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1、摩擦学概论第1页，此课件共88页哦第二章第二章 摩擦学概论摩擦学概论第一节第一节 表面性质和接触表面性质和接触1第二节第二节 摩擦摩擦2第三节第三节 磨损磨损3第四节第四节 润滑润滑4第2页，此课件共88页哦Diagram1摩擦摩擦是不可是不可避免的自然避免的自然现象。现象。2磨损磨损是摩擦是摩擦的必然结果。的必然结果。3润滑润滑则是改善则是改善摩擦、减缓磨摩擦、减缓磨损的有效方法。损的有效方法。第3页，此课件共88页哦 当当在在正正压压力力作作用用下下相相互互接接触触的的两两个个物物体体受受切切向向外外力力的的影影响响而而发发生生相相对对滑滑动动，或或有有相相对对滑滑动动的的趋趋势势时时，在
2、在接接触触表表面面上上就就会会产产生生抵抵抗抗滑滑动动的的阻阻力力，这这一一自自然然现现象象叫叫做做摩摩擦擦，这这时时所所产产生生的的阻阻力力叫叫做做摩摩擦擦力力。摩摩擦擦是是一一种种不不可可逆逆过过程程，其其结结果果必必然然有有能能量量损损耗耗和和摩摩擦擦表表面面物物质质的的丧丧失失或或迁迁移移，即即磨磨损损，磨磨损损会会导导致致表表面面损损坏和材料损耗。润滑是降低摩擦和减少磨损的有效手段。坏和材料损耗。润滑是降低摩擦和减少磨损的有效手段。引言引言第4页，此课件共88页哦 摩摩擦擦学学是是研研究究有有关关摩摩擦擦、磨磨损损与与润润滑滑的的科科学学与与技技术术，并并把把在在机机械械设设计计中中
3、正正确确运运用用摩摩擦擦学学知知识识与与技技术术，使使之之具具有有良良好好的的摩摩擦学性能这一过程称为摩擦学设计。擦学性能这一过程称为摩擦学设计。当当然然，摩摩擦擦在在机机械械中中也也并并非非总总是是有有害害的的，如如带带传传动动、汽汽车车及及拖拖拉拉机机的的制制动动器器等等正正是是靠靠摩摩擦擦来来工工作作的的，这这时时还还要要进进行行增增摩摩技术的研究。这种反方向的研究领域也属于摩擦学的学科范畴。技术的研究。这种反方向的研究领域也属于摩擦学的学科范畴。第5页，此课件共88页哦 摩擦学的研究对于国民经济具有重要意义。据估计，全世界摩擦学的研究对于国民经济具有重要意义。据估计，全世界大约有大约有
4、 的能源以各种形式消耗在摩擦上。而摩擦导致的磨的能源以各种形式消耗在摩擦上。而摩擦导致的磨损是机械设备失败的主要原因，大约有损是机械设备失败的主要原因，大约有80%的损坏零件是由于各种的损坏零件是由于各种形式的磨损引起的。因此，控制摩擦，减少磨损，改善润滑性能形式的磨损引起的。因此，控制摩擦，减少磨损，改善润滑性能已成为节约能源和原材料、缩短维修时间的重要措施。已成为节约能源和原材料、缩短维修时间的重要措施。同时，摩擦学对于提高产品质量、延长机械设备的使用同时，摩擦学对于提高产品质量、延长机械设备的使用寿命和增加可靠性也有重要作用。由于摩擦学对工农生产和人寿命和增加可靠性也有重要作用。由于摩擦
5、学对工农生产和人民生活的巨大影响，因而引起世界各国的普遍重视，成为近三民生活的巨大影响，因而引起世界各国的普遍重视，成为近三十年来迅速发展的技术学科，并得到日益广泛的应用。十年来迅速发展的技术学科，并得到日益广泛的应用。第6页，此课件共88页哦 摩擦学问题中各种因素往往错终复杂，涉及到多摩擦学问题中各种因素往往错终复杂，涉及到多门学科，例如流体力学、固体力学、流变学、热物门学科，例如流体力学、固体力学、流变学、热物理、应用数学、材料科学、物理化学，以及化学和理、应用数学、材料科学、物理化学，以及化学和物理学等内容。因此多学科的综合分析是摩擦学研物理学等内容。因此多学科的综合分析是摩擦学研究的显
6、著特点。究的显著特点。由由于于摩摩擦擦学学现现象象发发生生在在表表面面层层，影影响响因因素素繁繁多多，这这就就使使得得理理论论分分析析和和实实验验研研究究都都较较为为困困难难，因因而而理理论论与与实实验验研研究究的的相相互互促促进进和和补补充充是是摩摩擦擦学学研研究究的的另另一一个个特特点点。随随着着理理论论研研究究的的日日益益深深入入和和实实验验技技术术日日益益先先进进，目目前前摩摩擦擦学学研研究究方方法法的的发发展展趋趋势势正正由由宏宏观观进进入入微微观观；由由定定性性进进入入定定量量；由由静静态态进进入入动动态态；以以及及由由单单一一学学科科角角度度的的分分析析进进入入多多学学科科的的综
7、综合研究。合研究。第7页，此课件共88页哦第二章第二章 摩擦学概论摩擦学概论 第一节第一节 物体表面的性质物体表面的性质任何摩擦表面都是由许多不同形态的微凸峰和凹谷组成。任何摩擦表面都是由许多不同形态的微凸峰和凹谷组成。表面几何特性对于混合润滑和干摩擦状态下的摩擦磨损和润表面几何特性对于混合润滑和干摩擦状态下的摩擦磨损和润滑起着决定性影响，因此，了解和研究表面形貌及其参数是滑起着决定性影响，因此，了解和研究表面形貌及其参数是十分有必要的。十分有必要的。一、物体的表面一、物体的表面 物体的表面总是凹凸不平的。表面粗糙度是表示物体的表面总是凹凸不平的。表面粗糙度是表示表面凹凸不平的程度，表面愈粗糙
8、，实际接触面积愈小，表面凹凸不平的程度，表面愈粗糙，实际接触面积愈小，单位面积压力愈大，要求油膜厚度愈大。反之粗糙度单位面积压力愈大，要求油膜厚度愈大。反之粗糙度愈小，实际接触面积愈大，单位面积压力愈小，要求油愈小，实际接触面积愈大，单位面积压力愈小，要求油膜厚度也就可以小一些。膜厚度也就可以小一些。第8页，此课件共88页哦 表面形貌组成表面形貌组成：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。度统称为表面形貌。第9页，此课件共88页哦二、表面结构二、表面结构:加工后的表面金属表面组成是复杂的，微加工后的表面金属表面
9、组成是复杂的，微观是凹凸不平的微凸体，而且与环境介质观是凹凸不平的微凸体，而且与环境介质发生相互作用。大致分为发生相互作用。大致分为5 5个部分。个部分。污染层：油污、灰尘污染层：油污、灰尘吸附层：液体、气体吸附层：液体、气体氧化层：氧化物氧化层：氧化物 金属表面组成第10页，此课件共88页哦贝氏层：贝氏层：加工中表面分子层熔化和表面分子层流加工中表面分子层熔化和表面分子层流 动产生的冷硬层，晶粒很细，有利于耐磨。动产生的冷硬层，晶粒很细，有利于耐磨。变形层：变形层：机加工过程中形成的变质层。机加工过程中形成的变质层。金属表面组成第11页，此课件共88页哦第12页，此课件共88页哦1.接触的本
10、质：接触的本质：两个粗糙表面在载荷作用下相互接触时，两个粗糙表面在载荷作用下相互接触时，最先是两表面上一些较高的微凸体发生接触，这些不连续的最先是两表面上一些较高的微凸体发生接触，这些不连续的微小接触点的变形构成了真实的微小接触点的变形构成了真实的接触面积。接触面积。随着载荷的的增加，随着载荷的的增加，其它次高微凸体也逐渐发生接触。其它次高微凸体也逐渐发生接触。2.接触表面的相互作用：接触表面的相互作用：（1）分子相互作用，即粘着分子相互作用，即粘着:接触只在少数较高微凸体上产生，接触只在少数较高微凸体上产生，实际接触面积很小，接触点上的应力很大，在接触点处发生实际接触面积很小，接触点上的应力
11、很大，在接触点处发生塑性流动、粘着或冷焊。金属间的焊合性能将摩擦副分塑性流动、粘着或冷焊。金属间的焊合性能将摩擦副分3类：类：完全焊合完全焊合(Pb-Cu,Al-Cu)、部分焊合、部分焊合(Zn-Fe,Al-Fe)和有限焊合和有限焊合(Mg-Fe,Ag-Fe)摩擦副。摩擦副。(2)机械相互作用：机械相互作用：材料不发生粘着而是产生一定的变形和位材料不发生粘着而是产生一定的变形和位移以适应相对运动。移以适应相对运动。三、三、固体表面的接触固体表面的接触第13页，此课件共88页哦(1)名义接触面积名义接触面积An：接触表面的宏观面积，由接触物体的外部尺接触表面的宏观面积，由接触物体的外部尺寸决定。
12、寸决定。第14页，此课件共88页哦(2)轮廓接触面积轮廓接触面积Ap：接触表面被压扁部分形成的面积，即在波接触表面被压扁部分形成的面积，即在波纹度的波峰上形成的接触面积。是一种假设纹度的波峰上形成的接触面积。是一种假设接触面积，接触面积，大小与载荷和表面几何形状有关，约占名大小与载荷和表面几何形状有关，约占名义接触面积的义接触面积的515%。第15页，此课件共88页哦(3)实际接触面积实际接触面积Ar：物体真实接触面积的总和，两接触物体通物体真实接触面积的总和，两接触物体通过表面微凸体直接传递界面相互作用，发生过表面微凸体直接传递界面相互作用，发生变形而产生的微接触面积之和。为名义接触变形而产
13、生的微接触面积之和。为名义接触面积的面积的0.010.1%，黑点表示的接触面积。，黑点表示的接触面积。第16页，此课件共88页哦实际接触面积的部分特性：实际接触面积的部分特性：v（1 1）由于表面粗糙度具有离散性，其接触）由于表面粗糙度具有离散性，其接触也同样具有离散性。也同样具有离散性。v（2 2）实际接触点是由塑性变形和弹性变形）实际接触点是由塑性变形和弹性变形共同作用的结果。共同作用的结果。v（3 3）实际接触面积随载荷的增大而增大，）实际接触面积随载荷的增大而增大，接触点处的平均面积几乎保持不变。接触点处的平均面积几乎保持不变。v（4 4）实际接触面积的增加主要是由于接触）实际接触面积
14、的增加主要是由于接触点数的增加。点数的增加。第17页，此课件共88页哦*对于塑性接触状态，实际接触面积与载对于塑性接触状态，实际接触面积与载荷成正比。荷成正比。*通常认为实际接触面积与载荷保持线性关通常认为实际接触面积与载荷保持线性关系，从理想粗糙表面模型分析表明，只有系，从理想粗糙表面模型分析表明，只有塑性状态这一关系才成立，而弹性接触为塑性状态这一关系才成立，而弹性接触为非线性关系。原因在于理想粗糙表面模型非线性关系。原因在于理想粗糙表面模型过于简化。过于简化。第18页，此课件共88页哦摩擦的定义：摩擦的定义：两个接触物体表面在外力两个接触物体表面在外力作用下相互接触并作相对作用下相互接触
15、并作相对运动或有运动趋势时，在运动或有运动趋势时，在接触面之间产生的切向运接触面之间产生的切向运动阻力称为摩擦力，这种动阻力称为摩擦力，这种现象就是摩擦。现象就是摩擦。第二节第二节 摩摩 擦擦第19页，此课件共88页哦一一.摩擦的分类摩擦的分类1.1.摩擦按摩擦副运动状态可分为：摩擦按摩擦副运动状态可分为：v静摩擦静摩擦：两物体表面产生接触，有相对运动：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。趋势但尚未产生相对运动时的摩擦。v动摩擦动摩擦：两相对运动表面之间的摩擦。：两相对运动表面之间的摩擦。第20页，此课件共88页哦2.2.按相对运动的位移特征分类：按相对运动的位移特征
16、分类：v滑动摩擦滑动摩擦：两接触物体接触点具有不同速度和：两接触物体接触点具有不同速度和(或或)方向时方向时的摩擦。的摩擦。v滚动摩擦滚动摩擦：两接触物体接触点的速度之大小和方向相同时：两接触物体接触点的速度之大小和方向相同时的摩擦。的摩擦。v自旋摩擦自旋摩擦：两接触物体环绕其接触点处的公法线相对旋转：两接触物体环绕其接触点处的公法线相对旋转时的摩擦。时的摩擦。第21页，此课件共88页哦3.3.按表面润滑状态分类按表面润滑状态分类：v干摩擦干摩擦：两表面之间即无润滑剂又无湿气的摩擦。：两表面之间即无润滑剂又无湿气的摩擦。v边界摩擦边界摩擦：边界膜隔开相对运动表面时的摩擦。：边界膜隔开相对运动表
17、面时的摩擦。v流体摩擦流体摩擦：以流体层隔开相对运动表面时的摩擦，即由流：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。体的粘性阻力或流变阻力引起的摩擦。v混合摩擦混合摩擦：半干摩擦和半流体摩擦的统称。：半干摩擦和半流体摩擦的统称。第22页，此课件共88页哦三、摩擦定律三、摩擦定律库仑摩擦定律库仑摩擦定律1.古典摩擦定律古典摩擦定律(称为阿蒙顿称为阿蒙顿-库仑定律库仑定律):（1 1）摩擦力和载荷成正比，即摩擦力和载荷成正比，即F=fN。除了在重载荷下实际。除了在重载荷下实际接触面积接近表观面积外，都是正确的。接触面积接近表观面积外，都是正确的。可适用于一般工程可适
18、用于一般工程实际。但对一些极硬或软的材料，摩擦力和法向载荷间实际。但对一些极硬或软的材料，摩擦力和法向载荷间并不是线性的正比关系。并不是线性的正比关系。（2）摩擦系数与（名义）接触面积无关。摩擦系数与（名义）接触面积无关。有其局限性。有其局限性。一般仅对具有屈服极限的材料如金属材料是满足的，不一般仅对具有屈服极限的材料如金属材料是满足的，不适于弹性和粘弹性材料。适于弹性和粘弹性材料。当两表面加工得很光滑、很清当两表面加工得很光滑、很清洁时，如块规，它们之间会出现强烈的分子吸引力，此洁时，如块规，它们之间会出现强烈的分子吸引力，此时摩擦力与接触面积不成正比。实际上应说成是与名义时摩擦力与接触面积
19、不成正比。实际上应说成是与名义面积无关而与真实接触面积有关。面积无关而与真实接触面积有关。第24页，此课件共88页哦（3）静摩擦系数大于动摩擦系数。静摩擦系数大于动摩擦系数。不适于粘弹性材料，尽管不适于粘弹性材料，尽管改材料究竟是否具有静摩擦系数还没定论。改材料究竟是否具有静摩擦系数还没定论。（4）摩擦系数与滑动速度无关。摩擦系数与滑动速度无关。金属材料基本符合，粘弹金属材料基本符合，粘弹性显著的弹性材料，与滑动速度有关。性显著的弹性材料，与滑动速度有关。在一般情况下是对的，但在近代弹性流体动压润滑理论中就在一般情况下是对的，但在近代弹性流体动压润滑理论中就不适用。不适用。第25页，此课件共8
20、8页哦v四、摩擦机理四、摩擦机理v1机械理论机械理论v2分子理论分子理论 v3分子分子机械理论机械理论v4粘着理论粘着理论v5能量理论能量理论*第26页，此课件共88页哦v 滑动摩擦理论：滑动摩擦理论：1.1.机械啮合学说机械啮合学说 摩擦是由表面粗糙不平的凸起之间的摩擦是由表面粗糙不平的凸起之间的机械啮机械啮合合作用的结果，解释了作用的结果，解释了表面越粗糙，摩擦系数表面越粗糙，摩擦系数越大越大的现象，但无法解释经过精密研磨的的现象，但无法解释经过精密研磨的洁净洁净表面的摩擦系数反而增大表面的摩擦系数反而增大的现象。该学说的摩的现象。该学说的摩擦系数擦系数:f=fi/Ni=F/N=tan是接
21、触微凸体的倾斜角。是接触微凸体的倾斜角。第27页，此课件共88页哦2.2.分子吸引理论分子吸引理论当两表面的材料分子接近时，分子之间的吸引作用当两表面的材料分子接近时，分子之间的吸引作用是产生摩擦阻力的假说，利用分子力与分子之间距是产生摩擦阻力的假说，利用分子力与分子之间距离的关系导出了摩擦系数与接触面积成正比：离的关系导出了摩擦系数与接触面积成正比：F=f(N+pAr)p为分子引力，为分子引力，Ar为真实接触面积为真实接触面积但这结果与试验结果不一致但这结果与试验结果不一致第28页，此课件共88页哦3.3.分子分子机械理论机械理论克拉盖尔斯基克拉盖尔斯基1939年提出分子年提出分子-机械摩擦
22、理论，认机械摩擦理论，认为摩擦阻力是由机械变形抗力和分子引力的综合，并非为摩擦阻力是由机械变形抗力和分子引力的综合，并非常量，常量，用摩擦二项式定律表示：用摩擦二项式定律表示：f=Ar/N+如果如果=b，则分子分量与下述的粘着是一致的。则分子分量与下述的粘着是一致的。金属的，金属的，塑料的塑料的=0.060.12=0.0170.06。第29页，此课件共88页哦 4.粘着理论粘着理论（1）概念：概念：在外载荷的作用下，两表面的微凸体之间在外载荷的作用下，两表面的微凸体之间的接触压力很大，造成接触点的的接触压力很大，造成接触点的粘着粘着(冷焊冷焊)。当相对。当相对滑动时，粘着点被剪断。如果两表面的
23、硬度不同，硬滑动时，粘着点被剪断。如果两表面的硬度不同，硬的微凸体还会在软表面上产生犁沟。剪切力与犁沟作的微凸体还会在软表面上产生犁沟。剪切力与犁沟作用的总和就构成了摩擦阻力用的总和就构成了摩擦阻力:F=Wb/s=F/W=b/sb、s分别是分别是较软材料较软材料的的剪切强度极限（或界面剪切强度极限（或界面剪切强度）和屈服极限。剪切强度）和屈服极限。第30页，此课件共88页哦(2)(2)粘着理论粘着理论基本要点：基本要点：v摩擦表面处于塑性接触状态摩擦表面处于塑性接触状态:实际接触面只占名义面积实际接触面只占名义面积很小部分，接触点处应力达到受压屈服极限产生塑性变很小部分，接触点处应力达到受压屈
24、服极限产生塑性变形后，接触点的应力不再改变，只能靠扩大接触面积承形后，接触点的应力不再改变，只能靠扩大接触面积承受继续增加的载荷。受继续增加的载荷。v滑动摩擦是粘着与滑动交替发生的跃动过程滑动摩擦是粘着与滑动交替发生的跃动过程:接触点处接触点处于塑性流动状态，在摩擦中产生瞬时高温，使金属产生于塑性流动状态，在摩擦中产生瞬时高温，使金属产生粘着，粘着结点有很强的粘着力，随后在摩擦力作用下，粘着，粘着结点有很强的粘着力，随后在摩擦力作用下，粘结点被剪切产生滑动。粘结点被剪切产生滑动。第31页，此课件共88页哦v摩擦力是粘着效应和犁沟效应产生阻力的总和摩擦力是粘着效应和犁沟效应产生阻力的总和:粘着结
25、点的粘着结点的剪切常发生在软材料内部，造成磨损中材料的迁移现象。剪切常发生在软材料内部，造成磨损中材料的迁移现象。*两点说明两点说明:(1)(1)上式表明，摩擦力与载荷成正比，与名义接触面积无关，摩上式表明，摩擦力与载荷成正比，与名义接触面积无关，摩擦系数决定于较软材料的力学性质擦系数决定于较软材料的力学性质.(2)(2)实验证明，接触点上的变形阻力和分子间作用力相比很小，可实验证明，接触点上的变形阻力和分子间作用力相比很小，可以忽略不计。以忽略不计。b是黏结点上分子键的剪切强度极限，是黏结点上分子键的剪切强度极限，s是是材料的受压屈服极限。材料的受压屈服极限。第32页，此课件共88页哦v犁沟
26、效应：犁沟效应：v犁沟效应是硬金属的粗糙峰嵌入软金属后，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，在磨粒磨损和擦伤磨损中，为组成部分，在磨粒磨损和擦伤磨损中，为主要力量。主要力量。第33页，此课件共88页哦6.6.滑动摩擦机理分析：滑动摩擦机理分析：v两相对滑动表面摩擦系数是微凸体变形、磨粒和微两相对滑动表面摩擦系数是微凸体变形、磨粒和微凸体犁沟以及表面粘着综合作用的结果，可以把摩凸体犁沟以及表面粘着综合作用的结果，可以把摩擦特性和时间的关系分几
27、个典型阶段描述：擦特性和时间的关系分几个典型阶段描述：第34页，此课件共88页哦 （1 1）表面被污染，摩擦系数主要取决于材料组合、表）表面被污染，摩擦系数主要取决于材料组合、表面特性和环境条件。面特性和环境条件。（2 2）粘着起作用，摩擦系数开始上升，如果微凸体断）粘着起作用，摩擦系数开始上升，如果微凸体断裂，产生的磨粒将产生犁沟作用，使摩擦系数升高。裂，产生的磨粒将产生犁沟作用，使摩擦系数升高。（3 3）滑动表面的磨粒数增加，犁沟作用增大，摩擦）滑动表面的磨粒数增加，犁沟作用增大，摩擦系数急剧上升。系数急剧上升。（4 4）进入和离开界面的磨粒数相等时，摩擦系数保持不变，）进入和离开界面的磨
28、粒数相等时，摩擦系数保持不变，即稳定摩擦状态。即稳定摩擦状态。第35页，此课件共88页哦（5 5）硬表面的微凸体被逐渐磨平，形成光滑表面，磨）硬表面的微凸体被逐渐磨平，形成光滑表面，磨粒不能黏附在光滑的表面，犁沟作用减弱。同时微粒不能黏附在光滑的表面，犁沟作用减弱。同时微凸体变形也减弱，摩擦系数有所下降。凸体变形也减弱，摩擦系数有所下降。（6 6）硬表面的表面粗糙度达到最佳值，软表面也可能达到同）硬表面的表面粗糙度达到最佳值，软表面也可能达到同样光滑，摩擦系数趋于平稳。样光滑，摩擦系数趋于平稳。（7 7）如果硬表面不是静止的，而是相对于静表面运动的，）如果硬表面不是静止的，而是相对于静表面运动
29、的，则硬表面将始终是粗糙的，后两个阶段不可能实现。则硬表面将始终是粗糙的，后两个阶段不可能实现。第36页，此课件共88页哦 五、影响摩擦的因素五、影响摩擦的因素 1润滑条件润滑条件 在不同的润滑条件下，摩擦因数差异很大，如洁净无润在不同的润滑条件下，摩擦因数差异很大，如洁净无润滑的表面摩擦因数为滑的表面摩擦因数为0.30.5；而在液体动压润滑的表面上；而在液体动压润滑的表面上摩擦因数为摩擦因数为0.0010.01。2表面氧化膜表面氧化膜 在一般情况下，由于表面氧化膜的塑性和机械强度在一般情况下，由于表面氧化膜的塑性和机械强度比金属材料差，在摩擦过程中，膜先被破坏，金属表比金属材料差，在摩擦过程
30、中，膜先被破坏，金属表面不易发生粘着，使摩擦因数降低，磨损减少。纯净面不易发生粘着，使摩擦因数降低，磨损减少。纯净金属材料的摩擦副不存在表面氧化膜，摩擦因数都较金属材料的摩擦副不存在表面氧化膜，摩擦因数都较高。在摩擦表面上涂上铟、镉、铅等软金属，能有效高。在摩擦表面上涂上铟、镉、铅等软金属，能有效地降低摩擦因数。地降低摩擦因数。第37页，此课件共88页哦v 3材料性质材料性质v 相同金属或互溶性较大的金属摩擦副易相同金属或互溶性较大的金属摩擦副易发生粘着，摩擦因数增高；不同金属的摩擦发生粘着，摩擦因数增高；不同金属的摩擦副，由于互溶性差，不易发生粘着，摩擦因副，由于互溶性差，不易发生粘着，摩擦
31、因数一般较低。数一般较低。第38页，此课件共88页哦v 4载荷载荷v 在弹性接触的情况下，由于真实接触面在弹性接触的情况下，由于真实接触面积与载荷有关，摩擦因数将随载荷的增加而积与载荷有关，摩擦因数将随载荷的增加而越过一极大值，当载荷足够大时，真实接触越过一极大值，当载荷足够大时，真实接触面积变化很小，因而使摩擦因数趋于稳定。面积变化很小，因而使摩擦因数趋于稳定。在弹塑性接触情况下，材料的摩擦因数随载在弹塑性接触情况下，材料的摩擦因数随载荷的增大而越过一极大值，然后随载荷的增荷的增大而越过一极大值，然后随载荷的增加而逐渐减小。加而逐渐减小。第39页，此课件共88页哦v5滑动速度滑动速度v在一般
32、情况下，摩擦因数随滑动速度的在一般情况下，摩擦因数随滑动速度的增加而升高，越过一极大值后，又随滑动增加而升高，越过一极大值后，又随滑动速度的增加而降低。有时摩擦因数随滑动速度的增加而降低。有时摩擦因数随滑动速度的减小而增大，并不是由于速度的直速度的减小而增大，并不是由于速度的直接影响，而是速度减小时摩擦表面粗糙凸接影响，而是速度减小时摩擦表面粗糙凸起相互作用的时间长了，使它们发生塑性起相互作用的时间长了，使它们发生塑性变形和增大实际接触面积。变形和增大实际接触面积。第40页，此课件共88页哦v 6静止接触的持续时问静止接触的持续时问v 物体表面同相对静止的接触持续时间越长，摩擦系物体表面同相对
33、静止的接触持续时间越长，摩擦系数增大。数增大。v 7温度温度v摩擦副相互滑动时，温度的变化使表面材料的性质发生摩擦副相互滑动时，温度的变化使表面材料的性质发生改变，从而影响摩擦因数。改变，从而影响摩擦因数。v 8表面粗糙度表面粗糙度 v 在塑性接触的情况下，由于表面粗糙度对真实接在塑性接触的情况下，由于表面粗糙度对真实接触面积的影响不大，因此可认为摩擦因数不受影响，保触面积的影响不大，因此可认为摩擦因数不受影响，保持为一定值。对弹性或弹塑性接触的干摩擦，当表面粗持为一定值。对弹性或弹塑性接触的干摩擦，当表面粗糙度达到使表面分子吸引力有效地发挥作用时，机械啮糙度达到使表面分子吸引力有效地发挥作用
34、时，机械啮合理论不能适用，表面粗糙度愈小，真实接触面积愈大，合理论不能适用，表面粗糙度愈小，真实接触面积愈大，摩擦因数也愈大。摩擦因数也愈大。第41页，此课件共88页哦v 六、摩擦时表面上发生的现象六、摩擦时表面上发生的现象 v1表面的污染表面的污染 v2金属的转移金属的转移v3温度作用温度作用v4产生振动产生振动v5预位移预位移 第42页，此课件共88页哦第三节第三节 磨磨 损损v磨损：在固体摩擦表面上物质不断损耗的磨损：在固体摩擦表面上物质不断损耗的过程叫作磨损。其表现为物体尺寸或形状的改过程叫作磨损。其表现为物体尺寸或形状的改变、表面质量的变化。使机械零件丧失精度，变、表面质量的变化。使
35、机械零件丧失精度，影响使用寿命与可靠性。影响使用寿命与可靠性。v一、磨损的实质一、磨损的实质v1磨损是物体在摩擦中相互作用的结果磨损是物体在摩擦中相互作用的结果 第43页，此课件共88页哦v零件的工作表面在摩擦中产生磨损。在磨零件的工作表面在摩擦中产生磨损。在磨损过程中，零件不仅改变外形和尺寸，从摩损过程中，零件不仅改变外形和尺寸，从摩擦表面上分离出材料颗粒，或在表面上产生擦表面上分离出材料颗粒，或在表面上产生残留变形，而且还会发生各种物理、化学和残留变形，而且还会发生各种物理、化学和机械的现象。机械的现象。v 表面摩擦的多次重复作用使表面上的材料产表面摩擦的多次重复作用使表面上的材料产生疲劳
36、裂纹和微观鳞状物，并以颗粒的形式生疲劳裂纹和微观鳞状物，并以颗粒的形式脱落下来。脱落下来。第44页，此课件共88页哦v2使摩擦表面发生变化使摩擦表面发生变化v 摩擦时，零件表面微观凹凸不平的相互接摩擦时，零件表面微观凹凸不平的相互接触处会发生弹性或塑性变形。它会产生一连串触处会发生弹性或塑性变形。它会产生一连串派生的物理、化学和力学变化。主要有热的作派生的物理、化学和力学变化。主要有热的作用、氧化作用、机械作用、疲劳作用，从而导用、氧化作用、机械作用、疲劳作用，从而导致材料的磨损。致材料的磨损。v(1)表面微观裂纹的生成及其破坏作用表面微观裂纹的生成及其破坏作用v(2)化学反应过程化学反应过程
37、v(3)润滑剂作用润滑剂作用v(4)摩擦表面间材料的转移摩擦表面间材料的转移第45页，此课件共88页哦v 二、典型磨损过程二、典型磨损过程v 1磨合阶段磨合阶段(I阶段阶段)v新的摩擦副表面具有一定的表面粗糙度。在新的摩擦副表面具有一定的表面粗糙度。在载荷作用下，实际接触面积较小，故接触应力载荷作用下，实际接触面积较小，故接触应力很大。因此，在运行初期，表面的塑性变形与很大。因此，在运行初期，表面的塑性变形与磨损的速度较快。随着磨合的进行，摩擦表面磨损的速度较快。随着磨合的进行，摩擦表面粗糙峰逐渐磨平，实际接触面积逐渐增大，表粗糙峰逐渐磨平，实际接触面积逐渐增大，表面应力减小，磨损减缓。面应力
38、减小，磨损减缓。第46页，此课件共88页哦第47页，此课件共88页哦v2稳定磨损阶段稳定磨损阶段(阶段阶段)v如图如图2-3中的中的AB段，经过磨合，摩擦表面段，经过磨合，摩擦表面发生加工硬化，微观几何形状改变，建立了发生加工硬化，微观几何形状改变，建立了弹塑性接触条件。这一阶段磨损趋于稳定、弹塑性接触条件。这一阶段磨损趋于稳定、缓慢，工作时间可以延续很长。特点是磨损缓慢，工作时间可以延续很长。特点是磨损量与时间成正比增加。量与时间成正比增加。第48页，此课件共88页哦 3急剧磨损阶段急剧磨损阶段(III阶段阶段)如图如图2-3中曲线中曲线B点以右部分。经过点以右部分。经过B点后，点后，由于摩
39、擦条件发生较大的变化，如温度快速由于摩擦条件发生较大的变化，如温度快速增加，金属组织发生变化。增加了冲击，润增加，金属组织发生变化。增加了冲击，润滑油膜易破坏，磨损速度急剧增加，致使机滑油膜易破坏，磨损速度急剧增加，致使机械效率下降，精度降低，出现异常的噪声和械效率下降，精度降低，出现异常的噪声和振动，最后导致意外事故。振动，最后导致意外事故。第49页，此课件共88页哦v磨损规律的意义：磨损规律的意义：v 第一，了解机件一般工作在稳定磨损阶第一，了解机件一般工作在稳定磨损阶段，一旦转入急剧磨损阶段，机件必须进段，一旦转入急剧磨损阶段，机件必须进行修复或更换。行修复或更换。v 第二，磨损的发展过
40、程是由第二，磨损的发展过程是由自然自然(正常的正常的)磨损磨损和和事故事故(过早的、迅速增长的或突然发过早的、迅速增长的或突然发生意外的生意外的)磨损磨损组成。自然磨损是不可避免组成。自然磨损是不可避免的，事故磨损可以延缓，甚至避免。的，事故磨损可以延缓，甚至避免。第50页，此课件共88页哦三、磨损的分类和机理三、磨损的分类和机理第51页，此课件共88页哦v 1粘着磨损粘着磨损v 两个固体表面接触，由于表面不平，实际上两个固体表面接触，由于表面不平，实际上是微凸体之间的接触，在相对滑动和一定载荷是微凸体之间的接触，在相对滑动和一定载荷作用下，接触点发生塑性变形或剪切，摩擦表作用下，接触点发生塑
41、性变形或剪切，摩擦表面温度增高，严重时表层金属局部会软化或熔面温度增高，严重时表层金属局部会软化或熔化，使接触点发生粘着或焊合。然后出现粘着化，使接触点发生粘着或焊合。然后出现粘着一剪断一再粘着一再剪断的循环过程，形成了一剪断一再粘着一再剪断的循环过程，形成了材料的转移，造成了粘着磨损。材料的转移，造成了粘着磨损。第52页，此课件共88页哦第53页，此课件共88页哦v2磨粒磨损磨粒磨损v它是指一个表面同它相匹配表面上的质硬物体它是指一个表面同它相匹配表面上的质硬物体或硬质颗粒，产生切削或刮擦作用，引起材料或硬质颗粒，产生切削或刮擦作用，引起材料表面破坏，分离出磨屑或形成划伤的磨损，磨表面破坏，
42、分离出磨屑或形成划伤的磨损，磨粒磨损是机械磨损的一种。粒磨损是机械磨损的一种。v磨粒磨损有凿削式、高应力碾碎式及低应力擦磨粒磨损有凿削式、高应力碾碎式及低应力擦伤式等三种形式。伤式等三种形式。第54页，此课件共88页哦v磨粒的来源有外界砂尘、切屑侵入、流磨粒的来源有外界砂尘、切屑侵入、流体带入、表面磨损产物、材料组织的表面体带入、表面磨损产物、材料组织的表面硬点及夹杂物等。硬点及夹杂物等。减少磨粒磨损的措施：减少磨粒磨损的措施：v一是防止或减少磨粒进入摩擦表面；一是防止或减少磨粒进入摩擦表面；v二是增强零件的抗磨性能。二是增强零件的抗磨性能。第55页，此课件共88页哦v3疲劳磨损疲劳磨损v形成
43、原理：形成原理：v 摩擦表面材料微体积受循环接触应力作摩擦表面材料微体积受循环接触应力作用，产生重复变形，导致裂纹和分离出微片用，产生重复变形，导致裂纹和分离出微片或颗粒，形成疲劳磨损。疲劳裂纹一般在固或颗粒，形成疲劳磨损。疲劳裂纹一般在固体有缺陷的地方出现，这些缺陷可能是机械体有缺陷的地方出现，这些缺陷可能是机械加工时造成的，也可能是材料在冶金过程中加工时造成的，也可能是材料在冶金过程中造成的，还可能在金属相之间和晶界之间形造成的，还可能在金属相之间和晶界之间形成，在摩擦磨损过程中，表面层发生塑性变成，在摩擦磨损过程中，表面层发生塑性变形和发热，润滑油的作用等条件对疲劳磨损形和发热，润滑油的
44、作用等条件对疲劳磨损都会产生重要影响。都会产生重要影响。第56页，此课件共88页哦解释：解释：v(1)裂纹从表面产生裂纹从表面产生 在滚动接触过程中，材料表层在滚动接触过程中，材料表层受到周期性载荷作用引起塑性变形，表面硬化，最后在受到周期性载荷作用引起塑性变形，表面硬化，最后在表面出现初始裂纹，并沿表面出现初始裂纹，并沿45度的倾角方向由表向里扩展。度的倾角方向由表向里扩展。润滑油进入微裂纹，受挤压后产生楔裂作用加速裂纹的润滑油进入微裂纹，受挤压后产生楔裂作用加速裂纹的扩展。在载荷继续作用下，形成凹坑。扩展。在载荷继续作用下，形成凹坑。v(2)裂纹从接触表层下产生裂纹从接触表层下产生 根据弹
45、性力学，两接触物根据弹性力学，两接触物体在距表面下体在距表面下0786b处处(B为赫芝接触区宽度之半为赫芝接触区宽度之半)剪应力剪应力最大。该处塑性变形最剧烈，在周期载荷作用下的反复变最大。该处塑性变形最剧烈，在周期载荷作用下的反复变形使材料局部弱化、并在剪应力最大处出现裂纹，沿着最形使材料局部弱化、并在剪应力最大处出现裂纹，沿着最大剪应力方向扩展到表面，形成疲劳磨损。大剪应力方向扩展到表面，形成疲劳磨损。第57页，此课件共88页哦v分类：分类：v1)非扩展性疲劳磨损非扩展性疲劳磨损 v 在某些新的摩擦表面上，因接触点较少，压力较大，在某些新的摩擦表面上，因接触点较少，压力较大，容易产生小麻点
46、状的点蚀。经磨合后，接触面积扩大，容易产生小麻点状的点蚀。经磨合后，接触面积扩大，实际压力降低，小麻点停止扩展。这种疲劳磨损对运动实际压力降低，小麻点停止扩展。这种疲劳磨损对运动速度不高的摩擦副影响不大。速度不高的摩擦副影响不大。v 2)扩展性疲劳磨损扩展性疲劳磨损 v 作用在两接触面上的循环接触应力较大由于材料塑作用在两接触面上的循环接触应力较大由于材料塑性差或润滑不当，在磨合阶段就产生小麻点，经过一段时性差或润滑不当，在磨合阶段就产生小麻点，经过一段时间，小麻点发展成痘斑状凹坑，使零件迅速失效。间，小麻点发展成痘斑状凹坑，使零件迅速失效。第58页，此课件共88页哦4腐蚀磨损腐蚀磨损v分类：
47、分类：v(I)氧化磨损氧化磨损 影响氧化磨损的因素：影响氧化磨损的因素：v滑动速度、接触载荷、氧化膜的强度、滑动速度、接触载荷、氧化膜的强度、介质的含氧量、温度、润滑条件及材料性介质的含氧量、温度、润滑条件及材料性能等。在通常情况下，氧化磨损比其它磨能等。在通常情况下，氧化磨损比其它磨损轻微得多。损轻微得多。v(2)特殊介质腐蚀磨损特殊介质腐蚀磨损v但磨损速度较快，摩擦表面遍布点状或但磨损速度较快，摩擦表面遍布点状或丝状磨蚀痕迹，一般比氧化磨损痕迹深。丝状磨蚀痕迹，一般比氧化磨损痕迹深。第59页，此课件共88页哦v 5其它磨损其它磨损v(1)浸蚀磨损浸蚀磨损 v 零件与液体接触并作相对运动，当
48、接触零件与液体接触并作相对运动，当接触处的局部压力低于液体蒸发压力时，将形成处的局部压力低于液体蒸发压力时，将形成气泡。另外，溶解在液体中的气体也会析出气泡。另外，溶解在液体中的气体也会析出形成气泡，一旦气泡运动到高压区，高压大形成气泡，一旦气泡运动到高压区，高压大于气泡压力，气泡遭到溃灭，瞬间产生极大于气泡压力，气泡遭到溃灭，瞬间产生极大的冲击力和高温。气泡形成和溃灭的反复作的冲击力和高温。气泡形成和溃灭的反复作用，使零件表面产生疲劳破坏，出现麻点直用，使零件表面产生疲劳破坏，出现麻点直至扩展为海绵状空穴，这种磨损称气蚀磨损。至扩展为海绵状空穴，这种磨损称气蚀磨损。第60页，此课件共88页哦
49、v夹带尘埃、砂粒、矿物粉末等固体颗粒，夹带尘埃、砂粒、矿物粉末等固体颗粒，以一定的角度和速度冲击固体表面引起的磨损以一定的角度和速度冲击固体表面引起的磨损叫冲流体蚀磨损。例如水泵、水轮机，气力输叫冲流体蚀磨损。例如水泵、水轮机，气力输送管道、火箭尾都喷管等产生的磨损。送管道、火箭尾都喷管等产生的磨损。v 气蚀和冲蚀磨损统称浸蚀磨损。气蚀和冲蚀磨损统称浸蚀磨损。v(2)微动磨损微动磨损 它是两个接触物体作相对微它是两个接触物体作相对微振幅振动而产生的一种磨损。振幅振动而产生的一种磨损。第61页，此课件共88页哦v发生过程是：发生过程是：v接触压力使接合面上实际承载的微凸体产生塑性变形而发生粘着，
50、接触压力使接合面上实际承载的微凸体产生塑性变形而发生粘着，微振幅振动使粘着结点受剪脱落，露出基体金属表面。脱落颗粒微振幅振动使粘着结点受剪脱落，露出基体金属表面。脱落颗粒和新露出的金属表面与大气中的氧起反应生成氧化物。留在接合和新露出的金属表面与大气中的氧起反应生成氧化物。留在接合面上起磨粒作用：若振动应力足够大，微动磨损点形成应力源，面上起磨粒作用：若振动应力足够大，微动磨损点形成应力源，使疲劳裂纹扩展，最终导致表面完全破坏。由此可见，微动磨损使疲劳裂纹扩展，最终导致表面完全破坏。由此可见，微动磨损是粘着、腐蚀、磨粒、疲劳磨损复合作用的结果。它经常发生在是粘着、腐蚀、磨粒、疲劳磨损复合作用的