邓
膜或污染膜，这种表面膜通常抗剪能力很弱,因而摩擦系数较
召 义
低。修正后的粘附理论认为：
当两金属界面被表面膜分隔开时,τBj为表面膜的剪切强度极限；
当剪断发生在较软金属基体内时,τBj 为较软金属基体的剪切强 度极限τB；若表面膜局部破裂并出现金属粘附结点时，τBj将 介于较软金属的剪切强度极限表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属 计
接触时的摩擦。在工程实际中，并不存在真正的干摩
下
邓
召
擦，因为任何零件的表面不仅会因氧化而形成氧化膜，义
而且多少也会被润滑油所湿润或受到"油污"。在机械
设计中，通常都把这种未经人为润滑的摩擦状态当作
“干”摩擦处理。固体表面之间的摩擦，虽然早就有
正后的粘附理论。
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第四章摩擦磨损及润滑概述
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续
机 械
设
简单粘附理论于1945年由鲍登(F．P．Bowden)等人
计 下
提出，他们认为两个金属表面在法向载荷作用下的接
邓 召
义
触面积，并非两个金属表面互相覆盖的公称接触面积
(或叫表观接触面积)A0，而是由一些表面轮廓峰相接 触所形 成的接触斑点的微面积的总和，叫真实接触
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第四章摩擦磨损及润滑概述
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机 械
设
计
下
邓 召 义
对于理想的弹塑性材料，当法向载荷增大时，
真实接触面积Ar也随之增大，应力并不升高，
而停留在材料的压缩屈服极限σSy。
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第四章摩擦磨损及润滑概述
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机 械
设
例如下图a所示为单个轮廓峰接触区在高压作用下产
计 下
生塑性流动，导致接触面积增大到恰好能支承法向载
计
擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦称为
下
边界摩擦。润滑剂中的脂肪酸是一种极性化合物，它
邓 召
的极性分子能牢固地吸附在金属表面上。单分子膜吸
义
附在金属表面上的符号如右上图a所示，图中o为极性
原子团。这些单分子膜整齐地呈横向排列，很象一把
刷子。边界摩擦类似两把刷子间的摩擦，其模型见右
上图b。吸附在金属表面上的多层分子边界膜的摩擦模
面积增大。
也就是说，在复合应力作用下，接触区出现了结点
增长的现象。结点增长模型如图<单个轮廓峰接触模 型>c所示，其中τB 为较软金属的剪切强度极限。
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第四章摩擦磨损及润滑概述
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机 械
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在真空中，洁净的金属表面发生摩擦时结点可能大幅度地增 计
长,因此摩擦系数较高, 在空气中，由于界面上覆盖有一层氧化 下
人进行系统的研究，并在18世纪就提出了至今仍在沿
用的、关于摩擦力的数学表达式：Ff=fFn(式中Ff为摩 擦力、Fn为法向载荷、f为摩擦系数)。但是，有关摩 擦的机理，直到20世纪中叶才比较清楚地揭示出来，
并逐渐形成现今被广泛接受的分子--机械理论、粘附
理论等。对于金属材料，特别是钢，目前较多采用修
型如右下图所示。分子层距金属表面越远，吸附能力
越弱，剪切强度越低，远到若干层后，就不再受约束。
因此，摩擦系数将随着尾数的增加而下降，三层时要
比一层时降低约一半。比较牢固地吸附在金属表面上
的分子膜，称为边界膜。边界膜极薄，润滑油中的一
个分子长度平均约为0.002μm，如果边界膜有十层分子 其厚度也仅为0.02μm 。金属表面粗糙的轮廓峰一般都 超过边界膜的厚度(当膜厚比λ≤l时)，所以边界摩擦时，
邓 召
义
荷为止的模型。故真实接触面积Ar为
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第四章摩擦磨损及润滑概述
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机 械
设
式中τB、σSy是指相接触的两种金属中较软者的剪切
强度极限与压缩屈服极限。由于大多数金属的τB/σSy 的比值均较接近，所以其摩擦系数相差甚小
计
下
邓 召 义
但是，这个结论不完全符合实际。例如处于真空中
的洁净金属发生摩擦时，其摩擦系数要比常规环境里 的摩擦系数大得多。这一事实说明真实接触面积一定 比简单粘附理论所指出的大得多。在简单粘附理论中， 认为真实接触面积决定于软金属的压缩屈服极限和法 向载荷。
对于静态接触，这在大体上是正确的。为此，鲍登
等人于1964年又提出了一种更切合实际的修正粘附理 论
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第四章摩擦磨损及润滑概述
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机 械
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这种理论认为，在摩擦情况下，轮廓峰接触区除作 计
用有法向力外,还作用有切向力,所以接触区同时有压 下
邓
应力和切应力存在。这时金属材料的塑性变形取决于
这个理论与实际情况比较接近，可以在相当大的范围内解释
摩擦现象。在工程中，常用金属材料副的摩擦系数是指在常
规的压力与速度条件下,通过实验测定的,并可认为是一个常数， 其值可参考有关资料。
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第四章摩擦磨损及润滑概述
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(二)边界摩擦(边界润滑)
机 械 设
当运动副的摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，摩
滑)状态，即
式中：
hmin--两滑动粗糙表面间的最小公称油膜厚度，μm ； Ra1,Ra2--分别为两表面轮廓算术平均偏差，μm 。
当膜厚比λ≤l时，为边界摩擦(润滑)状态；
当λ=l～5时，为混合摩擦(润滑)状态；
当λ>5时，为流体摩擦(润滑)状态。
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第四章摩擦磨损及润滑概述
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(一)干摩擦
面积Ar(下图)。由于真实接触面积很小，因此可以认 为轮廓峰接触 区所受的压力很高。当接触区受到高
压而产生塑性变形后， 这些微小接触面便发生粘附
现象，形成冷焊结点。当接触 面相对滑动时，这些
冷焊结点就被切开。在于摩擦条件下，可将较硬表面 坚硬的轮廓峰在较软表面上犁出"犁沟"所需克服的阻 力忽略不计,则摩擦力
召 义
压应力和切应力所组成的复合应力作用，而不仅仅取
决于金属材料的压缩屈服极限σSy。
图<单个轮廓峰接触模型>b所示为压应力σy及切应力
τ联合作用下，单个轮廓峰的接触模型，并且假定材
料的塑性变形产生于最大切应力达到某一极限值的情
况。若将作用在轮廓峰接触区的切向力逐渐增大到Ff 值，结点将进一步发生塑性流动，这种流动导致接触
机
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计
下
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第4章摩擦磨损及润滑概述
滑动摩擦又分
机 械
设
计
下
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第四章摩擦磨损及润滑概述
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边界摩擦、混合摩擦及流体摩擦都必须具备一定的 计
润滑条件，所以，相应的润滑状态也常分别称为边界 下
润滑、混合润滑及流体润滑。
邓 召 义
可以用膜厚比λ来大致估计两滑动表面所处的摩擦(润