试验机名称
说明
简图
滚动轴承试验机 用实际的径向轴承或止推
轴承作摩擦副，测轴承使用
寿命
齿轮或涡轮试验 如 FZG 齿轮试验机，用齿
机
轮作试件，测载荷下齿轮的
磨损情况
轴-轴套试验机
用轴和轴套作试件，测轴承 温升，极限 PV 值
凸 轮 - 挺 杆 试 验 用凸轮和挺杆作试件，在模
机
拟发动机工作条件下试验
摩擦副的耐磨寿命
固体润滑膜
测定承载能力和耐
磨寿命
高 温 下 固 体 材 料 的 固体润滑材料
摩擦系数，磨痕宽度
环境和试样温度
各 种 类 型 的 栓 - 盘 点接触或面接触
（Pin-Disk）试验机 滑动摩擦
真空试验机
旋转
高温试验机
Falex-6型（有多种接
触形式）
在 不 同 载 荷 与 速 度 固体材料 下 测 定 材 料 的 摩 擦 固体膜 系数和耐磨性（磨痕 宽度，线磨损量，质 量损失）及环境（真 空度或温度）
（载荷、速度）和可测结果（摩擦系数、磨损），将这些形式排列组合成不同的
试验设备。
摩擦形式：滑动摩擦、滚动摩擦及滚动-滑动混合摩擦； 接触形式：点接触、线接触和面接触；
运动形式：旋转运动和直线运动，又各自有单向和往复两种形式。
实验室设备的特点是：
a.摩擦副是抽象了的各种不同的摩擦形式、接触形式和运动形式，而不是实 际摩擦零件的形式；
（或称台架）。
经实验室筛选试验后，将候选材料做成的零件与实际摩擦副的几何结构相
似，接触形式相同，在工况条件、环境条件相同或更苛刻的情况下进行试验。这
种实验结果，能比较精确地反映出摩擦副的摩擦磨损的过程。
但是实际工况的模拟是十分困难的。载荷和速度可以控制，而表面温度的控
制就很难实现。因为毕竟不是真实的摩擦副。相似的尺寸并不一定能做到热性能
研究磨损要通过各种摩擦磨损试验设备，检测摩擦过程中的摩擦系数及磨损 量（或磨损率）。摩擦过程中从表面上脱落下来的材料（磨屑），记录了磨损的发 展历程，反映了磨损机理，描述了表面磨损的程度。发生磨损后的表面，同样 有着磨损机理、磨损严重程度及其发展过程的记载。因此研究磨屑和磨损后表面
上的信息是研究磨损的重要一环。
旋转
Hohman A-6 型 高 线接触（2线）
温试验机
滑动摩擦
旋转
测 量 不 同 载 荷 与 速 液体及半固体润滑剂
度 下 的 动 摩 擦 系 数 固体润滑材料
和磨痕宽度
干膜润滑剂
测 定 材 料 在 有 润 滑 各类固体材料 和无润滑下的磨损 液体润滑剂
在 固 定 速 度 下 改 变 液体润滑剂
载荷
粘滑试验机
点接触
静动摩擦试验机； 滑动摩擦
直线或往复
RFT往复试验机， 面接触 滑动摩擦 往复直线运动
在 极 低 的 速 度 下 测 固体膜 定 材 料 的 静 摩 擦 系 固体材料 数和动摩擦系数（粘 液体或半固体润滑剂 滑现象） 在不同载荷与速度 液体润滑剂和固体润 下 测 定 摩 擦 系 数 和 滑材料、固体润滑膜 耐磨性
用放射性同位素示踪技术检测磨损量的精度极高。并可做到不停机条件下随 时提供磨损发展的信息。
使用铁谱技术（ferrography），将摩擦副中的磨屑从润滑油中分离出来，在 铁谱仪（见图 4.2）上通过一个梯度磁场的作用，按粒度大小依次沉淀在玻璃基 片（谱片）上（磁场大的地方吸住的磨屑粒度大）。
沉积了磨屑微粒的谱片，用显微镜进行观测和分析。谱片上沉积的微粒包括 钢铁、有色金属、氧化铁（氧化物）、油中变质的物质、聚合物微粒以及各种污 染微粒。依靠其各自的特征可以识别。表 4.3 中列出了各种磨屑的识别。
对摩擦磨损的影响。可以得到单一参量变化与摩擦磨损过程之间的关系。还可控
制试验环境，如加润滑（剂或材料、剂量和组分及润滑方式），周围气氛（惰性
气氛、真空、温度、特殊介质），求得特定环境条件下的结果，研究者需要选择
合适的试验设备和试验条件：
试验设备有各种不同的摩擦形式、接触形式和运动形式，有不同的主变参数
但是，不能凭磨屑这个单一的特征来确证磨损机理。因为磨损机理还与材料 配对、润滑状况、环境条件等因素有关。
磨屑的检测工具，常用的有光学显微镜，扫描电子显微镜（SEM），透射电 镜（TEM）等，可检测其形状和尺寸。对油样的光谱分析可检测润滑油中磨屑 的数量和组分。
X 射线荧光分析（RFA），发射光谱分析(ES)，X 射线衍射技术等可用于检 测少量磨屑的金属元素含量。
磨屑的形状、大小及数量，磨屑的成分和组织，都可以作为推断曾经发生过 的磨损过程和判断磨损严重程度的依据。
磨屑是磨损机理的重要判据之一。一般金属摩擦副在磨合阶段从表面上脱落 下来的磨屑，通常其组分为氧化物，大小和表面微凸体相近。说明在磨合阶段， 较高的微凸体顶端被迅速碾平，使承载面积增大。同时表面材料在磨合过程中被 加工硬化，使磨损转入平缓的稳态阶段。
TEM
nm
膜
3.高分辨结构像观察；
2.复膜
4.晶体结构分析（微区电子衍射）
扫 描 电 子 5～2×105 二次电子 任 何 形 状 1.表面几何轮廓的三维观察和立体分析；
SRV微动摩擦试验机 点、面、线接触
摩擦副：
滑动摩擦
面对面接触
往复直线运动
圆柱对面线接触
球对面点接触
在 高 速 往 复 滑 动 下 液体润滑剂，
测 定 摩 擦 系 数 和 磨 固体膜，
损
固体润滑材料
滚滑类试验机 MM-200 AMSLER
n1=n2为纯滚动
摩擦力矩
n1=0为纯滑动
磨损
n1≠n2为滚滑
b.要有定量测定摩擦系数和（或）磨损的装置，以及能定量地显示实验条件
(载荷和速度)的设备，有的设备和试验方法已经标准化。使用标准化的设备和方
法，可以得到可比的试验结果。
几种常用的实验室摩擦试验设备见表 4.1
表4.1 实验室常用的摩擦试验设备
摩擦副对偶
实验机名称
接触及运动形式
可测数据
应用范围
四球机
大磨粒长（25～100）μm，宽（2～5） 面；
μm
油中磨料嵌入软表面，切削硬表
小磨粒长（<10）μm，宽<1μm
面
滚动轴承疲劳磨损 扁平片状，长<100μm，长厚比 10：1 裂纹剥落，属正常点蚀磨损
层状磨屑，极薄，表面有空穴、孔洞 剥落的磨屑粘在表面上，进一步
等缺陷
受碾压形成
长（20～50）μm，长厚比约 30：1 球状磨粒，直径 Φ1～5μm
线接触（纯滚或滚
滑），面接触（纯滑）
旋转运动
轴承PV值试验机 面接触
极限PV值
滑动摩擦
温升
旋转
固体膜 固体润滑材料 液体润滑剂
液体润滑剂 固体润滑材料 固体膜
交叉圆柱试验机
点接触 滑（滚）动摩擦 旋转
摩擦系数
(2)模拟试验或台架试验设备
模拟试验或台架试验设备是专门设计的，可以模拟实际工况的实验室装置
实验四 摩擦学基础实验（1 学时）
一．实验目的 1.通过实验了解不同材料配副摩擦系数的变化及磨损量的不同。 2.掌握摩擦学实验的基本方法及有关仪器设备的使用方法。 二．实验原理 1.概述
摩擦表面上的物质，由于表面相对运动而不断损失的现象称磨损。在一般正 常工作状态下，磨损可分三个阶段：
(1).跑合（磨合）阶段：轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。 (2).稳定磨损阶段：磨损更轻微，磨损率低而稳定。 (3).剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动， 摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。（如图 4.1）
显微镜
放大倍数

表 4.4 各类显微镜的功能 主要成像 试件要求
主要功能
及最佳分
信息
辨率
光 学 显 微 5～2×103
镜 OM
0.2μm
透 射 电 子 100～106
可见光 金相表面 1.组织观察； 2.微细浮雕观察及高度测量
透射电子 1.厚度小于 1.组织观察；
显微镜
0.2 ～ 0.3
200nm 的薄 2.晶体缺陷的衍射像观察；
b.表面分析技术，利用各种表面分析仪器进行观测。 表面分析仪器可分两大类：
表 4.3 磨屑形貌的识别
磨屑来源
形状尺寸和大小
磨损情况的判断
钢铁磨损的磨屑 长<15μm，厚<（0.15～1）μm，
连续不断的正常磨损
长厚比（10～3）：1，薄片状
钢铁的切削磨屑 呈切削状（螺旋、圆圈或曲线）
硬表面的锐边、凸起切削软表
的模拟。因此要达到满意的实验结果，必须精心设计。
台架试验的目的，通常是评定被试摩擦副的性能，能否达到规定的指标（一
般规定指标都超过使用时的实际要求），如温升、使用寿命、功率消耗等。
表 4.2 中列举了部分模拟试验设备。模拟试验设备通常是根据需要自行设计 的非标准设备，只有少数设备为通用的台架。
表4.2 模拟或台架试验设备
产生于裂纹内部，由片状磨屑经 内表面相对揉搓形成
齿轮滚滑复合磨损 磨屑
扁平，长厚比（4～10）：1
齿轮节圆处滚动疲劳的点蚀磨 屑
尺寸约（100～102）μm，有金属及氧 齿轮节圆两侧滑动区的粘着磨
化物，白色反射光下呈黄蓝色
损磨屑
氧化铁磨屑
红色磨屑，反射白光下呈桔黄色，反 油中含水分锈蚀形成
射偏振光下呈深橙黄色。为顺磁性
摩擦状态
滚动轴承保持架 模拟滚动体与滚道的滚动
试验装置
摩擦和与保持架的滑动摩
擦时的受力及运动状态
汽车安全带模拟 实验装置
(3).使用试验（全尺寸试验） 用实际部件甚至整机在实际工况条件及环境下进行试验，考查全部参量对整