摩擦学原理-固体摩擦、磨损理论

糙度越小, 摩擦系数越低。 问题
F fW Wtg
(1) 超精加工表面间的摩擦系数反而增加
(2) 表面吸附一层极性分子后, 其厚度不及抛光粗糙度的十分之
一，摩擦系数极大减小
§20-2 摩擦理论
2、分子作用理论 Tomlinson于1929年提出分子间电荷力所产生的能量损耗是摩擦的 起因, 推导出Amontons公式
§20-2 摩擦理论
F S0 ( A0 B0 pb ) Sm ( Am Bm pa )
A S0 Sm S0 S0 (1 )S0
a b 1 W pA
F
W
1
(Bm
B0 )
A
1
(Am
A0 )
rBm B0 1
rAm A0 1
所以 f 不是常量, 它随 A/W 比值而变化。
A
A
F A
2 b
2 s
( s )2 ( 1 )2 25
b
02.
9
A2 ( W )2 ( F )2
s
s
§20-2 摩擦理论
表面薄膜摩擦
2 b
2 s
f c b
2 s
2 b
c2
2 f
2
2 f
2 s
c 1 f
f f
c
(1 c2 )
c f
c0 f 0
s
f
f s
软表面膜的剪切强度极限 硬基体材料受压屈服极限
b s
W
f b 0.2 s
?矛盾
f 0.5
§20-2 摩擦理论
2.修正粘着理论 修正：考虑摩擦切向力对变形的贡献。 实际接触面积和接触点变形条件应取决于压应力和剪应力的联合作用。
当量应力 2 2 k 2
0
s
(W )2 A
( F )2
A
2 s
k s
2
2
2 s
W , F
W Pp Pi Pp 0
W nPi fWx kQ k qn x
l
f qQ pl
2、分子作用理论
§20-2 摩擦理论
立论依据: 接触分子转换所引起的能量损耗应当等于摩擦力作功。
所以接触面积摩擦力, 与载荷无关, 所以越粗糙, 实际接触 面积越小, 因而摩擦系数越小, 只是在重载下符合。
梨沟面
§20-2 摩擦理论
讨论
金属摩擦发生结点焊联这一事实不容置疑。纯净金属在高真空中，确实
测出很高的粘着力和摩擦系数。金属在大气中摩擦，分子转移现象也由
示踪放射技术所验证。
问题：
推导出的摩擦学数值与实测结果颇不一致。
b 0.2 s
F T Pe Ab Spe
Pe Ab
F
A b
W
s
b
干摩擦运动并非连续平稳的滑动, 而是一物体相对于另一物体 断续的滑动, 此称跃动现象。 滑动速度；接触时间 3. 预位移问题：极限位移；静摩擦力
一、简单摩擦理论
§20-2 摩擦理论
1、机械啮合理论
Amontons于1699年提出F fW Wtg
认为滑动中摩擦能量损耗于粗糙峰的
φ
相互啮合, 碰撞及弹塑性变形, 即粗
A s
s
d
A
§20-2 摩擦理论
三、摩擦二项式定律
F 0S0 mSm 其中, 0 为单位面积上分子作用产生的摩擦力
S0 为分子作用面积
m 为单位面积上机械作用产生的摩擦力
Sm 为机械作用面积
与法向.载荷p的关系 F S0 ( A0 B0 pb ) Sm ( Am Bm pa )
第20章 固体摩擦、磨损理论
主要内容
§20-1 摩擦的基本特性 §20-2 摩擦理论 §20-3 磨损的基本形式
§20-1 摩擦的基本特性
F fw 古典摩擦理论(Amonton、Coulomb):
摩擦系数仅取决于材料性质, 而与表观接触面积, 滑动速度和载 荷大小无关。 1. 静止接触时间的影响 2. 跃动现象
s
s
f f s
犁沟效应
f Pe 2 cot W
摩擦二项式定律
f F A
WW
§20-3 磨损的基本形式
摩擦表面作用 磨损机理
机械类 分子－机械类 腐蚀－机械类
疲劳磨损 粘着磨损 磨料磨损 腐蚀磨损
§20-3 磨损的基本形式
磨损过程 1、表面相互作用
机械的 三体 二体
分子的
吸引
粘着
2、表面层的变化
3、机械－分子摩擦理论
无论是机械理论还是分子理论，都是很不完善，得出与粗糙度的 关系都是片面的，在英和苏相继建立了两个学派，即粘着理论， ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ擦二项式。
§20-2 摩擦理论
二、粘着理论 1. 基本要点：Bowden和Tabor于1945年提出的, 观点如下: 1) 摩擦表面处于塑性接触状态, 即实际接触面积很小, 峰点压力高,
F A W
f F A
WW
二项式用于边界润滑的摩擦系数计算很理想。
§20-2 摩擦理论－小结
机械啮合理论 F fW Wtg
简单摩擦理论 分子作用理论 f qQ pl
粘着理论
机械－分子摩擦理论
基本粘着理论
f b s
f b 2 cot s
修正粘着理论 A2 ( W )2 ( F )2
§20-3 磨损的基本形式
2、脱层理论
认为接触的两表面相对滑动, 硬表面的峰顶滑过软表面时, 软表面上
每点都经受一次循环载荷。由于产生塑性变形，金属表面出现大量
机械的、组织结构的、物理的、化学的变化
3、表面层的破坏 擦伤
点蚀
剥落
微观
胶合
点蚀、剥落
§20-3 磨损的基本形式
磨损机理
疲劳磨损 粘着磨损 磨料磨损 腐蚀磨损
§20-3 磨损的基本形式
一、疲劳磨损 相对滚动或滚动兼滑动的表面，在循环接触应力作用下，由于材 料疲劳而形成凹坑。
1、表面萌生 金属表面在循环接触应力作用下, 疲劳裂纹发源于材料表层内部 的应力集中源, 如非金属夹杂物或空穴。裂纹萌生以后，首先顺 滚动方向平行于表面扩展，然后分叉延伸到表面，使磨屑剥落后 形成凹坑，其断口比较光滑。
§20-2 摩擦理论
3.犁沟效应
硬金属粗糙峰嵌入软金属后, 在滑动中挤软金属, 使之产生塑性流动, 在磨粒磨损和擦伤磨损中, 它是摩擦力的主要成分。
各屈 向服
W A s
同性 性能
Pe S s
f Pe 4h 2 cot h W d
Pe W
d θ
S
粘性 犁沟
f Ab S s b 2 cot
2) 产滑生动塑摩擦变是粘着与W滑动A交替s 发生的跃A动 过Ws程
接触点金属塑性流动, 产生瞬时高温, 因而使两金属产生粘着,
随后在摩擦力作用下, 粘着结点被剪切而
B
产生滑动, 滑动摩擦就是粘着结点的形成 l
和剪切交替发生的过程。
剪
切
3) 摩擦力是粘着效应和犁沟效应的总和
面
F T Pe Ab Spe