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摩擦学

1.摩擦学定义：

研究相对运动的相互作用表面的有关理论与实践的一门学科和技术。

着重强调“相对运动表面”和“相互作用”也可以说“摩擦学是研究两相对运动表面摩擦，磨损和润滑这三项相互关联的科学与技术的总称。

2.摩擦·磨损·润滑三者的关系：

摩擦是现象，磨损是摩擦的结果，润滑是降低摩擦减小磨损的重要手段。

3．世界上有1/3-1/2的能源消耗在摩擦上，大约有80%的坏损零件是由磨损报废的

4．表面形貌又称表面图形，表面结构，表面粗糙度或表面光洁度。

它是研究固体表面几何形状的细节。

5．把表面形貌中的独立单体即凸起的波峰称为微凸体。

6．微观不平度的平均间距：

微观不平度间距为含有一个廓峰和相邻轮廓谷的一段中线长度。

7．金属是工程应用最广泛的材料。

金属表面加工过程中，新生表面一旦暴露在大气中，就与大气中的各种气体作用形成各种性质的膜。

在金属表面以内，也因加工的机械作用造成材料变型而形成不同性质的层。

因此表面上和表面内都存在与金属基体本身的物理化学性质不一样的膜与层。

污染层-吸附层-氧化层-变形层-基体，固体表层的组成。

8．表面接触：

高副接触-点，线；低副接触—面

接触过程：

对一对微凸体而言，刚进入接触时，发生弹性变形，当载荷超过某一临界值则发生塑性变形；在微凸体接触处处于塑性变形的情况下，其基体仍可能是弹性变形状态。

就接触的微凸体看，在载荷一定的条件下，高度和较大的接触微凸体为塑性变形，高度和较小的接触微凸体可能是弹性变形。

点接触—弹性变形—塑性变形---多点接触

在载荷作用下，接触首先发生在两表面微凸体高度的最大处。

在开始接触的瞬间至少在三个位置上接触，但因接触面积的总和太小，以至不能支撑载荷，首先进入接触的微凸体的压应力很大，甚至可能超过接触体中较软材料的屈服极限而发生塑性变形。

同时新的高度和也较大的微凸体逐渐进入接触，直到参加接触的微凸体数目增加到不再进一步变形，且能支持升载为止。

微凸体模型：

环球模型，柱形模型，锥形模型

接触模型：

球面与球面，球面与平面，棒与棒

9．根据前人的宏观接触（既不考虑表面微凸体的塑性变形）的分析与推论，证明了接触形式的不同，最大剪应力的大小与位置不同。

当法向载荷与切向载荷同时作用与物体上时，最大剪应力的作用位置将表面移动，材料最先是在表面层以下发生塑性变形，而不是先在表面层上开始的塑性变形。

10．应力调幅：

1，大多数粗糙表面接触，表面的变形具有弹性特点

2，表面接触的形式取决于接触条件，外载荷的大小与方向以及外载荷作用的时间；接触物体的材料性质及表面状态。

11．总的实际接触面积都可以认为是与施加的载荷成正比。

12．摩擦是抵抗两物体接触而产生相对运动趋向或发生相对运动的现象。

外摩擦;是指两接触物体相对运动时，在实际接触面积上所发生的摩擦现象。

按运动形式分类:

滑动摩擦，滚动摩擦，滚滑摩擦

按运动状态：

静摩擦，动摩擦

按表面润滑状态分：

干摩擦，边界摩擦，流体摩擦，混合摩擦

13．古典摩擦定律：

a。

滑动摩擦力的大小与接触面间的法向载荷成正比

b.滑动摩擦力与名义接触面积无关

c.滑动摩擦力的大小与滑动速度无关

d.静摩擦力总是大于动摩擦力，即静摩擦系数大于动摩擦系数

14．粘着理论认为，在载荷作用下两表面接触时，某些接触点的单位压力很大产生塑性变形，致使这些点牢固粘着形成“冷焊“结点，当摩擦副滑动时，克服摩擦阻力的切向力首先必须剪开粘着结点，克服结点的剪切阻力，与此同时还要克服由于硬表面微凸体嵌入软表面，因滑动在软表面形成沟槽的阻力，即所谓的梨沟阻力。

因此摩擦力是两种阻力之和。

15．梨沟作用：

硬的凸起对软表面的作用

16．粘着理论应用：

a.用来解释粘着磨损的几种类型：

涂抹，擦伤，粘焊，咬卡

b.应用粘着理论，在硬表面沉积或涂敷一层软金属，能有效的降低摩擦系数

c.以金属膜做润滑剂

d.金属—非金属摩擦副得到广泛的应用

17．影响滑动摩擦系数的因素：

材料性质，表面膜的影响，温度影响，表面粗糙度影响，滑动速度的影响，法向载荷的影响

18．磨损：

是相对运动过程中两接触物体表面材料产生形变，性能变化且物质不断损失的现象

摩擦与磨损相伴而生，磨损起因于相对运动解除表面间的摩擦

磨损的分类：

粘着磨损，磨料磨损，疲劳磨损，腐蚀磨损，微动磨损，冲动磨损，气蚀磨损

75%的零件是因磨损失效，而在各类磨损造成的损失中首推磨料磨损占50%，粘着磨损15%，腐蚀磨损8%

磨损的表示方法：

a.线磨损，以摩擦表面法向尺寸减少计量磨损

b.体积磨损，以体积减少计量磨损

c.重量磨损，以重量损失计量的磨损

d.磨损率，磨损量对产生磨损的行程与时间之比

e.相对磨损率，被试验材料的磨损率与标准材料在相同条件下之比

19．粘着磨损较为普遍的定义是，摩擦相对运动是由于固相焊合的作用，接触表面的材料从一个表面转移到其他表面的现象。

影响粘着磨损的因素：

材料及其性质的影响，润滑及其表面膜的影响，载荷和速度的影响，表面粗糙度的影响

20．磨料磨损：

无论是粗糙硬表面把软表面划伤，还是表面间有外界颗粒划伤工作表面造成材料损失的现象。

按受磨损表面的数目有多少分为二体磨料磨损和三体磨料磨损

二体磨料磨损：

硬质颗粒直接作用于一个被磨表面

三体磨料磨损：

颗粒作用于两个被磨表面

21．磨料磨损机理研究主要体现在三方面：

一是零件材料的磨损机理，二是磨料自己的磨损机理，三是研究材料和磨料间的相互作用

22．疲劳磨损：

循环应力周期性作用在摩擦表面上，使表面材料疲劳而引起材料成微粒脱落的现象，也称接触疲劳磨损。

23．影响疲劳磨损的主要因素：

材料性能的影响，表面硬度的影响，表面粗糙度影响，表面残余应力影响，其他影响因素

24．微动磨损：

两接触表面间没有宏观的相对运动，由于振幅很小的相对滑动产生的磨损

25．冲蚀磨损;是指流体束或带有磨砺性固体介质的流体束冲击固体表面所造成的表面损坏的现象。

分为：

微粒流冲蚀磨损，流体冲蚀磨损，气蚀和电火花冲蚀

26．气蚀:

由于流动液体中气泡破裂所形成的振动波而引起固体表面变形和被除去的现象

27．按照润滑油的聚焦态可分为：

液体润滑剂，半固体润滑剂，固体润滑剂，气体润滑剂

28．石油基润滑油质量指标：

粘度，闪点，燃点，酸值，水分，凝点，残炭，腐蚀，比重，色度

粘度：

是液体流动时，在其分子间所表现的内摩擦阻力大小的度量

29．润滑油常用添加剂：

降凝剂，抗氧剂，清净分散剂，油性剂和摩擦改进剂，增粘剂，极压抗磨剂

30．影响粘度的因素：

a.粘度与温度的关系：

润滑油的粘度随温度的升高而变小

b.润滑油的粘度和其他液体的粘度一样，有事随着压力的增高而怎大

31．合成润滑油的优点：

a.优良的粘温特性

b.良好的低温性能，低温时无蜡析出，因而凝点较低，并且还有较低的押发性使用中损耗小，工作寿命长

c.一般具有较好的耐高温性能，闪点和燃点高，使用安全

d.化学性能较好

32．润滑脂是在基础油中用稠化剂进行增稠，再加入规定的添加剂制的。

组成润滑脂的基本组成是基础油，稠化剂，添加剂，稳定剂

皂基：

钙皂，钠皂，锂皂，铅皂等

指标：

针入度，表示润滑脂的稠度，即润滑脂的软硬程度

滴点，表示润滑脂的耐热性能，是确定润滑脂最高使用温度的根据。

在规定条件下加热，当润滑脂从滴点记的小孔中滴下时的温度。

通常润滑脂的工作温度至少比其滴点低20左右

33．润滑状态类型：

a.流体润滑：

流体动压润滑，弹性流体动压润滑，流体静压润滑

b.混合润滑：

即流润滑与边界润滑并存

c.边界润滑

34．边界润滑：

是指两摩擦表面之间存在着一层与工作介质不同的薄膜

边界润滑的特性：

a.滑动表面间紧密靠近，以至微凸体可能发生明显的接触。

b.一般情况下，不考虑流体动压作用及润滑剂粘度对边界润滑的影响

c.边界润滑的摩擦学性质决定于润滑剂和滑动表面之间的相互作用及所生成的边界膜的性质

d.与干摩擦相比，由于边界膜的存在，可以减少机械零件的磨损使摩擦副的承载能力大幅度提高，从而延长使用寿命，扩大使用范围，这就是边界润滑作为摩擦副最低要求的润滑状态的理由所在

边界润滑的机理：

a.表面吸附膜机理

b.高粘性厚膜机理

c.薄膜及其抛光作用机理

d.化学反应膜机理

35．物理吸附：

润滑油中的极性化合物分子，在范德华力的作用下，依靠分子或原子的相互吸引，可以牢固地吸附在金属表面上，形成分层定向排列的分子栅，这种吸附就叫做物理吸附，形成的膜就是物理吸附膜

极性分子：

通常是指具有长链型分子结构并含有极性团物质的分子

吸附膜强度：

吸附边界膜具有防止微凸体相互贯穿的能力，从而有效的抑制金属与金属接触。

分子间的内聚力使物理或化学吸附膜具有一定的承载能力

36．化学吸附膜：

润滑剂中的极性分子与表面金属通过电子交换从而形成的吸附膜或者说润滑剂的极性分子靠化学键力吸附在表面时，形成的膜即称为化学吸附膜

37．物理吸附膜与化学吸附膜的比较：

化学吸附膜要稳定得多，热稳定性能好熔点高。

它可以在中等负荷，中等温度和中等滑动速度下起到较好的润滑作用。

但在重载高速下，起润滑作用失效，因为这些工况条件会造成膜的消向，脱吸，软化或熔化

38．吸附膜的主要特征：

吸附膜的减磨作用，润滑油的尖劈效应，润滑油的油性

39．流体动压润滑：

依靠运动副两个滑动表面的形状，在相对运动时产生收敛油锲，借助粘性流体的动力学作用，产生具有足够的流体膜，平衡外载荷并将两表面分隔开，这种润滑状态称为流体动压润滑状态。

40．流体静压润滑又称为外供压是利用外部的供油装置，将具有一定压力的润滑剂输送到支撑中去，强制形成压力油膜，借助流体的静压力来承受载荷。

流体动压润滑应具备两个基本条件，即两润滑表面必须存在一定的相对滑动速度，且必须构成收敛油楔。

而流体在静压润滑突出的特点是排除了上述前提条件，即使是两润滑表面组成的厚度间隙和无相对滑动也能实现良好的流体润滑

41．弹性润滑的研究对象：

弹流润滑是研究在相互滚动兼滑动的两弹性物体间的流体动压润滑问题，即主要解决点线接触的润滑问题

弹流润滑的主要特点：

其一为粘压效应即润滑的粘度，因高压而大幅度升高;历一个则为弹性变形效应，指的是接触面积因弹性变形而增大，其主要特点是既考虑了流体动压润滑作用，同时又考虑了被润滑面的弹性变形。

弹性润滑膜会造成：

磨料磨损减轻从而延长使用寿命，接触表面下的应力发生变化从而使表面点蚀情况发生变化，摩擦力发生变化，温度分布发生变化

42．弹性润滑机理：

a.形成共同接触区

b.入口区压力增大，形成承压油膜

c.接触区形状及粘压效应

43．固体润滑剂：

那些为防止与保护相互运动的表面不受损坏，以及减少摩擦副的摩擦与磨损而在运动表面上使用粉末状或薄膜状的固体物质

材料要求：

a.与摩擦表面能够牢固的附着有保护表面的功能

b.剪切强度低

c.稳定性好，不产生腐蚀及其他有害作用

d.有较高的承载能力

优点：

适用温度宽，承载能力较强，低温下防念滑性能好，能用于有尘土，不易密封的部位，真空中具有良好的润滑作用，耐辐射，导电率范围宽，能不加保护的用于腐蚀环境，存放性较好及简化润滑系统设计等。

缺点：

摩擦系数较大，散热性差

使用方法：

a.作为整体零部件使用

b.作为覆盖膜使用

c.制成组合材料使用

d．直接用粉末状固体润滑剂

44．油润滑装置：

手工润滑装置，地油润滑装置，油绳和油垫润滑，油环油链润滑，飞溅润滑装置，飞溅润滑装置，强制润滑装置，油雾润滑

45．润滑三要素：

摩擦面，供油方法，润滑剂

46．润滑脂的选定：

a.应比同条件下工作的滚动轴承用润滑脂的稠度要求低，一般应用25度下以下针入度为340—220的软脂

b.多台或联机运转时，尽量集中润滑系统，同时还需考虑其他工作的剪切速度

c.高温下工作，应选用滴点较高，耐热性较好的润滑脂，低温工作时则选用低温性能好的低凝点基础油或合成油作润滑脂的基础油

47．钢丝绳的润滑：

a.具有良好的润滑性，尽量减少钢丝绳之间及卷筒，绳轮间的摩擦与磨损，特别在有严重磨损的地方，要求用挤压性好的润滑剂

b.具有很强的粘附性，在钢丝绳运动过程中润滑剂不致因离心力作用被甩掉

c.参透性好，使麻芯侵油后随时向钢丝绳供油

d,良好的抗水性和防锈性，对于露天和潮湿条件下，特别是海洋船舶与海上钻井平台等的钢丝绳显得格外重要，使用的润滑剂应不易被冲刷，不易被腐化

e.能耐较高温度，受热时不致滴落流失

f.使用润滑脂时高温应不流失，低温无龟裂脱落现象

48．油品代用原则：

a.精炼程度高的油代替精炼程度低的油

b.动植物油不能用在有氧化物的地方

c.一般工况下用高粘度的油代替低粘度的油，对精密机械则用低粘度代替高粘度

e.对重载外，应用极压性能好的油代替极压性能差的油。