滚动轴承减摩设计杨晓蔚
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无关。
上述经典摩擦定律并非基本的物理定律，只是从实验结果中总结得出的规律，尽 管已
有很多实验结果显示其并不完全正确。但是至今还没有发现或总结出更好的摩擦 定
律，因此在工程实际问题中依然被近似地应用。
1.摩擦学原理与机理
• 修正摩擦定律
古典摩擦定律长期作为工程应用的指导法则使用。但根据近代的研究，发现
擦。
1.摩擦原理与机理
• 摩擦分类
（3）按表面润滑状态可分为 干摩擦：两表面之间即无润滑剂又无湿气的摩擦。 边界摩擦：边界膜隔开相对运动表面时的摩擦。 流体摩擦：以流体层隔开相对运动表面时的摩擦，即由流体的
粘性阻力或流变阻力引起的摩擦。 混合摩擦：半干摩擦和半流体摩擦的统称。
1.摩擦原理与机理
1.摩擦原理与机理
• 摩擦分类
（1）按摩擦副运动状态可分为 ➢ 静摩擦：两物体表面产生接触，有相对运动趋势但尚未产生相对
运动时的摩擦。 动摩擦：两相对运动表面之间的摩擦。 （2）按相对运动的位移特征可分为 滑动摩擦：两接触物体接触点具有不同速度和(或)方向时的摩擦
。 滚动摩擦：两接触物体接触点的速度大小和方向相同时的摩擦。 自旋摩擦：两接触物体环绕其接触点处的公法线相对旋转时的摩
由公式可看出，增大材料的硬度和微凸
体的峰顶曲率半径，减小微凸体高度都可 以使塑性指数减小。在实际生产中利用抛 光、研磨、磨合或其他特殊加工方法来降 低表面粗糙度，增大微凸体曲率半径，都 可降低塑性指数，使摩擦表面呈弹性接触 状态，以达到减少摩擦磨损的目的。
1.摩擦学原理与机理
修正粘着理论
➢ 具有软材料表面膜的摩擦副滑动时，粘着结点的剪切发生在膜内，其剪 切强度较低。又由于表面膜很薄，实际接触面积由硬基体材料的抗压屈服极 限来决定，实际接触面积又不大，所以薄而软的表面膜可以降低摩擦系数。 ➢ 在工程应用中，在钢制零件上涂镀软金属等，就是应用这一机理。
2.滚动摩擦机理
• 滚动摩擦定义
两接触物体接触点的速度大小和方向均相同时的摩擦。
点接触或线接触的两物体在接触处的速度大小和方向均相同（纯 滚动）时的阻力。
一个物体（滚动体）在另一个物体的表面（可以是平面或曲面） 上滚动时遇到的阻力。
在力矩作用下沿接触表面滚动时摩擦。
2.滚动摩擦机理
滚动运动形式
滚动轴承是由滑动轴承演变而来的
• 滑动摩擦复习
➢ 机械互锁（啮合）理论 ➢ 分子吸引（引力）理论 ➢ 机械分子理论 ➢ 粘着理论 （犁沟效应）
1.摩擦原理与机理
• 达 ·芬奇1509年第一个系统地研究了滑动摩擦学
➢ 通过实验研究指出： ➢ 一切物体刚要开始运动时，便产生摩擦阻力； ➢ 光滑表面间的摩擦力大小约为其重量的1/4； ➢ 摩擦力与法向力成正比。
摩擦学是一门科学和技术，必须从摩擦的科学原理、 机理出发，充分掌握和运用减摩技术进行轴承设计。
Biblioteka Baidu
前言
轴承减摩设计路径
减小本身摩擦 采用适当润滑
➢ 减小轴承本身摩擦是核心，必须了解摩擦学原理与机理！
1.摩擦原理与机理
• 摩擦的定义
➢ 两个物体表面在外力作用下相互接触并作相对运动或有运动趋势
时，在接触面之间产生的切向运动阻力。
（4）精确测量表明，摩擦力与滑动速度有关。一般，速度对金属的摩擦力的影响 不像对粘弹性显著的弹性体的摩擦力那样明显。一般认为，f=F/Wk， k=2/3～1。
1.摩擦学原理与机理
塑性公式
式中 ψ ——塑性指数(无量纲)； E ——综合弹性模量(N／cm2)； H ——材料布氏硬度(N／cm2)； Rs ——微凸体高度均方根值(μm)； R ——微凸体曲率半径(μm)。
（2）弹性滞后 （3）塑性变形 （4）粘附效应
➢ 滚动摩擦是由上述多种机理组合叠加的复杂过程。 ➢ 接触应力不大时主要以弹性滞后为主，应力较大时主要以塑性变形为主。
2.滚动摩擦机理
• 滚动摩擦机理
（1）微观滑移
当两个弹性模量不同的物体接触而发生滚动时，由于接触表面产生不相等 的切向位移，会有微观滑移出现。用以传递机械能的滚动接触表面有切向牵引 力作用，也将产生较大的微观滑移。由于几何形状使得接触面上两表面各点的 切向速度不同时，将导致更大的微观滑移。
滚动轴承减摩设计杨晓蔚
前言
问题的提出
高速轴承、汽车轴承以及电机等其他低摩擦力矩轴承应用越来越 突出； 通常做法：降低表面粗糙度、提高轴承精度、加大轴承游隙； 很少进行减摩设计，没有理念、没有概念。
轴承设计理念与技术整整落后了1代，水平差了1.5代 。（类比设计1.0，优化设计2.0，减摩设计3.0）
1.摩擦学原理与机理
• 古典摩擦学定律 (阿蒙顿-库仑定律，1785年):
（1）摩擦力方向与接触表面相对运动速度方向相反，大小与法 向载 荷成正比，即 F= f W 。
（2）摩擦系数与表面名义接触面积无关。 （3）静摩擦系数大于动摩擦系数。 （4）摩擦系数的大小取决于材料性质，与滑动速度和载荷大小
各种滚动运动都可以视为以下三种基本滚动形式的组合：
（1）自由滚动
无切向摩擦力和不发生切向滑动的滚动称为自由滚动或纯滚动，这是最 简单的滚动形式。
（2）具有牵引力的滚动
在接触区内同时受到法向载荷和切向牵引力的作用，例如摩擦轮、铁路 车辆的牵引车轮等。
（3）伴随滑动的滚动
当两个滚动体的几何形状造成接触面上的切向速度不相等时，滚动中必 将伴随滑动，例如深沟球球轴承中球与沟道之间的滚动。
2.滚动摩擦机理
• 滚动摩擦机理
滚动摩擦机理与滑动摩擦有显著不同。 除非接触面存在很大的滑动，滚动摩擦通常不存在犁沟效应，粘 着结点的剪切阻力也不是滚动摩擦的主要原因。 硬质材料滚动时的阻力很小，滚动摩擦系数比滑动摩擦系数低2 个数量级以上。
2.滚动摩擦机理
滚动摩擦机理
滚动摩擦机理可概括为以下4种： （1）微观滑移
多数内
容不完全正确，必须进行修正：
（1）摩擦力与名义接触面积无关，与真实接触面积有关。当两者接近时，即法向 压力很高时，摩擦力与法向压力成非线性关系，摩擦力增加很快。
（2）有一定屈服极限的材料（如金属），其摩擦力才与名义接触面积无关，粘弹 性材料的摩擦力与接触面积有关。
（3）粘弹性材料的静摩擦系数不大于动摩擦系数。
上述经典摩擦定律并非基本的物理定律，只是从实验结果中总结得出的规律，尽 管已
有很多实验结果显示其并不完全正确。但是至今还没有发现或总结出更好的摩擦 定
律，因此在工程实际问题中依然被近似地应用。
1.摩擦学原理与机理
• 修正摩擦定律
古典摩擦定律长期作为工程应用的指导法则使用。但根据近代的研究，发现
擦。
1.摩擦原理与机理
• 摩擦分类
（3）按表面润滑状态可分为 干摩擦：两表面之间即无润滑剂又无湿气的摩擦。 边界摩擦：边界膜隔开相对运动表面时的摩擦。 流体摩擦：以流体层隔开相对运动表面时的摩擦，即由流体的
粘性阻力或流变阻力引起的摩擦。 混合摩擦：半干摩擦和半流体摩擦的统称。
1.摩擦原理与机理
1.摩擦原理与机理
• 摩擦分类
（1）按摩擦副运动状态可分为 ➢ 静摩擦：两物体表面产生接触，有相对运动趋势但尚未产生相对
运动时的摩擦。 动摩擦：两相对运动表面之间的摩擦。 （2）按相对运动的位移特征可分为 滑动摩擦：两接触物体接触点具有不同速度和(或)方向时的摩擦
。 滚动摩擦：两接触物体接触点的速度大小和方向相同时的摩擦。 自旋摩擦：两接触物体环绕其接触点处的公法线相对旋转时的摩
由公式可看出，增大材料的硬度和微凸
体的峰顶曲率半径，减小微凸体高度都可 以使塑性指数减小。在实际生产中利用抛 光、研磨、磨合或其他特殊加工方法来降 低表面粗糙度，增大微凸体曲率半径，都 可降低塑性指数，使摩擦表面呈弹性接触 状态，以达到减少摩擦磨损的目的。
1.摩擦学原理与机理
修正粘着理论
➢ 具有软材料表面膜的摩擦副滑动时，粘着结点的剪切发生在膜内，其剪 切强度较低。又由于表面膜很薄，实际接触面积由硬基体材料的抗压屈服极 限来决定，实际接触面积又不大，所以薄而软的表面膜可以降低摩擦系数。 ➢ 在工程应用中，在钢制零件上涂镀软金属等，就是应用这一机理。
2.滚动摩擦机理
• 滚动摩擦定义
两接触物体接触点的速度大小和方向均相同时的摩擦。
点接触或线接触的两物体在接触处的速度大小和方向均相同（纯 滚动）时的阻力。
一个物体（滚动体）在另一个物体的表面（可以是平面或曲面） 上滚动时遇到的阻力。
在力矩作用下沿接触表面滚动时摩擦。
2.滚动摩擦机理
滚动运动形式
滚动轴承是由滑动轴承演变而来的
• 滑动摩擦复习
➢ 机械互锁（啮合）理论 ➢ 分子吸引（引力）理论 ➢ 机械分子理论 ➢ 粘着理论 （犁沟效应）
1.摩擦原理与机理
• 达 ·芬奇1509年第一个系统地研究了滑动摩擦学
➢ 通过实验研究指出： ➢ 一切物体刚要开始运动时，便产生摩擦阻力； ➢ 光滑表面间的摩擦力大小约为其重量的1/4； ➢ 摩擦力与法向力成正比。
摩擦学是一门科学和技术，必须从摩擦的科学原理、 机理出发，充分掌握和运用减摩技术进行轴承设计。
Biblioteka Baidu
前言
轴承减摩设计路径
减小本身摩擦 采用适当润滑
➢ 减小轴承本身摩擦是核心，必须了解摩擦学原理与机理！
1.摩擦原理与机理
• 摩擦的定义
➢ 两个物体表面在外力作用下相互接触并作相对运动或有运动趋势
时，在接触面之间产生的切向运动阻力。
（4）精确测量表明，摩擦力与滑动速度有关。一般，速度对金属的摩擦力的影响 不像对粘弹性显著的弹性体的摩擦力那样明显。一般认为，f=F/Wk， k=2/3～1。
1.摩擦学原理与机理
塑性公式
式中 ψ ——塑性指数(无量纲)； E ——综合弹性模量(N／cm2)； H ——材料布氏硬度(N／cm2)； Rs ——微凸体高度均方根值(μm)； R ——微凸体曲率半径(μm)。
（2）弹性滞后 （3）塑性变形 （4）粘附效应
➢ 滚动摩擦是由上述多种机理组合叠加的复杂过程。 ➢ 接触应力不大时主要以弹性滞后为主，应力较大时主要以塑性变形为主。
2.滚动摩擦机理
• 滚动摩擦机理
（1）微观滑移
当两个弹性模量不同的物体接触而发生滚动时，由于接触表面产生不相等 的切向位移，会有微观滑移出现。用以传递机械能的滚动接触表面有切向牵引 力作用，也将产生较大的微观滑移。由于几何形状使得接触面上两表面各点的 切向速度不同时，将导致更大的微观滑移。
滚动轴承减摩设计杨晓蔚
前言
问题的提出
高速轴承、汽车轴承以及电机等其他低摩擦力矩轴承应用越来越 突出； 通常做法：降低表面粗糙度、提高轴承精度、加大轴承游隙； 很少进行减摩设计，没有理念、没有概念。
轴承设计理念与技术整整落后了1代，水平差了1.5代 。（类比设计1.0，优化设计2.0，减摩设计3.0）
1.摩擦学原理与机理
• 古典摩擦学定律 (阿蒙顿-库仑定律，1785年):
（1）摩擦力方向与接触表面相对运动速度方向相反，大小与法 向载 荷成正比，即 F= f W 。
（2）摩擦系数与表面名义接触面积无关。 （3）静摩擦系数大于动摩擦系数。 （4）摩擦系数的大小取决于材料性质，与滑动速度和载荷大小
各种滚动运动都可以视为以下三种基本滚动形式的组合：
（1）自由滚动
无切向摩擦力和不发生切向滑动的滚动称为自由滚动或纯滚动，这是最 简单的滚动形式。
（2）具有牵引力的滚动
在接触区内同时受到法向载荷和切向牵引力的作用，例如摩擦轮、铁路 车辆的牵引车轮等。
（3）伴随滑动的滚动
当两个滚动体的几何形状造成接触面上的切向速度不相等时，滚动中必 将伴随滑动，例如深沟球球轴承中球与沟道之间的滚动。
2.滚动摩擦机理
• 滚动摩擦机理
滚动摩擦机理与滑动摩擦有显著不同。 除非接触面存在很大的滑动，滚动摩擦通常不存在犁沟效应，粘 着结点的剪切阻力也不是滚动摩擦的主要原因。 硬质材料滚动时的阻力很小，滚动摩擦系数比滑动摩擦系数低2 个数量级以上。
2.滚动摩擦机理
滚动摩擦机理
滚动摩擦机理可概括为以下4种： （1）微观滑移
多数内
容不完全正确，必须进行修正：
（1）摩擦力与名义接触面积无关，与真实接触面积有关。当两者接近时，即法向 压力很高时，摩擦力与法向压力成非线性关系，摩擦力增加很快。
（2）有一定屈服极限的材料（如金属），其摩擦力才与名义接触面积无关，粘弹 性材料的摩擦力与接触面积有关。
（3）粘弹性材料的静摩擦系数不大于动摩擦系数。