摩擦学原理与润滑技术试题

摩擦学原理与润滑技术试

题

Prepared on 24 November 2020

摩擦学原理复习题整理

1.简述摩擦种类及机理

2.简述磨损种类及机理

1.答：摩擦的分类:

按摩擦副的运动状态：动摩擦，静摩擦

按摩擦副的运动形式：滚动摩擦，滑动摩

按摩擦副的润滑状态：干摩擦，流体摩擦，边界摩擦，混合摩擦

摩擦产生机理：

1）机械啮合理论：摩擦力源于接触面的粗糙程度。相互接触的两物体粗糙的峰相互啮合、碰撞以及产生的塑性或弹性变形，特别是硬的粗糙峰嵌入软表面后在滑动过程中产生的形变会引起较大的摩擦力。

2）分子作用理论：这种理论认为由于分子的活动性和分子作用力使固体粘附在一起而产生滑动阻力。被称为粘着效应。

3）粘着理论：人们从机械——分子联合作用的观点出发建立了粘着理论。

2.答：磨损种类：点蚀磨损、胶合磨损、擦伤磨损、粘着磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损、腐蚀磨损、磨料磨损。

磨损产生机理：

1）磨粒磨损机理：微观切削、挤压剥落、疲劳破坏

2）粘着磨损机理：通常摩擦表面的实际接触面积只有表观面积的~%。对于重载高速摩擦副，接触峰点的表面压力有时可达5000MPa，并产生1000度以上的瞬现温度。而由于摩擦副体积远大于接触峰点，一旦脱离接触，峰点温度便迅速下降，一般局部高温持续时间只有几个毫秒。摩擦表面

处于这种状态下，润滑油膜、吸附膜或其他表面膜将发生破裂，使接触峰点产生粘着，随后在滑

动中粘着结点破坏。这种粘着、破坏、再粘着的交替过程就构成粘着磨损。

弹性流体动力润滑和流体动压润滑分别适用于什么情况。

两个作相对运动物体的摩擦表面,用借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开,

由流体膜产生的压力来平衡外载荷,称为流体动力润滑。所用的粘性流体可以是液体(如润滑油),

也可以是气体(如空气等),相应地称为液体动力润滑和气体动力润滑。流体动力润滑的主要优点是,摩擦力小,磨损小,并可以缓和振动与冲击。

流体动力润滑通常研究的是低副接触受润零件之间的润滑问题,把零件摩擦表面视作刚体,并认为

润滑剂的粘度不随压力而改变。可是在齿轮传动、滚动轴承、凸轮机构等高副接触中,两摩擦表面之间接触压力很大,摩擦表面会出现不能忽略的局部弹性变形。同时,在较高压力下,润滑剂的粘度也将随压力发生变化。弹性流体动力润滑理论是研究在相互滚动或伴有滑动的滚动条件下,两弹性物体间的流体动力润滑膜的力学性质,把计算在油膜压力下摩擦表面的变形的弹性方程、表述润滑剂粘度与压力间关系的粘压方程与流体动力润滑的主要方程结合起来,以求解油膜压力分布、润滑膜厚度分布等问题。

表面的几何形状误差类型

答：机械零件的几何形状误差主要有以下三种类型：

（1）微观几何形状误差（2）表面波纹度（3）表面粗糙度也叫微观粗糙度

赫兹接触

答：就是指圆弧形物体的接触，如圆柱体、球体等曲面物体的接触。

微动腐蚀磨损

答：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称为微动磨损。如

果微动磨损过程中，两表面的化学反应起主要作用时，则可称为微动腐蚀磨损。

弹性流体动压润滑

答：考虑了弹性变形及压粘变化对流体动压润滑的影响称为弹性流体动压润滑

固体润滑剂

答：为防止与保护相互运动的表面不受损害，以及减少摩擦副的摩擦与磨损而在运动表面使用的

粉末状或薄膜状的固体物质，即叫固体润滑剂。

强制润滑

答：用油泵将润滑油等输送到需润滑的机件部位的方法叫强制润滑。。

1、通常所说的表面形状误差是由加工过程的（固有误差）引起的与要求形状的偏差。

2、两个粗糙表面的接触通常是一个（弹性变形）和（塑性变形）并存的混合系统。

3、大气中很少遇到纯净表面，金属表面总有一层膜，它可能是（氧化膜）或（污染膜）。

4、粘着磨损按磨损程度分为（轻微磨损）（涂抹）、（刮伤）、（胶合）和（咬死）五种。

5、机器零件典型磨损过程分为（磨合）阶段、（稳定磨损）阶段和（剧烈磨损）阶段

6、粘度是液体流动时在液体分子之间的（内摩擦），即流体膜的（剪切阻力）。

磨损的定义和特征是什么

答：磨损是由于机械作用和(或)化学反应(包括热化学、电化学和力化学等反应)，在固体的摩擦表面上产生的一种材料逐渐损耗的现象，这种损耗主要表现为固体表面尺寸和(或)形状的改变。

磨损的三个主要特征：1)磨损是发生在物体上的一种表面现象；2)磨损是发生在物体摩擦表面上的一种现象，其接触表面必须有相对运动；3)磨损必然产生物质损耗(包括材料转移)，而且它是具有时变特征的渐进的动态过程。选择润滑方法时需考虑的因素有哪些

答：选择润滑方法时应考虑载荷、速度、摩擦副的运动形式与分布、所选润滑剂的种类、供给量、机器的结构、精密程度和工作环境等。

一般对结构简单、小型及低速轻载的机械可采用手工润滑、滴油润滑和油垫润滑等；

对于大型、结构复杂及高速重载的机械，可采用飞溅润滑、油环润滑或强制润滑；速度更高的滚动轴承或齿轮传动多用油雾润滑。

摩擦学设计的主要内容是什么

答：（1）材料选择。（2）表面层设计。（3）耐磨性结构设计。（4）磨损计算与预测。

简述不同类型磨损对材料基本性能的要求。

答：粘着磨损，相互配对材料的溶解度低；在工作表面温度条件下，抗热软化能力好；表面能低; 磨粒磨损，表面硬度高于磨料硬度；加工硬化性能好;

接触疲劳，高硬度，高韧性；精加工的加工性能好；流线性好；无硬的非金属夹杂物；表面无微裂纹;

腐蚀磨损，无钝化作用时，具有较高的抗腐蚀能力；防腐与耐磨性能好;

微动磨损，较高的抗环境腐蚀与抗磨粒磨损的能力；磨损时形成软的腐蚀产物；相互配对材料具有不相容性;

简述流体动、静压润滑的工作机理和特点

答：工作原理：当摩擦副起动、制动、正反转、载荷变化等动压润滑条件不能满足时，投入静压润滑，以保证流体润滑条件；而当摩擦副已进入稳定运行并形成动压润滑膜时，就停止供给压力润滑剂（即停止静压润滑）。

特点：流体动、静压润滑是近代出现的较先进的润滑方式，其原理是综合利用动压和静压润滑的优点，避免两者的缺点。既避免了静压系统能量的消耗，同时也保证了起动、制动等情况下的流体润滑条件，从而达到降低成本，延长机械寿命的目的。

1阐述粘着摩擦理论。（15分）

2绘出Stribeck曲线，标明不同摩擦状态的三个区域，并说明各个区域影响摩擦的主要因素。（15分）

3简述边界润滑膜的减摩机理（15分）

4如何合理选用工业齿轮润滑油（10分）

5齿轮是一种广泛使用的机械零部件，根据你所熟悉的使用工况，分析齿轮的受力特点、润滑状态和磨损机理，并采取合理的润滑措施。（15分）

6通过电镀、物理气相沉积等方法在金属表面沉积一层软金属薄膜（如Pb,Sn,In,Ag,Au）作为固体润滑剂，这层厚度不到μm的薄膜已成功地应用在高真空或太空摩擦系统。有镀膜金属间的滑动摩擦因数很低(In为，Sn为，而没有镀膜金属间的摩擦因数很大。这层软金属薄膜能降低磨损至少一个数量级以上。

根据赫兹接触理论和软金属薄膜的剪切强度，我们想建立硬基体镀膜的摩擦因数的数学表达式。假定一个硬质钢球（半径为R）施加载荷于表面镀膜的硬质平面上，球和平面的材料弹性参数相同（E和ν），且忽略软金属膜对接触区赫兹接触的影响。

（a）在圆形接触区内，法向接触压力p(r)是怎样的径向分布根据中心点压力po和接触半径a，提出法向接触压力的径向分布方程。

（b）依据Po计算出按触区内的平均接触压力Pmean。

（c）接触区不发生剪切的条件下，最大压力由Po=τy/确定,这时τy

是基材的剪切强度，提出法向载荷N与τy、a等的关系表达式。

（d）摩擦力等于真实按触面积与软金属膜的τf的积，提出摩擦力的数学表

达式。

（e）依据膜和基材的剪切强度（或硬度），计算摩擦因数μ=F/N（f）膜和基材的硬度分别为

60kg/mm2

和600kg/mm2

，试估计摩擦因数μ，

并与上述试验结果进行比较请对上述方法的所有假设进行评价。（20分）

1题:

简单粘着理论

1）摩擦表面处于塑性接触状态；W=Ar×σs

2）滑动摩擦是粘着与滑动交替发生的跃动过程；瞬间高温→粘着→剪切→滑动

3）摩擦力是粘着效应和犁沟效应产生阻力之和。

F=T+Pe=Aτb+Spe

t为剪切力，Pe为犁沟力；

对于金属材料，摩擦力主要是两滑动表面间金属接点的粘着效应，而忽略犁沟过程。

F＝Ar×τs=W×τs/σsf＝F/W＝τs/σs

结论：摩擦力与载荷成正比，摩擦力与接触面积无关。

指导意义：在金属表面镀(涂)一层低剪切强度的膜可降低摩擦因数，如软金属、润滑剂、氧化膜等剪切力使粘着接点长大：使真实接触面积增加，摩擦力增加。表面膜效应：使接触点的剪切应力降低，使摩擦力降低。犁沟效应：表面粗糙度对摩擦力有很大的影响。修正的摩擦粘着理论的摩擦因数表示为

2题:

1）当粘度、速度太低、压力太高，轴承数ηv/p较小，处于边界润滑区（Ⅲ区），μ大、磨损大，对润滑起主要作用的是润滑油和表面的理化性能。2）当轴承数ηv/p增加，部分动力润滑增加，过渡到混合润滑（Ⅱ区），μ和磨损逐渐降低。3）轴承数ηv/p进一步增加至一定程度，油膜足以承担全部载荷，过渡到液体润滑，摩擦磨损极低，润滑性能取决于油的体相性能（如粘度）。

4题：工业齿轮油选用的四条原则：

1）根据齿轮线速度选择齿轮油的粘度。速度高的选用低粘度油，速度低的选用高粘度油。2）根据齿面接触压力（MPa）选择齿轮油的类型

低于350，用CKB；350-500，用CKC；500-1100，用CKC、CKD，高于1100，用CKD。3)使用温度：油温高，油的粘度大，油温低，油的粘度低。夏天用高粘度油，冬天用低粘度油。

4）齿轮润滑与轴承润滑是否同一系统，滑动轴承要求润滑油的粘度较低。

5题:

1）齿轮的受力特点：循环应力、线接触、高接触应力2）润滑状态：多数为弹流

3）磨损机理：点蚀为主的疲劳磨损4）润滑措施：

（1）高粘度的润滑油或润滑脂，（2）控制润滑油的水分（3）加强密封

（4）选用性能优良的润滑剂（5）优化结构设计

6题:

（a）圆形接触区内，法向接触压力呈半椭圆分布。

磨粒磨损：外部进入摩擦面间的游离硬颗粒(如空气中的尘土或磨损造成的金属微粒)或硬的轮廓峰尖在较软材料表面上犁刨出很多沟纹时被移去的材料,一部分流动到沟纹的两旁,一部分则形成一连串的碎片脱落下来成为新的游离颗粒,这样的微切削过程就叫磨粒磨损。

疲劳磨损：是指由于摩擦表面材料微体积在重复变形时疲劳破坏而引起的机械磨损。例如当作滚动或滚-滑运动的高副受到反复作用的接触应力(如滚动轴承运转或齿轮传动)时,如果该应力超过材料相应的接触疲劳极限,就会在零件工作表面或表面下一定深度处形成疲劳裂纹,随着裂纹的扩展与相互连接,就造成许多微粒从零件工作表面上脱落下来,致使表面上出现许多月牙形浅坑,形成疲劳磨损或疲劳点蚀。

粘附磨损：当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处发生“冷焊”后,在相对滑动时,材料从一个表面迁移到另一个表面,便形成了粘附磨损。

固体表面形貌：是指描述固体表面特征的量，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。

边界润滑：指两摩擦表面之间存在着一层与工作介质性质不同的薄膜——边界膜的摩擦润滑状态。

1、润滑条件下，相对运动表面虽然不直接接触，也可能发生（疲劳）磨损。

2、降低表面粗糙度能有效地提高抗（磨损）的能力。

3、粘度是液体流动时在液体分子之间的（内摩擦），即流体膜的剪切阻力。

4、磨损是相对运动过程中，两接触物体之间材料产生变形、性能变化，且物质（不断损失）的现象。

5、合成油不是用石油炼成的，而是用（化学方法）合成的。

6、动物油的油性最好，植物油的油性次之，而一般（矿物油）的油性最差。

7、滚动摩擦阻力的组成有四种即：微观滑动、弹性滞后、塑性变形、粘着效应

一般情况下的润滑方法有哪些

（1）油润滑；（2）脂润滑；（3）固体润滑(低速、高低温、真空、辐射、腐蚀)；（4）气体润滑磨损的分类有哪些

（1）粘着磨损或粘附磨损；（2）磨料磨损或磨粒磨损；（3）疲劳磨损或表面疲劳磨损；（4）腐蚀磨损或摩擦－化学磨损。（5）其他。包括侵蚀磨损或冲蚀磨损和微动磨损等。

选用润滑剂的基本工作条件是

（1）工作温度；（2）工作速度；（3）工作载荷；（4）空气湿度；（5）压力；（6）真空（；）

按破坏机理分，磨损类型有几种

粘着摩擦、磨料摩擦、疲劳摩擦、腐蚀摩擦、微动摩擦、冲蚀摩擦、气蚀摩擦。

摩擦学研究所应用的主要分析测试技术大体上可分为哪三类

（1）摩擦与润滑材料以及涂层的摩擦学性能测试技术；（2）摩擦表面测试分析技术；（3）磨损微粒分析技术

===简单叙述流体动压形成的过程和所应该具备的条件。

依靠运动副两个滑动表面的形态，在相对运动时产生收敛形油楔，借助粘性流体的动力学作用，产生具有足够压力的流体膜平衡于外载荷，并将两表面分隔开。这种润滑状态称为流体动压滑动。其润滑系统的摩擦学特性主要由两个特定决定：①运动阻力主要来自流体分子间存在的内摩擦；②两滑动表面的几何形状在相对运动形成收敛形油楔产生足够的承载压力。

两个作相对运动物体的摩擦表面,用借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开,由流体膜产生的压力来平衡外载荷,称为流体动力润滑。