摩擦学原理知识点整理

绪论

1、摩擦学定义：是关于相对运动的相互作用表面的科学技术，包括摩擦、润滑、磨损和冲蚀。

2、摩擦学研究内容主要包括：摩擦、磨损、润滑以及表面工程技术。

3、摩擦：是抵抗两物体接触表面在外力作用下发生切向相对运动的现象。

4、磨损：着重研究与分析材料和机件在不同工况下的磨损机理、发生规律和磨损特性。

5、润滑：研究内容包括流体动力润滑、静力润滑、边界润滑、弹性流体动力润滑等在内的各种润滑理论及其在实践中的应用。

6、表面工程技术：将表面与摩擦学有机结合起来，解决机器零部件的减摩、耐磨，延长使用寿命的问题。

第一章

1、表面形貌：微观粗糙度、宏观粗糙度（即波纹度）和宏观几何形状偏差。

2、表面参数：（1）算术平均偏差Ra 是在一个取样长度lr 内纵坐标值Z （x ）绝对值的算术平均值。（2）轮廓的最大高度Rz 是在一个取样长度lr 内最大轮廓峰高Zp 和最大轮廓谷深Zv 之和的高度。（3）均方根偏差Rq 是在一个取样长度lr 内纵坐标值Z （x ）的均方根值。

3、对于液体，表层中全部分子所具有的额外势能的总和，叫做表面能。表面能越高，越易粘着。

4、物理吸附：当气体或液体与固体表面接触时，由于分子或原子相互吸引的作用力而产生的吸附叫做物理吸附，是靠范德华力维系的，温度越高，吸附量越小。物理吸附薄膜形成的特点是吸附和解吸附具有可逆性，无选择性。

5、化学吸附：极性分子与金属表面的电子发生交换形成化学键吸附在金属表面上，且极性分子呈定向排列。化学吸附的吸附能较高，比物理吸附稳定，且是不完全可逆的，具有选择性。

6、粘附：是指两个发生接触的表面之间的吸引。

7、影响粘附的因素：①润湿性，②粘附功，③界面张力，④亲和力。

8、金属表面的实际结构：（1）外表层：①污染层，②吸附气体层，③氧化层；（2）内表层：①加工硬化层，②金属基体。

第二章

1、固体表面的接触分类：（1）点接触和面接触。（2）①弹性接触（赫兹接触），②塑性接触，③弹塑性接触，④粘弹性接触。

2、名义接触面积：是两接触固体几何（宏观）界面的边界所确定的面积。

3、实际接触面积：是两接触固体之间传递界面力的各接触斑点面积之和。

影响因素：①载荷的大小，②材料的性质，③微观粗糙度。

4、接触模型：①圆柱体模型（当载荷改变时其接触面积保持不变），②圆锥体模型（比较接近实际情况，因为存在尖端微凸体的可能性很小），③形状对称的球体模型（最符合实际）。

5、塑性指数： 2

1??? ??=ψR H E

σ σ：表面微凸体高度分布的标准偏差；R ：微凸体的相当曲率半径；E ：复合弹性模量；H ：材料的硬度值。当ψ<1，弹性接触；ψ>1，部分接触点含有塑性接触；ψ>3，主要是塑性接触。

第三章

1、摩擦的概念：摩擦力是指两个相互接触的物体在外力作用下发生相对运动（或具有趋势）时在接触面间产生的切向运动阻力，这种现象称为摩擦现象。

2、摩擦有害的方面：（1）造成大量能量的消耗，引起机械效率的降低；（2）摩擦使得机器中相对运动的零件表面产生磨损；（3）摩擦使得摩擦副工作温度上升。

3、摩擦的分类：

（1）运动状态：静摩擦和动摩擦；（2）运动方式：①滑动摩擦，②滚动摩擦，③转动摩擦；

（3）润滑状况：①干摩擦，②边界摩擦，③流体动力摩擦，④混合摩擦。

4、古典摩擦定律：（1）摩擦力只与两物体的接触面积间的法向载荷的大小成正比；（2）摩擦力的大小与名义接触面积的大小无关；（3）静摩擦力总是大于动摩擦力；（4）摩擦力的大小几乎与接触面间的滑动速度无关。

5、局限性：（1）对于摩擦力与法向载荷成正比，即摩擦系数不变。当作用于两接触物体的发现载荷特别大时，实际接触面积有可能接近表观接触面积。摩擦系数随着实际接触面积的增加而增加。（2）摩擦力与接触面积无关仅适用与金属材料，对于完全洁净、光滑的表面，强烈的分子引力便不可忽略。第二定律尤其不适用于弹性材料。（3）静摩擦大于动摩擦。对于具有一定屈服极限的材料是成立的，但对于粘弹性材料不一定符合。（4）摩擦力与滑动速度无关。不适用任何材料，尤其是粘弹性材料。通常摩擦力随表面相对滑动速度的增加而通过一个最大值，后下降。

6、摩擦理论：（1）机械理论：认为产生摩擦阻力的原因在于接触面上存在凹凸不平。摩擦是表面粗糙不平的机械互锁作用造成的。（2）分子理论：认为摩擦的原因在于两物体摩擦表面间分子引力场的相互作用所致，且表面月光滑摩擦力越大。（3）分子-机械理论：认为摩擦力不仅取决于克服两个接触面分子的相互作用力，而且还取决于因粗糙微凸体的犁沟作用引起的接触体形貌的畸变。

7、粘着：在外加压力作用下，由于表面吸引力的作用而使两表面发生粘合的现象。

8、摩擦时金属的表面变化

（1）几何形状：在摩擦过程中，表面粗糙度不断改变，在正常情况下逐渐趋于一个稳定值，既有可能变得粗糙，也有可能变得光滑。此时称其为平衡粗糙度。

（2）表面结构：1加工硬化；2形成变形织构，增大内应力；3晶粒细化，甚至形成微薄溶化层；4产生二次淬火和二次回火。

（3）表面成分：1在近表面区域某种溶质元素贫化，甚至消失；2溶质元素以另一种途径在表面富化。

9、影响摩擦系数的因素：①摩擦副材料性质（互溶性越差的金属摩擦副的摩擦系数越小），②载荷（系数随载荷的增加而降低），③滑动速度（不同工况，影响不同），④表面粗糙度（干摩擦随着粗糙度的降低而降低），⑤表面膜（表面膜的存在使得系数降低，且随着膜厚度的升高，系数先降低后升高），⑥温度（随着温度升高，系数先降后升），⑦介质。

10、特殊工况下的摩擦

第四章

1、磨损：由于表面相对运动而产生的表面材料损失或转移。

2、分类：①粘着磨损；②磨粒磨损；③表面疲劳磨损；④腐蚀磨损；⑤微动磨损（复合机制）。

3、磨损过程：①磨合阶段。磨合是磨损过程的不均与阶段，这时由于表面形貌发生变化，表面微凸体相互剧烈碰撞的几率逐渐减少。②稳定磨损阶段。由于前期磨合的结果，摩擦系统获得了相对稳定的特性，磨损概率保持不变，磨损率很小，且摩擦学过程保持不变。③“急剧”磨损阶段。当材料的磨损总量达到一定数值时，摩擦系统的状态可能发生质的转变，随之摩擦现象也发生重大变化。这时材料磨损随时间迅速增加，发生过程自动加速，即一段时间间隔的大量增长甚至会引起下一时间间隔更大的增长，从而导致系统突然损坏而失效。

4、粘着磨损定义：摩擦表面相对运动时，由于粘着效应而形成的粘着点发生剪切断裂。

5、机理：接触变形机理和磨削转移机理。粘着磨损是由于两摩擦物体在法向力和切向力的联合作用下，产生金属与金属的直接接触和塑性变形，从而经历粘着（冷焊）、剪切撕脱和再粘着的循环过程。

6、类型：（1）轻微磨损，（2）涂抹，（3）擦伤与划痕，（4）撕脱，（5）咬死。

7、影响因素：（1）材料性质，（2）载荷，（3）氧化膜，（4）滑动速度，（5）温度，（6）润滑油、润滑脂，（7）表面粗糙度。

8、防措：（1）选择互溶性小的摩擦副材料；（2）表面处理，改善互溶性和组织结构；（3）降低粗糙度，降低平均压力；（4）合理选择润滑剂和添加剂，提高油膜强度和承载力。

9、磨粒磨损定义：当摩擦副一方的表面硬微凸体或硬的颗粒在较软的表面上或在对偶双方表面上引起划痕、犁皱、擦伤或微切削的现象。

10、机理：（1）以微量切削为主的假说；（2）以疲劳破坏为主；（3）以压痕破坏为主；（4）以断裂为主。（1）认为当塑性金属同固定磨粒摩擦时，在金属表面层内发生两个过程：1塑性挤压，犁沟擦痕；2切削金属，形成磨屑。

（2）认为金属的同一显微体积的多次塑性变形使其发生金属疲劳破坏，小颗粒从表层上脱落下来，但不排除存在磨粒直接切下金属的过程。

（3）认为在磨损过程中，磨料压入表面，当移动试件时，压入试件的磨料就犁耕金属表面，形成沟槽，使金属表面受到严重的塑性变形，擦痕两侧的金属受到破坏造成弹性和塑性变形。

（4）认为当磨粒压入和擦划金属表面时，压痕处的金属要产生变形，磨料压入深度达到临界深度时，伴随压入产生的拉伸应力足以使裂纹产生。当横向裂纹相交或扩展到表面时，材料微粒便发生脱落，形成磨屑。

11、影响因素：（1）材料的硬度，（2）显微组织，（3）加工硬化，（4）材料断裂韧性，（5）材料弹性模量，（6）磨料硬度，（7）磨料粒度。

12、防措：（1）提高金属材料硬度；（2）提高强韧性，改善抗切削能力；（3）表面耐磨处理；（4）防止外界磨粒侵入（密封、防尘等）

13、疲劳磨损：是指由重复作用的应力循环引起的一种特殊破坏形式，这种应力循环的应力幅不超过材料的弹性极限。

14、机理：（1）油楔理论；（2）微观点蚀磨损理论；（3）剥层磨损理论。

15、影响因素（1）材料的冶金质量，（2）热处理组织结构，（3）表面层状态，（4）表面粗糙度，（5）润滑。

16、防措：（1）提高冶金质量，（2）控制马氏体碳含量，（3）降低碳化物粒度并使之呈球状分布，（4）选用适当的润滑油，改善润滑条件，（5）合理选择表面处理硬化工艺，（6）改善接触配对副的表面状态，提高加工精度。

17、微动磨损：是一种复合式磨损，主要特征是摩擦表面存在着大量的磨损产物——磨屑，磨屑由大量的氧化物组成。

18、防措：（1）优化结构，（2）改善润滑条件，（3）选择合适的摩擦副材料。。。。。。。

第五章

1、润滑的作用：（1）降低摩擦，减少磨损；（2）降温冷却；（3）防止腐蚀；（4）冲洗作用；（5）密封作用；（6）减震作用。

2、分类：（1）流体动力润滑，（2）弹性流体动力润滑，（3）流体静力润滑，（4）边界润滑，（5）气体润滑，（6）固体润滑。

3、流体动力润滑：依靠运动副的两个滑动表面的形状在相对运动时产生收敛型油楔，形成具有足够压力的流体膜，从而将两个表面分隔开，的润滑状态。

4、弹性流体动力润滑：在高的压力下，考虑零件弹性变形和润滑粘度随着压力升高而增大影响的润滑。

5、边界润滑：摩擦表面间的摩擦和磨损取决于表面材料性能和润滑剂除黏度外的性能的润滑。

影响因素：（1）温度，（2）速度，（3）载荷，（4）边界膜的结构性质。

6、材料的耐磨性：通常是指在一定的工况条件下，摩擦副材料在摩擦过程中抵抗磨损的能力。

7、影响钢耐磨性的因素：（1）含碳量；一般说来，在过共析钢中，只要渗碳体不以网状形式在晶界存在，耐磨性会随着含碳量的增加而增加。但碳含量过高后，材料的塑性、韧性会大幅下降，在冲击载荷较大的工况下，耐磨性反而降低，易造成脆断进而失效。（2）合金元素；（3）碳化物；（4）金相组织的影响；板状马氏体耐磨性比针状马氏体好，片状珠光体比球状的好，细珠光体比粗珠光体好。

8、高锰钢（耐磨钢）耐磨机理：在受到高冲击载荷及高压力作用下会发生相变，亚稳的奥氏体将转变为马氏体或∈相，表面层迅速产生加工硬化，从而产生高耐磨的表面层。