线的任一条直线为基准，测量轮 廓上五点最高的凸峰和五点最低的凹谷之间的算
术平均距离，hpi第i个最高的轮廓峰高，hvi第i个
最低的轮廓峰高。这一参数对表面轮廓的评定， 在测量时易受人为因素的影响，不能稳定反映出 表面的几何特征。
(4) 中线截距平均值 Sm：取样长度范围内，表
连续函数的轮廓曲线为积分形式：
4 表面形貌的测量
1. 光学法：
光学显微镜，适用于测量较规则表面的Sm值。 包括光切法和干涉法。
2. 电子显微镜：
适用于评定不均匀表面的粗糙度。
3. 截面法：
直接将轮廓表面切开进行表面几何形状的观察。
4. 流量法：
当流体从测量仪器与被测表面之间的缝隙流过 时，如果控制流体压力并测出一定量流体经过 缝隙的时间，根据流体力学原理，就可以推算 出表面的当量粗糙度。根据表面粗糙度的程度 不同，使用的流体有气体和液体两种。
表面粗糙度的特征：
1.变化规律：呈现某种规律性变化或为 无规律的随机变化特征。如车削、钻孔 或刨削等工艺加工的表面微凹凸体分布 往往具有一定的规律和方向性；磨削、 研磨或抛光等精加工表面则为无规律的 随机分布特征。
2.与摩擦磨损关系密切：表面粗糙度的 特征对接触表面的压力分布、接触变形 程度、分子吸引力的大小、以及摩擦阻 力和摩擦成因等有决定性的影响。
第一章 摩擦学基础知识
1 摩擦表面
1.表面形貌组成：
固体表面的微观几何形状，即形状公差、波 纹度和表面粗糙度统称为表面形貌。
（1）表面形状误差：
实际表面形状与理想表面形状的宏观 偏差，是一种连续而不重复的形状偏差。 它是机床- 工件- 刀具系统的误差和弹 性变形等造成，如机床和刀具精度不够、 不正确的加工规范或温度应力等。表面 形状误差的数值由最大偏差表示，国家 标准 GB1182～1184-80 规定了形状和 位置公差。
（3）表面粗糙度(surface
roughness)：是固体表面的基本形貌， 又称表面微观粗糙度，波距小，约 2~800μm，波高较低 0.03~400μm， 属表面微观几何形状误差。主要与切 削加工方法、刀具的运动轨迹、磨损 及工艺系统的高频振动有关。 GB1031-83 规定了表面粗糙度的参数 和数值。工程上通常采用表面粗糙度 表征表面的形貌参数。
高 度接近于正态分wenku.baidu.com（Gauss分布）：
σ为粗糙度的均方值，正态分布中称标准偏差， σ2为方差。相关参数定义为：
(2). 分布曲线的数字特征(矩）：
（1）一次矩算术平均值： 确定中线位置。
（2）二次矩-均方偏差： 衡量高度分布的离散性。
（3）三次矩-偏态 S：分布曲线偏离对称位置的 指标，正态分布曲线 S = 0，非正态分布可正 可负。
（4）四次矩-峰态K：分布曲线的陡峭度。正态K =3，K<3概率分散，表面凸峰较平缓。K >3概 率集中，凸峰较尖锐。
(3). 自相关函数R(l)：
反映了相邻轮廓的关系和轮廓曲线的变化趋势。 对于任一条轮廓曲线，自相关函数是各点的轮廓 高度与该点相距一定间隔处的轮廓高度乘积的数 学期望，即
离散函数：测量长度内测量点n，高度值xi，则
（2）将各平行线截取轮廓图形中微凸体的长度相加， 画在轮廓图右侧，直到轮廓图形的最低点为止，连 接图中各点，即得到支承面曲线。
（3）描述参数（GB3505-83)： 相对支承长度率：
支承面积： Ax离峰顶h处面积 Ao离峰顶最大高度面积
（4）按支承面积的大小将轮廓图形分三个高度层：支承面积小 于25%的部分称为波峰，为最高层；在25%~75%之间部分称 为波中，为中间层；大于75%部分为波谷，最低层。
5. 针描法：
利用仪器的触针与被测表面相接触，并使触针 等速的沿表面轮廓移动以描述出轮廓的图形。 最常使用的是表面轮廓仪。
2. 表面粗糙度的评定参数
z 为轮廓上各点的高度，m-m 为轮廓中线，L 为取样长度，h 为峰或谷距任一平行于中线的
基线距离。
（1）轮廓算术平均偏差Ra(Arithmetic average
roughness)轮廓上各点高度在测量长度范围内的 算术平均值，数学表达式：
概率统计表达式：
zi 以中线为起点度量出的轮廓高度； n 标准长度内测量的次数； ƒ(x) 轮廓图形的分布函数。
（2）表面波纹度：
表面周期性重复出现的几何形状误差，是有规律、 周期性、峰和谷的大小几乎相等的表面宏观误差。 是由机床- 工件-刀具系统的振动和机床传动件的 缺陷引起的。它的存在对摩擦磨损是有害的，减 少配合件的实际接触面积，导致真实接触表面压 强增加，加快零件的磨损。
波高 h：波峰与波谷之距离。 波距 s：相邻波形对应点距离。
面轮廓曲线与中线交点各波形之间距离的算术平 均值。该参数反应了表面不规则起伏的波长或间 距以及粗糙峰的疏密程度。
（5）支承面曲线：即能表示粗糙表面的微凸体高
度分布，也能反映摩擦表面磨损到一定程度时支承 面积的大小。主要用于计算实际接触面积，一般用 二维作图法求支承面曲线。
（1）以通过最高峰顶点的直线为零位线，在标准长 度L的轮廓曲线上，作与中线平行的一系列直线， 如h1、h2、h3…..
算术平均偏差Ra反映了取样长度范围内轮廓随机
分布高度偏离概率分布中心的绝对平均情况，不能 真实反映出表面轮廓的离散性和波动性，但由于其 定义与测量仪表读数设计原理一致，作为衡量表面 粗糙度的主要参数，被广泛采用。
（2）轮廓均方根偏差 Rq：轮廓图形上各点和中线 之间距离平方和平均值的平方根。均方根偏差比 算术平均偏差优越，在理论上普遍采用。