摩擦与磨损
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
摩擦学（Tribology）
定义：研究相互运动物体的相互作用表
面及其有关理论和实践的科学技术。 内容： 摩擦（ friction ）、磨损（ wear ） 润滑（lubrication） 意义：
（1）wenku.baidu.com济方面 （2）理论方面 （3）应用方面
§2—1 摩
一．摩擦
擦（Friction）
1．定义：两个接触物体在外力作用下产生
减少边界摩擦的方法
在普通工作条件的机械的润滑剂中，加入油 性添加剂，如：油酸、甘油等。 在低速、重载的“极压条件”下工作的润滑 剂中，加入极压添加剂（又称油膜增强剂）， 如：酯。
边界摩擦实例：气缸套—活塞环，凸轮— 挺杆等。
物理吸附膜
矿物润滑油中常含有一些极性物质，其分子的一
端是带有强电荷的极性团，与金属表面亲和力强， 在金属表面形成单层分子或多层分子的吸附膜。 因此，摩擦发生在金属表面的极性分子的非极性 端，从而有效地防止摩擦表面的直接接触，减少 了摩擦。 物理吸附膜完全可逆，受热容易产生脱吸，所以 适用于常温、低速、轻载的摩擦副。
建立液体摩擦油膜必须具备的条件
摩擦表面应具有较高的加工精度和表面粗糙度 等级。 摩擦副零件的配合间隙要合适。 保证连续而又充分地供给一定温度下粘度合适 的润滑油。 摩擦副零件必须具有足够高的相对滑动速度。
4 混合摩擦：
半干摩擦：介于边界摩擦和干摩擦间的摩擦。 半液体摩擦：介于边界摩擦和液体摩擦间的摩 擦。
化学吸附膜
润滑剂中的一些极性分子的有价电子与
金属或其氧化表面的交换电子产生新的 化合物，定向排列吸附于金属表面。 化学吸附膜很薄，且吸附于脱吸不完全 可逆，受热发生脱吸。
化学反应膜
在润滑油中加入硫、磷、氯等元素的添
加剂（极压添加剂），在高温下这些元 素与金属表面发生化学反应形成厚度较 大的化学反应膜。 化学反应膜稳定，用于高温、高压、高 滑动速度的摩擦副。
结论
（1）实际表面是凹凸不平的； （2）接触表面并非真正的全部接触： 实际接触面积名义接触面积； （3）即使在接触点上，也可能有表面 膜把金属隔开。
三、（滑动）摩擦机理
1 机械理论（凹凸说）1699年
产生摩擦的原因是由于表面凹凸不平的交错啮合 作用 而引起的。表面的粗糙度越大，摩擦力越大。 2 分子理论（分子说）：1734年，基本观点：产生 摩擦的原因是由于表面分子间的相互作用。 3 分子—机械理论： 1939年，认为：摩擦有两重性 （分子作用和机械作用）。
二、摩擦表面
相对运动（或运动趋势）时，接触表面产生 切向力和阻力矩以阻止运动的现象称为摩擦。 2．摩擦副：
相互运动零件配合表面的摩擦、磨损与 摩擦表面的形貌、表面层的结构和性能 有关。
摩擦表面的形貌（Surface Layer morphology）和表示方法
实际表面与理想表面存在一定的几何形状误差。 零件表面形貌可分为： 表面波度： 表面粗糙度：粗糙度（Ra） 宏观几何形状：用圆度、圆柱度、平面度
纯净摩擦 干摩擦 Dry Friction： 边界摩擦 Boundary Friction 液体摩擦（Liquid Friction） 混合摩擦：
干摩擦 Dry Friction
定义：摩擦表面间没有任何润滑剂时的摩擦。 特点：摩擦系数大，0.1～1.5。 摩擦机理：
机械作用：接触面积小→塑性变形→氧化膜被压 碎或剪切→分子溶合→冷焊→焊点被剪切 分子作用：塑性变形→晶格歪扭破碎→加工硬化 →表面温度升高，高于再结晶温度→硬化层发生 再结晶→温度继续升高→表面金属软化，发生粘 结和相变→继续运动→接触部分脱开→冷却淬火 →进一步提高硬度。 化学作用：氧化膜被压碎或剪切→裸露的金属氧 化→形成新的氧化膜。
边界摩擦 Boundary Friction
定义：在摩擦副的表面间，存在一层极薄 边界膜时的摩擦，称为边界摩擦。边界膜 分为物理吸附膜、化学吸附膜、化学反应 膜。 特点：
★边界膜的厚度很小（0.1微米），但仍可 使摩擦系数大大降低（0.05～0.5）。 ★摩擦磨损特性不取决于润滑剂的粘度，而 是取决于表面膜的特性。
表示。
轮廓算术平均偏差（Ra）
指在L长度范围内被测表面轮廓上的各点 至轮廓中线mm距离绝对值总和的算术平 均值。它是用表面轮廓在高度上的量来 反映表面粗糙度的大小。 （公式见课本）
表面层的结构（Surface Layer Composition）
金属表面层的具体结构： 表面层的硬度高于基体，提高表面的耐磨性。 表面层晶粒较细使晶界增加，对腐蚀介质中工作 的摩擦副不利。 表面层中存在着物理、化学和应力缺陷。会成为 磨损的应力集中源。
引起磨损的主要因素。
几何形状指标
平面度；公差带是距离为公差值t 的两个平行平
小结： 力求维持液体润滑;最低要维持边界润滑或混合 润滑;避免出现干摩擦。
第二节 磨损
一、磨损的概念
定义：摩擦副的表面物质，在摩擦的过程中 逐渐损失，使其尺寸、形状和位置精度及表 面层性质发生改变的现象，称为磨损。 磨损指标： 磨损量指标：磨损量、磨损率 几何形状指标：平面度、圆度、圆柱度
液体摩擦（Liquid Friction）
定义：摩擦副表面有一层由边界膜和流体膜组成 的润滑剂，摩擦表面不直接接触。 特点：摩擦系数小。 类型： ☆流体静压润滑：利用压力把润滑剂打入摩 擦表面使之隔开的润滑。需要一套专用的供油系统。 ☆流体动压润滑：利用摩擦表面的相对运动 使润滑剂流体自然产生内压来承受外部载荷 并使摩擦表面隔开的润滑。
4 粘着理论： 1942年，比较公认的理论。 Bowden等人，基本观点：实际接触面积小（名 义接触面积的千分之几或万分之几）应力大 表面膜破裂并伴有塑性变形（变形热）粘着 产生滑动阻力即摩擦力。
四、摩擦类型
按摩擦副的运动状态分：静摩擦和动摩擦 按摩擦副的运动形式分：滑动摩擦和滚动 摩擦 按摩擦表面的润滑状态分：
定义：研究相互运动物体的相互作用表
面及其有关理论和实践的科学技术。 内容： 摩擦（ friction ）、磨损（ wear ） 润滑（lubrication） 意义：
（1）wenku.baidu.com济方面 （2）理论方面 （3）应用方面
§2—1 摩
一．摩擦
擦（Friction）
1．定义：两个接触物体在外力作用下产生
减少边界摩擦的方法
在普通工作条件的机械的润滑剂中，加入油 性添加剂，如：油酸、甘油等。 在低速、重载的“极压条件”下工作的润滑 剂中，加入极压添加剂（又称油膜增强剂）， 如：酯。
边界摩擦实例：气缸套—活塞环，凸轮— 挺杆等。
物理吸附膜
矿物润滑油中常含有一些极性物质，其分子的一
端是带有强电荷的极性团，与金属表面亲和力强， 在金属表面形成单层分子或多层分子的吸附膜。 因此，摩擦发生在金属表面的极性分子的非极性 端，从而有效地防止摩擦表面的直接接触，减少 了摩擦。 物理吸附膜完全可逆，受热容易产生脱吸，所以 适用于常温、低速、轻载的摩擦副。
建立液体摩擦油膜必须具备的条件
摩擦表面应具有较高的加工精度和表面粗糙度 等级。 摩擦副零件的配合间隙要合适。 保证连续而又充分地供给一定温度下粘度合适 的润滑油。 摩擦副零件必须具有足够高的相对滑动速度。
4 混合摩擦：
半干摩擦：介于边界摩擦和干摩擦间的摩擦。 半液体摩擦：介于边界摩擦和液体摩擦间的摩 擦。
化学吸附膜
润滑剂中的一些极性分子的有价电子与
金属或其氧化表面的交换电子产生新的 化合物，定向排列吸附于金属表面。 化学吸附膜很薄，且吸附于脱吸不完全 可逆，受热发生脱吸。
化学反应膜
在润滑油中加入硫、磷、氯等元素的添
加剂（极压添加剂），在高温下这些元 素与金属表面发生化学反应形成厚度较 大的化学反应膜。 化学反应膜稳定，用于高温、高压、高 滑动速度的摩擦副。
结论
（1）实际表面是凹凸不平的； （2）接触表面并非真正的全部接触： 实际接触面积名义接触面积； （3）即使在接触点上，也可能有表面 膜把金属隔开。
三、（滑动）摩擦机理
1 机械理论（凹凸说）1699年
产生摩擦的原因是由于表面凹凸不平的交错啮合 作用 而引起的。表面的粗糙度越大，摩擦力越大。 2 分子理论（分子说）：1734年，基本观点：产生 摩擦的原因是由于表面分子间的相互作用。 3 分子—机械理论： 1939年，认为：摩擦有两重性 （分子作用和机械作用）。
二、摩擦表面
相对运动（或运动趋势）时，接触表面产生 切向力和阻力矩以阻止运动的现象称为摩擦。 2．摩擦副：
相互运动零件配合表面的摩擦、磨损与 摩擦表面的形貌、表面层的结构和性能 有关。
摩擦表面的形貌（Surface Layer morphology）和表示方法
实际表面与理想表面存在一定的几何形状误差。 零件表面形貌可分为： 表面波度： 表面粗糙度：粗糙度（Ra） 宏观几何形状：用圆度、圆柱度、平面度
纯净摩擦 干摩擦 Dry Friction： 边界摩擦 Boundary Friction 液体摩擦（Liquid Friction） 混合摩擦：
干摩擦 Dry Friction
定义：摩擦表面间没有任何润滑剂时的摩擦。 特点：摩擦系数大，0.1～1.5。 摩擦机理：
机械作用：接触面积小→塑性变形→氧化膜被压 碎或剪切→分子溶合→冷焊→焊点被剪切 分子作用：塑性变形→晶格歪扭破碎→加工硬化 →表面温度升高，高于再结晶温度→硬化层发生 再结晶→温度继续升高→表面金属软化，发生粘 结和相变→继续运动→接触部分脱开→冷却淬火 →进一步提高硬度。 化学作用：氧化膜被压碎或剪切→裸露的金属氧 化→形成新的氧化膜。
边界摩擦 Boundary Friction
定义：在摩擦副的表面间，存在一层极薄 边界膜时的摩擦，称为边界摩擦。边界膜 分为物理吸附膜、化学吸附膜、化学反应 膜。 特点：
★边界膜的厚度很小（0.1微米），但仍可 使摩擦系数大大降低（0.05～0.5）。 ★摩擦磨损特性不取决于润滑剂的粘度，而 是取决于表面膜的特性。
表示。
轮廓算术平均偏差（Ra）
指在L长度范围内被测表面轮廓上的各点 至轮廓中线mm距离绝对值总和的算术平 均值。它是用表面轮廓在高度上的量来 反映表面粗糙度的大小。 （公式见课本）
表面层的结构（Surface Layer Composition）
金属表面层的具体结构： 表面层的硬度高于基体，提高表面的耐磨性。 表面层晶粒较细使晶界增加，对腐蚀介质中工作 的摩擦副不利。 表面层中存在着物理、化学和应力缺陷。会成为 磨损的应力集中源。
引起磨损的主要因素。
几何形状指标
平面度；公差带是距离为公差值t 的两个平行平
小结： 力求维持液体润滑;最低要维持边界润滑或混合 润滑;避免出现干摩擦。
第二节 磨损
一、磨损的概念
定义：摩擦副的表面物质，在摩擦的过程中 逐渐损失，使其尺寸、形状和位置精度及表 面层性质发生改变的现象，称为磨损。 磨损指标： 磨损量指标：磨损量、磨损率 几何形状指标：平面度、圆度、圆柱度
液体摩擦（Liquid Friction）
定义：摩擦副表面有一层由边界膜和流体膜组成 的润滑剂，摩擦表面不直接接触。 特点：摩擦系数小。 类型： ☆流体静压润滑：利用压力把润滑剂打入摩 擦表面使之隔开的润滑。需要一套专用的供油系统。 ☆流体动压润滑：利用摩擦表面的相对运动 使润滑剂流体自然产生内压来承受外部载荷 并使摩擦表面隔开的润滑。
4 粘着理论： 1942年，比较公认的理论。 Bowden等人，基本观点：实际接触面积小（名 义接触面积的千分之几或万分之几）应力大 表面膜破裂并伴有塑性变形（变形热）粘着 产生滑动阻力即摩擦力。
四、摩擦类型
按摩擦副的运动状态分：静摩擦和动摩擦 按摩擦副的运动形式分：滑动摩擦和滚动 摩擦 按摩擦表面的润滑状态分：