机械设计
吴鹿鸣罗大兵张祖涛
摩擦学设计：摩擦与磨损
03-1
摩擦学概述
摩擦学定义
1966年，英国乔斯特（H.P.Jost）最早提出了Tribology名词 (tribology - the science and technology of interacting surfaces in relative motion and of their related subjects and practices)，Tribology的定义是研究相对运动的相互作用表面的有关理论和实践的科学与技术。

其后中国机械工程协会将Tribology译为“摩擦学”。

摩擦学定义要点：
①是相对运动的表面，产生摩擦
②是相互作用的表面，发生复杂的摩擦行为
③是科学（Triboscience摩擦学科学、Fundamental Tribology基础摩擦学）与技术(Tribotechnology摩擦学技术、Applied Tribology应用摩擦学)，独立的一门多学科综合性的学科
摩擦学的内涵：摩擦、磨损和润滑。

摩擦学(Tribology)
摩擦(Friction) 阻止两个表面相对运动的现象 切向力(摩擦力，friction force) 引起磨损
能量消耗，降低机器的效率 后果 磨损(Wear) 摩擦表面上物质不断损耗的现象
不可避免（一般） 降低可靠性、精度和寿命
特
点 润滑(Lubrication)
通过润滑剂的薄膜将两个表面分开，减小 切向力，它是减小摩擦降低磨损的重要手段
减小能量损失和表面的物理相互作用 带走摩擦热和磨屑， 防止表面腐蚀
作
用
摩擦学意义
全球约1/3～1/2能源消耗与摩擦有关。

美国每年因磨损引起的工业损失约占GDP的1～2%。

因为摩擦学的应用美国每年能源消耗减少11%。

发动机因摩擦而损失约30%的功率，如果发动机的摩擦减小
20%，可使燃油消耗减7%。

对于大型水轮机组，55％~70％的故障来自摩擦学设计不良造成的烧瓦。

发动机和传动装置的机械摩擦损耗占汽车发动机总能耗的12％机械失效的主要原因并不是零部件的断裂，而是摩擦学类型损坏。

摩擦的双重性
有用性：接触面间无摩擦，人类美好生活无法想象。

人的行走、汽车火车的行驶、人类的关节、
制动的摩擦副、球类运动……
有害性：能量消耗的根本原因，控制摩擦，减小磨损，提高可靠性和寿命
摩擦学设计（Tribological Design）
定义：基于摩擦学的理论和方法转移到工业应用和产品的设计
来源：The Tribological Design of Machine Elements，15th Leeds-Lyon Symposium on Tribology, September 6th ~9th ,1988。

1990年中国成立摩擦学设计专委会。

理解：机械设计核心内容的演变运动设计（最早）
速度提高、载荷加大
满足强度、刚度的设计能源、寿命、可靠性的要求
强度设计和摩擦学设计
的综合
摩擦学设计的领域
摩擦学设计的相关领域有：
材料科学、齿轮传动、滑动轴承、滚动轴承、密封、振动、噪声、表面工程、工业设备、人体生物等。