第二章 摩擦学概论
第一节 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。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十分有必要的。 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。
变形层：机加工过程中形成的变质层。
金属表 面组成
三、 固体表面的接触
1.接触的本质：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 连续的微小接触点的变形构成了真实的接触面积。随着 载荷的的增加，其它次高微凸体也逐渐发生接触。
2.接触表面的相互作用：
（1）分子相互作用，即粘着: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 触点处发生塑性流动、粘着或冷焊。金属间的焊合性能 将摩擦副分3类：完全焊合(Pb-Cu,Al-Cu)、部分焊合(ZnFe,Al-Fe)和有限焊合(Mg-Fe,Ag-Fe)摩擦副。
摩擦学概论
第二章 摩擦学概论
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第一节 表面性质和接触
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第二节 摩擦
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第三节 磨损
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第四节 润滑
Diagram
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摩擦是不可 避免的自然 现象。
2
磨损是摩擦 的必然结果 。
3
润滑则是改 善摩擦、减 缓磨损的有 效方法。
引言
当在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力 的影响而发生相对滑动，或有相对滑动的趋势时，在 接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这一自然现象 叫做摩擦，这时所产生的阻力叫做摩擦力。摩擦是一 种不可逆过程，其结果必然有能量损耗和摩擦表面物 质的丧失或迁移，即磨损，磨损会导致表面损坏和材 料损耗。润滑是降低摩擦和减少磨损的有效手段。
摩擦学是研究有关摩擦、磨损与润滑的科学与技术， 并把在机械设计中正确运用摩擦学知识与技术，使之 具有良好的摩擦学性能这一过程称为摩擦学设计。
当然，摩擦在机械中也并非总是有害的，如带传 动、汽车及拖拉机的制动器等正是靠摩擦来工作的， 这时还要进行增摩技术的研究。这种反方向的研究领 域也属于摩擦学的学科范畴。
(2) 机械相互作用：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。
(1) 名义接触面积An： 接触表面的宏观面积，由接触物体的外部 尺寸决定。
(2)轮廓接触面积Ap： 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 接触面积，
大小与载荷和表面几何形状有关，约占名 义接触面积的5~15%。
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。
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 摩擦学研究的显著特点。
2. 按相对运动的位移特征分类： ❖ 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之大小和方向相
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
旋转时的摩擦。
3. 按表面润滑状态分类： ❖ 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
由于摩擦学现象发生在表面层，影响因素繁多， 这就使得理论分析和实验研究都较为困难，因而理 论与实验研究的相互促进和补充是摩擦学研究的另 一个特点。随着理论研究的日益深入和实验技术日 益先进，目前摩擦学研究方法的发展趋势正由宏观 进入微观；由定性进入定量；由静态进入动态；以 及由单一学科角度的分析进入多学科的综合研究。
第Байду номын сангаас节 摩 擦
摩擦的定义： 两个接触物体表面在外力 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 动阻力称为摩擦力，这种 现象就是摩擦。
一 . 摩擦的分类 1. 摩擦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。
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 面粗糙度统称为表面形貌。
二、表面结构:
加工后的表面金属表面组成是复杂的，微 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5个部分。 污染层：油污、灰尘 吸附层：液体、气体 氧化层：氧化物
金属表面 组成
贝氏层：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。
(3) 实际接触面积Ar：
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 变形而产生的微接触面积之和。为名义接触 面积的0.01~0.1 %，黑点表示的接触面积。
实际接触面积的部分特性：
❖ （1）由于表面粗糙度具有离散性，其接触 也同样具有离散性。
❖ （2）实际接触点是由塑性变形和弹性变形 共同作用的结果。
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 1 2 ~的1 能3 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 80%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
❖ （3）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。
❖ （4）实际接触面积的增加主要是由于接触 点数的增加。
** 对于塑性接触状态，实际接触面积与 载荷成正比。
**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 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 过于简化。