第五章磨损原理
《机械常识》课件-第五章 常用机构
机构。它们一般是通过改变铰链四杆机构某些
构件的形状、相对长度或选择不同构件作为机
架等方式演化而来的。
1．曲柄滑块机构
具有一个曲柄和一个滑块的平面四杆机构称为曲
柄滑块机构。曲柄滑块机构由曲柄、滑块、连杆和机
架组成。曲柄做旋转运动，滑块做往复直线运动。
在做功行程中，
活塞3承受燃气压力
在气缸内做直线运
往复直线运动或往返摆动。
（3）圆柱凸轮机构
圆柱凸轮为一个有沟槽的圆柱体，它绕
中心轴做旋转运动。从动件在平行于凸轮轴
线的平面内做直线移动或摆动。
（4）端面圆柱凸轮机构
端面圆柱凸轮是一
端带有曲面的圆柱体，
它绕中心轴做旋转运动。
从动件在平行于凸轮轴
线的平面内移动或摆动。
2.从动件的端部形状
（1）尖端从动件
1．齿式棘轮机构的组成和工作原理
当主动件做连续往复
摆动时，棘轮做单向间歇
运动。
2．齿式棘轮机构的类型
齿式棘轮机构是通过装于定轴摆动
摇杆上的棘爪推动棘轮做一定角度间歇
转动的机构。齿式棘轮机构有外啮合式
和内啮合式两种。
（1）外啮合齿式棘轮机构
1）单动式棘轮机构
有一个驱动棘爪，只
有当摇杆朝着某一方向摆
动时才能推动棘轮转动，
而反向摆动则无法推动棘
轮转动。
2）双动式棘轮机构
有两个驱动棘爪，
当主动件做往复摆动时，
两个棘爪交替带动棘轮
朝着同一方向做间歇运
动。
3）可变向棘轮机构
棘爪可 绕销轴 翻转 ，
棘爪爪端外形两边对称，
棘轮的齿形制成矩形。使
用时，如果将棘爪翻转，
则棘轮反向转动。
磨损及磨损原理-第一讲.
1.8磨损的评定
磨损时零件表面的损坏是材料表面单个微观体积损坏的总和。目前 对磨损评定方法还没有统一的标准。这里主要介绍三种方法：磨损量、 耐磨性和磨损比。 （1）磨损量 评定材料磨损的三个基本磨损量是长度磨损量Wl、体积磨损量Wv和 重量磨损量Ww。 长度磨损量是指磨损过程中零件表面尺寸的改变量，这在实际设备的 磨损监测中经常使用。 体积磨损量和重量磨损量是指磨损过程中零件或试样的体积或重量的 改变量。 在所有的情况下，磨损都是时间的函数，因此，用磨损率Wt'来表示 时间的特性。其它指标还有磨损强度 W'(单位摩擦距离的磨损量，有人 也把它称为磨损率)，和磨损速度WT'(是指机器完成一单位工作量的磨损 量 )。
非典型磨损曲线
2. 磨损特性曲线
典型浴盆曲线典 型浴盆曲线
磨损率:单位时间内单位载荷下材 料的磨损量的表示
1.7 磨损类型
1、磨损
类型
其 他 磨 损 类 型
2、 表面破坏方式及特征
破坏方式
微动磨损 剥 层
基
本
特
征
磨损表面有粘着痕迹，铁金属磨屑被氧化成红棕色氧化物，通常 磨损表面有粘着痕迹，铁金属磨屑被氧化成红棕色氧化物，通 作为磨料加剧磨损。 常作为磨料加剧磨损。 破坏首先发生在次表层，位错塞积，裂纹成核，并向表面扩展， 破坏首先发生在次表层，并向表面扩展，最后材料以薄片状剥落， 最后材料以薄片状剥落，形成片状磨屑。 形成片状磨屑。
1.6
磨损过程的一般规律：
1、磨损过程分为三个阶段:
金属材料磨损原理
金属材料磨损原理
金属材料磨损是指金属材料在摩擦、磨擦或磨料的作用下，表面发生剥离、破裂或破坏的现象。
磨损是金属材料使用中不可避免的现象，它会减少零部件的寿命，影响设备的可靠性和效率。
金属材料磨损的原理可以归纳为三个方面：机械磨损、化学磨损和疲劳磨损。
机械磨损是由于摩擦力和表面载荷导致金属表面的物质剥离或形变。
当金属材料表面与另一个材料接触并相对运动时，表面的原子会发生位移和形变。
在高载荷和高速度下，金属表面会发生塑性变形和微观裂纹，最终导致表面剥离或破坏。
化学磨损是由于金属材料与外界介质发生化学反应而引起的磨损。
金属材料表面容易受到露天环境中的氧气、水分、酸碱等物质的侵蚀和氧化。
这些化学作用会导致金属表面的腐蚀、锈蚀和表面层的剥落，加速材料的磨损。
疲劳磨损是由于金属材料受到重复应力加载而造成的磨损。
当金属材料长时间处于应力加载状态下，其晶粒会发生位移和聚集，导致表面的微小裂纹扩展。
随着裂纹的扩展和交叉，最终导致金属材料的破裂和剥离。
为了减少金属材料的磨损，可以采取以下措施：选择更耐磨损的金属材料，提高材料的硬度和强度；表面处理，如涂层、渗碳等，增加材料的耐磨性；改善润滑条件，减少摩擦力和磨损；
设计合理的接触面形状和尺寸，减少局部应力集中。
通过综合运用这些方法，可以有效延长金属材料的使用寿命，提高设备的可靠性和效率。
为什么有些物品会变得有磨损
为什么有些物品会变得有磨损
1. 基本力学原理
物体通过弯曲、变形、压缩、拉伸以及冲击等刚性动作，能够发生结构调整，并产生磨损。
只要物体接触到非均匀的物质表面，就会发生磨损，并且在接触过程中产生的高温也对磨损有一定的影响。
2. 腐蚀
空气中的氧气、碱性物质和其它化学成分。
它们的存在足以破坏物体的表面，使表面脱落，引起一种称为腐蚀的磨损现象。
如果是由自然因素导致的腐蚀，是不可逆转的，单纯依靠清洁和重新涂敷油漆以控制腐蚀程度大部分是不可能的。
3. 摩擦
摩擦依赖于磨损材料之间有冲击正发生时，在分子和宏观颗粒产生拉伸、弯曲、折叠、摩擦以及剥落等效果，使表面磨损、损坏、变形。
而随着摩擦作用的增强，物质的损耗也随之增加。
由于基本上绝大部分的物体交互行为会对对方产生摩擦，因此会发生磨损。
4. 热变形
热变形是物体直接受到热能的影响，然后由于热量的作用而变形的现象。
例如，当贴近火焰的金属零件变暖时，它因热变形而变形。
越是脆弱的物体，受到热变形影响越显著，从而使得物体更容易磨损。
5. 物理影响
太阳射线。
强烈的阳光会导致物体表面的升温和褪色等现象，从而使物体更容易磨损，还有潮湿的环境，频繁的用力等也造成了物体表面的变形，和磨损。
《材料的磨损原理》课件
轴承磨损案例
总结词
轴承是机械设备中的关键部件，其磨损机制和影响因素较为复杂。
详细描述
轴承在运转过程中，内外圈和滚动体之间会发生接触摩擦，导致磨损。主要的磨 损机制包括粘着磨损、疲劳磨损和微动磨损等。材料的硬度、成分、表面处理和 润滑条件等都影响轴承的耐磨性。
刀具磨损案例
总结词
刀具的磨损对其使用寿命和加工精度有重要影响，涉及多种因素和机制。
磨损的定义和分类
定义
材料磨损是指材料在相对运动过程中 ，由于机械、化学或热的作用而导致 的表面损伤或质量损失。
分类
根据磨损机制的不同，将磨损分为粘 着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、冲蚀 磨损和腐蚀磨损等类型，并简要介绍 各种类型的特点和影响因素。
02
CATALOGUE
材料磨损原理
粘着磨损
粘着磨损是指两个接触表面在相对运动时，由于粘着效应而产生摩擦力 使表面材料转移或粘附到对方表面或伴随摩擦产生剪切应力使材料表层 发生塑性变形、撕裂和脱落的现象。
疲劳磨损
疲劳磨损是指摩擦表面在交变应力或循环应力的作用下，由于疲劳裂纹的 萌生和扩展，最终导致材料脱落的现象。
疲劳磨损与材料的疲劳强度、应力集中、循环次数和表面粗糙度等因素有 关。
疲劳磨损常见于滚动轴承、齿轮和曲轴等机械零件。
腐蚀磨损
腐蚀磨损是指摩擦表面与腐蚀介质相互作用，引起表面材料腐蚀和脱落的现象。
提高耐磨性。
耐腐蚀材料
02
针对腐蚀性环境，选择耐腐蚀的材料，如钛合金、某些塑料等
。
复合材料
03
利用复合材料的优势，将不同材料的优点结合，提高整体耐磨
性。
表面处理
表面涂层
在材料表面涂覆耐磨涂层 ，如镀铬、喷涂陶瓷涂层 等。
机械磨损与疲劳原理
机械磨损与疲劳原理机械磨损和疲劳是机械运作中常见的问题，对机械设备的寿命和性能有着重要的影响。
了解机械磨损和疲劳的原理，可以帮助我们更好地预防和处理相关问题。
本文将介绍机械磨损和疲劳原理的相关知识。
一、机械磨损原理机械磨损是指机械设备在长时间运行过程中，由于摩擦、磨削和冲击等力的作用，导致材料表面的物质逐渐失去，从而引起设备部件的尺寸变化和性能下降。
机械磨损有以下几种常见形式：1. 表面磨损：材料表面由于长期与其他物体接触而逐渐磨损，表现为表面凹陷、蚀痕和磨粒等。
2. 粒子磨损：材料表面受到外部固体颗粒的撞击和摩擦作用，导致表面磨损和材料溢出。
3. 疲劳磨损：当机械设备在频繁往复运动过程中，由于应力集中和材料循环加载作用，导致部件表面出现裂纹和磨损。
机械磨损的原因主要有摩擦、磨削、冲击和腐蚀等。
为了延长机械设备的使用寿命和性能，我们可以采取以下措施来减少机械磨损：1. 使用优质材料：选择质量优良、抗磨耐磨的材料可以减缓机械设备的磨损速度。
2. 加强润滑：合理选择润滑剂和润滑方式，减少部件之间的摩擦，降低机械设备的磨损程度。
3. 注意维护保养：定期检查和维护机械设备，及时更换磨损严重的部件，以防止进一步损坏。
二、机械疲劳原理机械疲劳是指机械设备在长时间运行中由于应力循环加载作用，导致设备部件的破坏和失效。
机械疲劳常见的形式有以下几种：1. 变形疲劳：机械设备在受到外力作用后，发生塑性变形后恢复原状，但在重复应力加载下，会出现微小的塑性变形，导致设备的疲劳破坏。
2. 应力疲劳：机械设备在应力作用下，由于应力大于材料的疲劳极限，导致部件表面出现裂纹、断裂等破坏情况。
3. 振动疲劳：机械设备在工作时受到来自振动的应力，长期以往，会导致部件破损和失效。
机械疲劳的原因主要有应力集中、氧化腐蚀、温度变化和振动等。
为了延长机械设备的使用寿命和避免疲劳破坏，我们可以采取以下措施：1. 加强设计：合理设计机械设备的结构和材料，以提高其承受应力的能力和抵抗疲劳的能力。
摩擦磨损计算原理
摩擦磨损计算原理
摩擦磨损计算是一种通过定量分析摩擦副接触表面磨损的方法。
摩擦磨损是由于摩擦接触表面间相对运动而造成的材料的损失，它在机械工程、材料科学和工程以及润滑和润滑剂研究中具有重要意义。
摩擦磨损计算的原理基于摩擦副接触表面的力学相互作用和材料学知识。
它主要包括以下几个方面的计算：
1. 接触面积计算：根据摩擦副的几何形状和运动状态，可以计算出接触面积。
接触面积是摩擦磨损计算的重要参数之一，它决定了摩擦副的受力分布和材料的磨损程度。
2. 受力分析：摩擦副的受力分析是计算摩擦磨损的关键步骤。
通过应用受力分析和力学平衡原理，可以确定摩擦接触表面上的接触压力、正常力、剪应力等参数。
这些参数对磨损的影响很大，可以用来评估材料的耐磨性能。
3. 磨损机理分析：磨损机理分析是了解摩擦磨损原因和方式的重要手段。
根据摩擦副的材料特性和工作条件，可以确定磨损机理。
常见的磨损机理有磨粒磨损、表面疲劳磨损和润滑失效等。
不同的磨损机制需要采取不同的计算方法。
4. 磨损量计算：通过将接触面积、受力分析和磨损机理结合起来，可以计算得出摩擦副接触表面的磨损量。
磨损量可以用摩擦系数、摩擦功率和磨损体积等物理量来表示。
总之，摩擦磨损计算基于力学和材料学原理，通过分析接触面积、受力分布和磨损机理，计算出摩擦副接触表面的磨损量，为优化设计提供指导。
对于工程设计和润滑管理有重要的参考价值。
摩擦学第五章磨损ppt课件
实际的磨损现象大都是多种类型磨损同时存在；或磨损状态随工 况条件的变化而转化。
摩擦学第五章磨损
9
第二节 粘着磨损
一、定义及其过程
1、定义：
(1) 在摩擦副中，相对运动的摩擦表面之间，由于粘着现象产生材料转移
此外，磨损率与滑动速度无关。
摩擦学第五章磨损
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金属的粘着磨损的磨损系数
润滑状况 相同 无润滑 15X10-4
金属/金属
相容
部分相容和 部分不相容
不相容
金属/ 非金属
5X10-4
1X10-4 0.15X10-4 1.7X10-6
润滑不良 30X10-5 10X10-5
润滑良好 润滑极好
30X10-6 10X10-7
假定磨屑半径 ，产生磨屑的概率 ，则滑动 距离磨损体积：
摩擦学第五章磨损
21
分析
粘着磨损的体积磨损率与法向载荷N (或正压力p)成正比，而与软金属材 料的屈服强度(或布氏硬度HB值)成反比。
当正压力
时，会使磨损加剧，产生胶合或咬死。
因此，在设计时应保证正压力不超过材料的布氏硬度的三分之一。
体积磨损率随着粘着磨损的磨损系数的增大而增大，而后者主要取决于摩 擦表面的润滑状况和两滑动金属相互牢固地粘着的趋向。
相溶性好的材料 材料塑性越高，粘着磨损越严重
脆性材料的抗粘着能力比塑性材料高 脆性材料：正应力引起，最大正应力在表面，损伤浅， 磨屑也易脱落，不堆积在表面。 塑性材料：剪应力引起，最大剪应力离表面某一深度， 损伤深。
摩擦学第五章磨损
25
三、防止和减轻粘着磨损的措施
摩擦磨损基本原理
4.犁沟效应
犁沟效应是硬金属的粗糙峰嵌入软金属后，在滑 动中推挤软金属，产生塑性流动并划出一条沟槽。 犁沟效应的阻力是摩擦力的组成部分，在磨粒磨损 和檫伤磨损中，为主要分量。
硬金属表面的粗糙峰由许多半角为θ 的圆锥体组成，在法向载荷作用下，硬 峰嵌入软金属的深度为h，滑动摩擦时， 只有圆锥体的前沿面与软金属接触。 接触表面在水平面上的投影面积A =πd2/8； 在垂直面上的投影面积S=dh/2。 如果软金属的塑性屈服性能各向同性，屈服极限为σs，于是 法向载荷W和犁沟力Pe 分别为
定律三：摩擦系数与滑动速度无关。虽然对于金属材料基 本符合，而对粘弹性显著的弹性材料，摩擦系数则明显与滑 动速度有关。
特别注意：在古典摩擦定律中，摩擦系数µ是一个常数。 大量的试验指出，很难确定某种摩擦副固定的摩擦系数， 仅在一定的环境(湿度温度等)和工况(速度和载荷等)下，对 于一定的材质的摩擦副来说，µ才有可能是一个常数。如在 正常的大气环境下，硬质钢摩擦副表面的µ为0.6，但在真 空下，其µ可达到2.0。 因此，通过摩擦试验测得试样的摩擦系数时，必须注明 试验条件，否则所得的试验数据没有意义。
a.金属的整体机械性质：如剪切强度、屈服极限、硬度、弹 性模量等，都直接影响摩擦力的粘着项和犁沟项。 b. 晶态材料的晶格排列：在不同晶体结构单晶的不同晶面 上，由于原子密度不同，其粘着强度也不同。如面心立方晶 系的Cu的(111)面，密排六方晶系的Co的(001)面，原子密度 高，表面能低，不易粘着。
对金属间的摩擦而言，主要是粘着作用，其次是“犁沟”作用。 而材料的弹性变形引起的能量消耗很小，因而对总摩擦阻力的 影响很小，故可忽略不计，因此摩擦阻力可用下式表达：
F = F 剪 + F犁
机械摩擦与磨损
机械摩擦与磨损摩擦是物体之间接触表面相对运动时产生的力的阻碍，常常引起能量损耗和磨损。
机械摩擦和磨损是一个广泛研究的领域，涉及到材料科学、工程学和物理学等多个学科。
本文将探讨机械摩擦与磨损的原理、常见磨损机制以及减少磨损的方法。
一、机械摩擦和磨损的原理机械摩擦力的产生主要是由于不同物体之间的相互作用力和物体表面形状的不规则性。
当两个物体之间存在相对运动时，它们表面原子之间的接触力导致了摩擦力的产生。
这一过程中，表面的微小凸起和凹陷随着相对运动被磨损，导致能量损耗和材料表面的物质消耗。
二、常见的磨损机制1. 粘着磨损：当两个物体相对运动时，表面原子之间的吸引力会导致粘着现象，使得物体表面材料被剥离或形成痕迹。
2. 疲劳磨损：循环加载和卸载会导致材料发生应力变化，造成表面微裂纹的扩展和最终的磨损。
3. 磨粒磨损：在摩擦过程中，杂质和硬颗粒被夹在物体表面之间，造成局部的损伤和表面磨损。
4. 腐蚀磨损：在特定环境中，例如润滑剂失效或者氧化性环境下，腐蚀会导致材料表面的腐蚀和磨损。
三、减少磨损的方法1. 润滑：通过在摩擦表面施加润滑剂，可以降低表面之间的接触力，减少摩擦和磨损。
2. 表面处理：表面涂层、氮化和硬质合金等技术可以增强材料的抗磨损性能，减缓磨损过程。
3. 设计优化：通过改变物体的几何形状和表面纹理，可以减少摩擦力的发生和磨损的产生。
4. 材料选择：选择具有高硬度和耐磨损特性的材料，可以有效地延长材料的使用寿命。
5. 磨损监测与维护：定期监测机械设备的磨损状况，及时进行维护和更换磨损部件，以减少不必要的磨损。
结论机械摩擦和磨损是工程和科学研究中一个重要的问题。
通过了解磨损的原理和机制，以及采取有效的减少磨损的方法，可以延长材料的寿命，提高设备的效率，并减少资源的浪费。
在未来的研究中，我们还需要进一步探索新的材料和技术，以应对不同工况和环境下的磨损问题。
磨损及磨损原理-第二讲
碳钢微动疲劳时表面损伤疲劳裂 纹扩展 循环次数 104，×400
诊断：
只要断口具有疲劳破坏特
征，裂纹源发生于微动磨痕，
裂纹扩展呈现阶段性即可确
认为微动疲劳破坏。
磨损及磨损原理-第二讲
（2）微动疲劳曲线（交变应力与循环周次曲线）
评定材料微动疲劳性能 的主要方法是在微动条 件下测定其应力(s)— 循环数(N)曲线，称为 s—N曲线。
磨损及磨损原理-第二讲
微动磨损的发生过程：
微动磨损基本上属于粘着磨损和磨粒磨损的混合机理： • 载荷使微凸体产生粘着磨损，而往复运动引起断裂并产生磨
屑。微动与腐蚀通常是同时发生的，被称作微动腐蚀。
• 例如，当钢磨粒产生后，出生的磨粒表面被氧化成Fe2O3， 形成褐红色粉末，这些氧化颗粒具有研磨性，由于表面之间 的紧配合和小振幅往复运动（约为几十微米），界面接触没 有暴露的机会，因而磨粒很难逃逸出摩擦表面，后续的往复 运动就会产生磨粒磨损和氧化. 往复运动通常来自外部振动， 但多数情况是接触界面的某个表面承受周期应力（或疲劳） 的结果，这将引发早起疲劳裂纹而产生更大的微动磨损，称 为微动疲劳。
根据被氧化磨屑的颜色，往往可以断定是否发生微动 磨损。如被氧化的铁屑呈红色，被氧化的铝屑呈黑色，则
磨损及磨损原理-第二讲
振动时就会引起磨损。
左图为303不 锈钢轴表面产 生微动腐蚀后 的照片。
在外观上，微动磨损的表面特 征是黑色金属上有褐红色斑点且 临近区域被抛光，因为硬质铁氧 化体磨屑具有研磨作用。
种复合型式的磨损。在有振动的机械中，螺纹联接、花键 联接和过盈配合联接等都容易发生微动磨损。
微动磨损的机理：摩擦表面间的法向压力使表面上的 微凸体粘着。粘合点被小振幅振动剪断成为磨屑，磨屑接 着被氧化。被氧化的磨屑在磨损过程中起着磨粒的作用， 使摩擦表面形成麻点或虫纹形伤疤。这些麻点或伤疤是应 力集中的根源。
材料磨损原理
滚动接触疲劳的形成机理
• 裂纹源及萌生机理： 1）疲劳裂纹起源于表面。
（棘齿效应导致材料 塑性变形最终形成裂 纹）。
棘齿效应
• 由于接触材料表面在相当高的摩擦力作用 下，造成材料表面的塑性流动，当材料的 塑性流动超过变形极限，则形成表面材料 开裂，由如此循环作用的不断累积，在材 料表面形成棘齿状形貌，这一过程则称为 棘齿效应
• 疲劳裂纹起源于次表面：
裂纹起源于最大切应力处，材料表面受到 切向作用力而在材料表面及内部形成剪切 应变的一个应力场，当材料内部的形变达 到韧性极限则出现裂纹状的空洞，导致轮 轨发生麻点剥落，剥离，断裂。
影响因素
• 材料自身（主要因素）：钢轨钢的组织结 构中各相的成分以及含量多少对滚动接触 疲劳会产不同程度的影响
改善措施
• 材料自身：提高轮轨强度，硬度，减少马 氏体组织的产生，加入铬、钒铬合金或是 稀土元素
• 改善工作条件：保持轮轨表面清洁，减少 雨天等复杂天气行车
• 优化轮轨型面：从锥形踏面到磨耗形踏面 ， 从而减低了轮轨接触应力
一、定义
• 滚动摩擦是一个物体（滚动体）在另一个 物体的表面（可以是平面或是曲面）上滚 动时遇到的阻力，滚动体一般是球体或圆 柱体等回转体。
• 滚动接触疲劳：是在一 对滚动接触的接触 副相接触过程中，由于接触区的循环力作 用 ，导致材料表面或次表面形成裂纹并发 展以至于材料疲劳损伤失效。
• 钢轨和车轮的滚动接触疲劳 对于世界上许 多国家的铁路工业来说都是一个相当严重 的问题 。
• 外部条件： 表面光洁度（水或油被当作是 引起表面裂纹扩展的主要原因，被称为 “第三介质”）
• 导致的结果： 1）导致摩擦系数减小，进
而使得列车的牵引 和制 动效果降低了。 2）能使接触区范围内材料的 组织结构发生改变，导致 贝氏体的产生。
摩擦磨损基本原理
摩擦磨损基本原理摩擦磨损是指两个接触的物体之间由于相对运动而产生的表面损伤现象。
摩擦磨损是一种普遍存在的现象，对于润滑技术、材料科学、机械工程等领域具有重要意义。
摩擦磨损的基本原理涉及到力学、热学、接触力学、表面科学等多个学科的知识。
摩擦磨损的基本过程可以概括为接触、破坏和脱落三个阶段。
在接触过程中，两个物体表面因为施加的外力而发生相互接触。
接触区域的应力和应变随着施加的力的增大而增加，而且还受到表面形貌、材料硬度等参数的影响。
随着外力增大，接触区域的变形加大，产生摩擦力，使得物体相对运动。
摩擦力对磨损的贡献主要通过两个方面：一是由于摩擦力的作用，使得接触区域的局部温度升高，导致材料处于高温和高应力状态，从而容易发生热疲劳、塑性变形和相变等现象。
这些过程都会导致表面产生裂纹、变形和疲劳剥落等磨损现象。
二是由于摩擦力的作用，使得接触区域的材料发生塑性流动和磨粒切削现象。
这些过程会导致材料的变形和脱落，从而造成表面的磨损。
在摩擦磨损的研究中，磨损机理的理论模型被广泛运用。
其中，最基本的模型是Archard模型，该模型认为磨损量与应力、相对滑动距离和材料的硬度等参数有关。
这个模型的关键假设是磨损过程中的材料脱落量与实际接触面积成正比。
基于此模型，许多研究进一步提出了考虑表面形貌、摩擦力、温度效应和润滑剂的改进模型。
另外，摩擦磨损也与材料的物理化学性质密切相关。
例如，摩擦磨损中的表面氧化和化学反应会使材料表面的性质发生变化，从而影响磨损机理。
一些研究表明，表面的硬度和化学反应等特性会影响摩擦磨损的发展。
此外，润滑剂也是影响摩擦磨损过程的重要因素。
润滑剂通过减少表面间的摩擦力和热量生成，降低了材料表面的磨损。
摩擦磨损的研究和控制对于提高机械零部件的寿命和可靠性具有重要意义。
通过优化材料硬度、润滑剂的选择和设计更好的表面形貌等手段，可以减少摩擦磨损的发生。
此外，对于特定工况下的摩擦磨损问题，还可以采用更先进的摩擦材料、表面处理技术和涂层技术等措施来提高材料的耐磨性能。
(整理)摩擦和磨损与润滑学的基本原理
摩擦和磨损与润滑学的基本原理一、摩擦和摩擦的种类1.什么是摩擦？相互接触的物体沿着它们的接触面做相对运动时，会产生阻碍物体相对运动的阻力，这种现象称为摩擦。
这种阻力叫摩擦力。
2.摩擦的种类摩擦的种类很多，因为研究的依据不同，摩擦的分类也不同。
按摩擦副的运动状态分为静摩擦和动摩擦；按摩擦副运动形式分类分为滑动摩擦、滚动摩擦和自旋摩擦；按摩擦发生的部位分类分为内摩擦和外摩擦；按摩擦副表面润滑状况分类分为静摩擦、干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。
本文重点介绍静摩擦、干摩擦、边界摩擦、流体摩擦（液体摩擦）和混合摩擦。
（1）静摩擦是指摩擦表面没有任何吸附膜或化合物存在时的摩擦。
静金属的摩擦会产生表面粘着。
（2）干摩擦是指在大气条件下，摩擦表面没有任何润滑剂存在的摩擦。
严格说干摩擦是在接触表面上无任何其他介质，如自然污染膜、润滑膜以及湿气等。
干摩擦是消耗动力最多，磨损最严重的一种摩擦。
（3）边界摩擦是指摩擦表面有一层极薄得润滑膜存在时的摩擦。
这层膜称为边界油膜。
（4）流体摩擦是指摩擦表面完全被润滑油膜隔开时的摩擦。
这种摩擦发生在界面的润滑剂膜内，摩擦阻力最小，磨损最小。
（5）混合摩擦——是指属于过渡状态的摩擦，包括半干摩擦和半流体摩擦。
半干摩擦是指同时存在着干摩擦和边界摩擦的混合摩擦。
半流体摩擦是指同时存在着流体摩擦和边界摩擦（或干摩擦）的混合摩擦。
二、磨损和磨损的种类1.什么是磨损？是指两个相互接触的物体发生相对运动时，物体表面的物质不断地转移和损失。
磨损的结果使相对运动的物体表面不断有微料抖落，表面性质、几何尺寸均发生改变。
2.磨损的三个阶段磨损阶段、稳定磨损阶段和急剧磨损阶段3.磨损的种类按磨损的破坏机理，通常把磨损分为粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损五种。
（1）粘着磨损由于摩擦表面存在着一定的粗糙度，在压力的作用下，当摩擦表面做相对运动时，在真空接触点上产生瞬时高温，使其表面软化，熔化，甚至相互粘着，接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面，这种现象就叫做粘着磨损。
摩擦学原理第章磨损理论
摩擦学原理第章磨损理论本文将讨论摩擦学原理中的磨损理论。
磨损是指两个物体表面接触，因相对运动或静止而引起的表面质量减少或形状变化。
因此，磨损是一种不可避免的表面现象。
在制造过程中对磨损进行研究是极其重要的，因为磨损会导致成本增加，使得设备和部件的寿命减少。
因此，磨损理论对于工程师来说是非常重要的。
磨损机理磨损的机理可以分为三种类型:粘着磨损粘着磨损是指表面接触时，两个物体的接触点出现局部的塑性形变，导致两个物体表面产生能够在断裂时撕裂的结合力。
这种磨损主要出现在金属材料中。
它的形成是由于两个表面间的粘着摩擦力超过了物体表面的材料强度而引起的。
磨粒磨损磨粒磨损是指在表面接触过程中，其中一个物体表面的硬颗粒形成的极高应力，在另一物体表面的损耗机制下形成切削或剥落的表面损伤。
这种磨损主要出现在有磨料的环境中。
疲劳磨损疲劳磨损是指在表面接触中受到重复载荷作用的物体表面，由于载荷的作用，表面形成微小的裂纹，这些裂纹随着时间的推移逐渐扩大，最终导致断裂。
这种磨损主要出现在金属材料中。
磨损测试了解磨损机理对于测试磨损有很大的帮助。
使用标准试验程序，可以评估不同材料之间的磨损率和耐磨性能。
在磨损测试过程中，机器将不同材料的样本表面接触，并测量它们之间的摩擦力和磨损量。
这些测试可以通过摩擦器、磨损测试机等设备来完成。
磨损控制由于磨损对机械设备和部件的寿命和成本都有很大的影响，控制磨损已成为一个非常重要的问题。
磨损控制采取各种方法，包括材料的使用、表面涂层、润滑剂、设计和运行条件的优化等。
下面我们将简单介绍这些方法的一些方面。
材料的选择材料的选择对于磨损控制至关重要。
选择适合特定应用的材料，可以延长生命周期，增加效率，降低维护成本。
通常使用高硬度、高耐磨损的金属、陶瓷和聚合物等材料来提高材料的耐磨性能。
表面涂层涂层是一种能够提高材料表面耐磨性能和摩擦系数的方法。
涂层可以使材料表面粗糙度减小，并降低摩擦力。
常用的涂层材料有核化镀层、磷化处理和高分子膜等。
《摩擦与磨损原理》word版
摩擦与磨损原理（复习资料）摩擦学定义：摩擦学是研究作相对运动的相互作用表面及其有关的理论和实践的一门科学技术。
摩擦学又是一门涉及多学科的边缘学科，其涉及的主要学科为物理学、化学、机械工程、断裂力学、材料力学、流体力学等等。
摩擦学涉及领域广泛，主要的研究内容可以归纳为以下几个方面：1、摩擦；2、磨损；3、流体润滑理论；4、边界润滑；5、润滑剂与润滑技术；6、摩擦学测试技术。
摩擦学设计的任务就是利用摩擦学的现有知识，对一个特定对象通过合理的设计方法使其获得良好的摩擦学性能。
摩擦学设计过程中需要注意摩擦学的几个主要特性：(1)、摩擦学的系统性；（2）、摩擦学的时空性；（3）、摩擦学的多学科性。
固体表面的微观几何形状统称为表面形貌。
真实表面形貌，它由表面形状误差、波纹度和表面粗糙度组成。
1、表面形状误差：在制造机器零件的过程中，机床-工件-刀具系统的误差及弹性变形，导致表面形状误差，数值由最大偏差表示，一般用平面度、圆度和圆柱度等误差来表示。
2、波纹度是制造机器零件过程中，机床—工件-刀具系统的振动和机床传动件的缺陷周期性重复在机器零件已加工表面上的结果。
3、波纹度是制造机器零件过程中，机床—工件-刀具系统的振动和机床传动件的缺陷周期性重复在机器零件已加工表面上的结果。
表面形貌参数：微观不平度也称为微观不平度十点平均高度，是在取样长度L内，5个最大的轮廓峰高的平均值与5个最大的轮廓谷深的平均值之和称为R z。
在取样长度内,被测轮廓线上各点到中线距离的绝对值总和的算术平均值，称为轮廓算术平均偏差R a。
表面的物理吸附和化学吸附：物理吸附是非常快的可逆过程，吸附分子保持自己的特性，并可脱吸。
化学吸附比物理吸附具有更大的活化能，吸附过程是不可逆的，化学吸附膜比物理吸附稳定。
金属表面层是由若干层次组成的表面层：外表面层有物理吸附和化学吸附作用生长的吸附层及因氧化形成的氧化膜层。
塑性变形层称内层。
真实物体的表面不是理想光滑的表面，当两个表面相接触时，只是在表面的个别地方接触，这些离散的接触面积的总和构成实际接触面积。
磨损与摩擦的基本原理及其应用
磨损与摩擦的基本原理及其应用磨损和摩擦是我们生活中经常遇到的现象。
我们走路时，鞋底与地面的摩擦产生噪音，驾车时，车轮和地面的摩擦使我们车辆行驶。
同时，磨损和摩擦也是一项重要的研究领域，与工程学、材料学、机械制造等众多领域息息相关。
本文将介绍磨损和摩擦的基本原理及其应用。
一、摩擦的基本原理摩擦可以定义为两个物体接触并相对运动时的阻力。
摩擦力的大小与两个物体之间的接触面积和物体表面间的粗糙程度有关。
通常，摩擦力的大小可以通过以下公式表示：Ff = fN其中，Ff为摩擦力，f为摩擦系数，N为垂直于接触面的受力大小。
摩擦系数是一个无量纲数值，表示为μ。
它是考虑到物体表面状况的因素，如表面的成分、温度和光滑度等。
不同物体之间摩擦系数不同，例如，滑冰鞋在冰上滑行时的摩擦系数很小，而橡胶底鞋子在冰面表上行走时的摩擦系数较大。
摩擦力的大小决定了物体运动状态的变化，当物体沿着某个方向施加一定的力时，摩擦力会在反方向上阻碍运动，产生负加速度，即使物体足够大，对地面施加的力足够大，摩擦力也会阻碍物体移动。
二、磨损的基本原理磨损是材料表面因相互接触和摩擦而失去原来形状的现象。
摩擦往往导致材料表面磨损和损坏，主要分为两种类型：磨粒磨损和疲劳磨损。
磨粒磨损是指材料表面的颗粒和其他颗粒之间的摩擦损失。
磨损率取决于磨损颗粒的硬度和材料表面硬度的比较。
颗粒的尺寸越小，磨损率则越高。
磨粒磨损是一种常见的磨损方式，例如，机械零件在运转过程中容易受到此种磨损。
疲劳磨损又称为表面疲劳磨损，是由表面微小韧性变形引起的剥落或断裂而导致的，通常出现在高速运动的机械零件之间的接触面。
在机械工作时，因为机械零件之间的摩擦力和容易产生热量，从而导致零件表面的变形和裂纹。
一旦表面氧化，则容易受到疲劳磨损。
三、磨损与摩擦的应用磨损和摩擦在工程制造和材料科学中具有广泛的应用。
例如，工业生产中的磨损是一个非常重要的因素，因为它会影响设备的寿命和生产效率。
磨损的控制不仅可以降低运营成本，还可以提高设备的寿命和可靠性。
机械设计基础磨损和润滑原理
机械设计基础磨损和润滑原理机械设计中的磨损和润滑原理是关于机械部件表面的摩擦和磨损以及如何减少摩擦和磨损的理论研究。
本文将从磨损的类型、润滑原理和润滑方式三个方面进行探讨。
一、磨损的类型磨损是指机械零部件在工作过程中由于相对运动造成的表面损坏现象。
常见的磨损类型有磨粒磨损、疲劳磨损和涂层磨损。
磨粒磨损是指有了磨粒的情况下，在载荷的作用下，机械零部件出现的破坏。
磨粒可以从摩擦副中产生，也可由润滑剂中的杂质形成。
这种磨损可以通过控制润滑剂的质量来减少。
疲劳磨损是指机械零部件在循环加载的作用下，由于产生应力集中和表面疲劳引起的磨损现象。
减少疲劳磨损的关键是提高材料的强度和抗疲劳性能。
涂层磨损是指由于涂层层面相对移动而导致涂层损坏。
涂层通常是为了提高材料的表面硬度和耐磨性，但当涂层出现质量问题时，就容易出现磨损。
二、润滑原理润滑原理是指通过在机械零部件表面形成一层润滑膜，使表面之间的摩擦和磨损减少的理论原理。
常见的润滑原理有液体润滑原理和固体润滑原理。
液体润滑原理是指通过液体介质在机械零部件表面形成一层润滑膜，减少摩擦和磨损。
液体润滑分为边界润滑、混合润滑和流体动压润滑三种形式。
边界润滑是指液体介质只在机械零部件表面形成一层极薄的润滑膜，减少摩擦。
混合润滑是指液体介质在表面间填充物质的沟槽中形成润滑膜，减少磨损。
流体动压润滑是通过液体介质的压力来支撑机械零部件，减少接触应力，达到减少磨损的效果。
固体润滑原理是指通过在机械零部件表面涂覆一层固体润滑剂，使表面摩擦减少的原理。
固体润滑分为干摩擦润滑和液滴浸润润滑两种形式。
干摩擦润滑是指通过在机械零部件表面涂覆一层干润滑剂，形成一层干润滑膜，减少摩擦和磨损。
液滴浸润润滑是指在机械零部件表面涂覆一层液滴型润滑剂，使表面摩擦减小。
三、润滑方式润滑方式是指润滑剂与机械零部件之间的相对运动形式。
常见的润滑方式有辗轧润滑、滑动润滑和混合润滑。
辗轧润滑是指润滑剂与机械零部件之间的相对运动为球和滚道、滚子和滚道之类的辗轧运动形式。
摩擦学原理(第5章磨损规律)
5.2.3 表面品质与磨损
• 摩擦副所处的工况条件不同，最优粗 糙度也不同。在繁重工况条件下，由 于摩擦副的磨损严重，因而最优粗糙
度也相应增大。如图5.11所示，工况
条件包含摩擦副的载荷、滑动速度的 大小、环境温度和润滑状况等。
HR0
图5.11 不同工况
HR 的值 0
5.2.3 表面品质与磨损
• 图5.12说明：不同粗糙度的表面在磨合过程中粗糙度的变化。在一定的 工况条件下，不论原有的粗糙度如何，经磨合后都会达到与工况相适应 的最优粗糙度。此后，表面粗糙度稳定在最优粗糙度下持续工作。
5.1.2 磨合磨损
1．表面形貌与性能的变化
• 生产实践中，主要有四种磨合方式，即干摩擦条件下的磨合、普通润滑 油中的磨合、添有磨料润滑油中的磨合和电火花磨合。在有润滑油的磨 合磨损中，除粘着磨损和磨粒磨损主要机理外，同时还存在化学磨损、 疲劳磨损、冲蚀磨损、气蚀磨损和电化磨损等多种复杂机理。在添有磨 料润滑油中的磨合中，采用的磨料有微米固体颗粒和纳米固体颗粒，研 究人员将微米和纳米固体粉末混合在一起作为磨料，取得了较好的磨合 效果。电火花磨合是利用放电原理使运转的摩擦副达到磨合的目的。 • 不同摩擦副结构和性质以及不同磨合工况，其磨合磨损机理的构成都不 一样。
1．表面形貌与性能的变化
Ra
磨合过程中粗糙度Ra 值的变化
1．表面形貌与性能的变化
图5.4表示较硬摩擦副 表面磨合前后表面形 貌变化。磨合使接触 面积显著地增加和峰 顶半径增大。
摩擦磨损原理
摩擦磨损原理
摩擦磨损是指两个物体在接触过程中由于相对移动发生的表面磨损现象。
它是在两个物体之间发生相对滑动时，由于接触面之间存在摩擦力的作用，使得物体表面的材料发生局部破坏和剥落的过程。
摩擦磨损可以分为表面磨损和微观磨损。
表面磨损是指摩擦力使物体表面的一层材料被削减或剥落，导致表面形态发生改变的磨损形式。
微观磨损是指摩擦力作用下，在微观尺度上出现材料的剪切、断裂和摩擦等微小变形和破坏的磨损形式。
摩擦磨损的机理主要包括物理磨损、化学磨损和机械磨损。
物理磨损是指摩擦力在物体表面产生高温或高压，使表面材料发生相变、硬化等变化，从而导致磨损的过程。
化学磨损是指摩擦过程中，物体表面的化学物质与摩擦副的化学物质发生反应，产生化学反应产物，导致磨损的过程。
机械磨损是指摩擦力使物体表面发生微小的破碎和剥落，导致磨损的过程。
为了减少摩擦磨损，可以采取以下措施。
首先，选择适当的润滑方式，使用润滑油、涂层等来减少摩擦和磨损。
其次，控制摩擦接触表面的质量和粗糙度，减少表面间的相互作用力。
再次，使用合适的材料，例如使用硬度高、耐磨性好的材料来减少磨损。
最后，正确设计和使用机械装置，避免过高的载荷和速度，以及避免突然的冲击和振动，以减少摩擦磨损的发生。
总结起来，摩擦磨损是两个物体在相对滑动过程中由于摩擦力的作用而引起的表面磨损现象。
了解摩擦磨损的原理和机理，
可以有助于我们采取有效的措施来减少磨损， prolonging物体的使用寿命。
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KWH /Nvt
式中，w—磨损量；H—材料硬度； v—速度；t —时间；N —正压力。
磨损系数表示磨损量与工况之间的关系，当载荷与速度为已知，并可 求出一定工况下的磨损系数时，就可估算磨损量，以预测摩擦学系统的寿 命。也可根据磨损系数来确定磨损类型，因为不同的磨损类型具有不同的 磨损系数。
第五章磨损原理
5) 咬死 Leabharlann 于粘着点的面积较大，其剪切强度也相当高，致使摩擦表
面因局部熔焊而停止相对运动。
第五章磨损原理
基本类型
第五章磨损原理
二、磨损机理
粘着磨损是在固/固界面上产生严重滑动摩擦的结果。
粘着磨损的基本物理过程是：粘着－剪切－再粘着－再剪切的循环过 程，或是粘着点的生成－消失－再生成－再消失过程。
第五章磨损原理
衡量磨损特性的主要参数是磨损率，通常可采用以下三种磨损率：
1、线性磨损率：
Rl l/L
2、体积磨损率： 3、重量磨损率：
Rv V/(LnA)
R w w /L (n)A R V
式中，l －磨损厚度； V －磨损体积； w －磨损重量；L －滑动距离；
－被磨损的材料的密度。
第五章磨损原理
实际的磨损现象大都是多种类型磨损同时存在；或磨损状态随工 况条件的变化而转化。
第五章磨损原理
第二节 粘着磨损
一、定义及其过程
1、定义：
(1) 在摩擦副中，相对运动的摩擦表面之间，由于粘着现象产生材料转移
而引起的磨损，称为粘着磨损。 这类磨损一般发生在相互滑动(或转动)的干摩擦表面上，即在表面上的
某些微突体产生固相焊合，严重时还会出现摩擦副完全“咬死”的现象。 如：在润滑状况恶化的条件下，柴油机烧轴瓦就是这种磨损的典型例子。
按照磨损程度的不同，粘着磨损可以分为以下五类： 1) 轻微磨损 粘着点的剪切强度比形成该粘着点的任何一方的基体金属的剪切强度
都小(如锡与铁对磨)，磨损发生在粘着点的界面上，材料转移十分轻微， 甚至不产生材料转移。磨合属于这种磨损。
第五章磨损原理
2) 涂抹
粘着点的剪切强度介于形成该粘着点的两种基体金属的剪切强度之间 （如铅与钢对磨），剪切破坏发生在较软金属的浅表层内，并使该表层的材 料转移到较硬金属表面上，使后者的表面上被涂抹上薄薄的一层。
（5）磨损速率(磨损强度)
I＝ V/t
IW/t
（6）相对耐磨性 它是标准试样的磨损率与被测试样磨损率之比(％)。
第五章磨损原理
三、磨损的分类
1、粘着磨损或粘附磨损(Adhesive wear)； 2、磨料磨损或磨粒磨损 (Abrasive wear)； 3、疲劳磨损或表面疲劳磨损(Surface fatigue wear)； 4 、 腐 蚀 磨 损 (Corrosive wear) 或 摩 擦 － 化 学 磨 损 (Tribo-chemical wear)。 5、其他。包括侵蚀磨损或冲蚀磨损 (Erosive wear) 和微动磨损 (Fretting wear)等。
第五章磨损原理
二、磨损的基本特性 1、磨损是机器零件在正常运转过程中不可避免的一种能量耗散的现象。
只要机器零件的磨损量或磨损率在规定使用期内不超过允许值，就可以认为 是一种允许的正常磨损现象。
机器零件典型磨损过程的三个阶段 1) 磨合(跑合)阶段(0－t1) 2) 正常磨损阶段(t1-t2) 3) 事故磨损阶段(t2-t3)
0-t1
第五章磨损原理
t1-t2 t2-t3 时间
2、磨损不仅是材料本身固有特性的表现，更是摩擦学系统特性的反映。 因此，磨损也具有条件性和相对性。
磨损的这种特性和摩擦很相似，因而也可用类似的表达式来表示，即：
wf(x,s)
同一种机器零件在不同机器中会产生不同类型或不同程度的磨损。 即使在同一台机器中，不同工况也会导致不同程度甚至不同类型的磨损。 因此，在分析和处理机器零件的磨损问题时，必须全面考虑到该零件所在 的摩擦学系统的特性，才能对其磨损现象作出准确的判断和正确的分析。
第五章 磨损原理
第五章磨损原理
第一节 概述
一、磨损的定义 磨损是由于机械作用和(或)化学反应(包括热化学、电化学和力化学等
反应)，在固体的摩擦表面上产生的一种材料逐渐损耗的现象，这种损耗主 要表现为固体表面尺寸和(或)形状的改变。
磨损的三个主要特征： 1) 磨损是发生在物体上的一种表面现象。材料内部裂纹引起的材料整体疲劳破 坏和断裂不属于磨损的范畴； 2) 磨损是发生在物体摩擦表面上的一种现象，其接触表面必须有相对运动。单 纯的腐蚀和某些高分子材料表面的老化都是在静止表面上发生化学反应(包括氧 化)的结果，也不属于磨损的范畴； 3) 磨损必然产生物质损耗(包括材料转移)，而且它是具有时变特征的渐进的动 态过程。因此，不产生材料逐渐损耗的、单纯的塑性变形也不属于磨损的范畴。
(2) 有两种粘着（焊合）：①冷焊粘着；②热局部焊合粘者。
2、过程：⑴载荷、速度小；[⑵载荷、速度较大]；⑶变形、断裂及材 料转移；⑷新粘着点产生。
第五章磨损原理
一、主要类型
Bowden根据剪断位置并以轴承合金为例进行分类 １、一类：粘着强度小 ２、二类：粘着强度中 ３、三类：粘着强度大 ４、四类：同一材料组合，加工硬化材料，剪断发生在内部，磨损大； 相反，加工软化，粘着部变软，有很好的耐磨性
例如，重载蜗轮表面的铜涂抹到蜗杆表面上即属此类。
3) 刮伤 沿滑动方向形成严重
的划痕。剪切破坏发生在较软 金属的表层。
第五章磨损原理
4) 胶合
表面局部温度相当高，粘着点的面积较大，由于粘着点的剪切强度比形成粘 着的任何一方基体金属的剪切强度都要高（如铜与钢对磨），故在摩擦副的一方 或双方的基体金属上产生较深层的破坏，因而，既有较多的软金属转移到硬金属 表面上，同时也有部分硬金属转移到软金属表面上。
在此过程中，磨损主要是以材料转移的形式表现出来，有时还会出现 少量磨屑。
*其它参数：
（1） 磨损因数 V /N () L R L/p
式中， N — 正压力； p — 法向载荷。
（2）磨损度(能量磨损率)
＝ V /F () L V /f (N ) / L f
式中，F— 摩擦力； f — 摩擦系数。
第五章磨损原理
（3）耐磨性系数(耐磨性)
1/f/
（4）磨损系数