摩擦与磨损详解

表面摩擦与磨损一、摩擦与磨损的定义摩擦的定义是:两个相互接触的物体在外力的作用下发生相对运动或者相对运动趋势时,在切相面见间产生切向的运动阻力,这一阻力又称为摩擦力。

磨损的定义是:任一工作表面的物质,由于表面相对运动而不断损失的现象。

据估计消耗在摩擦过程中的能量约占世界工业能耗的30%。

在机器工作过程中，磨损会造成零件的表面形状和尺寸缓慢而连续损坏，使得机器的工作性能与可靠性逐渐降低，甚至可能导致零件的突然破坏。

人类很早就开始对摩擦现象进行研究，取得了大量的成果，特别是近几十年来已在一些机器或零件的设计中考虑了磨损寿命问题。

在零件的结构设计、材料选用、加工制造、表面强化处理、润滑剂的选用、操作与维修等方面采取措施，可以有效地解决零件的摩擦磨损问题，提高机器的工作效率，减少能量损失，降低材料消耗，保证机器工作的可靠性。

二、摩擦的分类及评价方法在机器工作时，零件之间不但相互接触，而且接触的表面之间还存在着相对运动。

从摩擦学的角度看，这种存在相互运动的接触面可以看作为摩擦副。

有四种摩擦分类方式：按照摩擦副的运动状态分类、按照摩擦副的运动形式分类、按照摩擦副表面的润滑状态分类、按照摩擦副所处的工况条件分类。

这里主要以根据摩擦副之间的状态不同分类，摩擦可以分为：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦，如图2－1所示。

图2-1 摩擦状态1、干摩擦当摩擦副表面间不加任何润滑剂时，将出现固体表面直接接触的摩擦（见图2-1a），工程上称为干摩擦。

此时，两摩擦表面间的相对运动将消耗大量的能量并造成严重的表面磨损。

这种摩擦状态是失效，在机器工作时是不允许出现的。

由于任何零件的表面都会因为氧化而形成氧化膜或被润滑油所湿润，所以在工程实际中，并不存在真正的干摩擦。

2 、边界摩擦当摩擦副表面间有润滑油存在时，由于润滑油与金属表面间的物理吸附作用和化学吸附作用，润滑油会在金属表面上形成极薄的边界膜。

边界膜的厚度非常小，通常只有几个分子到十几个分子厚，不足以将微观不平的两金属表面分隔开，所以相互运动时，金属表面的微凸出部分将发生接触，这种状态称为边界摩擦（见图2-1b）。

摩擦和磨损的联系一、摩擦和磨损的基本概念及关系摩擦力是指两个接触物体相对运动时出现的阻力，而磨损是指固体表面在相对运动或接触过程中，由于摩擦力所引起的物质的消耗和形貌的变化。

摩擦和磨损密切相关，两者之间存在着紧密的联系。

本文将对摩擦和磨损的关系进行全面深入的探讨。

二、摩擦对磨损的影响1. 摩擦对磨损程度的影响摩擦力的大小直接决定了磨损的程度。

当两个物体之间的摩擦力增大时，磨损程度也会相应增加。

摩擦力的大小与物体间的相互作用力、表面粗糙度以及润滑情况等因素密切相关。

2. 摩擦对磨损方式的影响摩擦力的作用下，可以产生不同的磨损方式。

当两个物体间的摩擦力较小时，可能会出现微小的磨粒，造成表面磨损；当摩擦力增大时，可能会出现表面剥蚀、刮伤等更为明显的磨损方式。

3. 摩擦对磨损速率的影响摩擦力的大小还会直接影响磨损速率。

摩擦力越大，物体表面的材料消耗速度越快，磨损速率也会相应增加。

因此，在工程设计中需要合理控制摩擦力的大小，以减缓磨损速率，延长材料的使用寿命。

三、磨损对摩擦的影响1. 磨损对摩擦力的影响磨损会造成物体表面的不平整，增加了摩擦力的大小。

磨损表面的粗糙度会显著影响摩擦力的大小。

当物体表面经过长时间的磨损后，摩擦力可能会大幅增加，从而对摩擦产生重大影响。

2. 磨损对摩擦过程的影响磨损会改变物体表面的形貌和材料特性，从而对摩擦过程产生影响。

磨损会使物体表面变得粗糙，增加了接触面积，改变了摩擦系数。

此外，磨损还会引起表面的氧化、硬质颗粒剥离等现象，进一步改变了摩擦过程的特性。

3. 磨损对摩擦耐磨性能的影响磨损会降低物体的摩擦耐磨性能。

物体经过长时间的磨损后，表面会变得疲劳、龟裂、掉屑等，从而降低了摩擦耐磨性能。

因此，在工程设计中需要充分考虑材料的磨损特性，选择具有较高耐磨性的材料，以提高摩擦耐磨性能。

四、如何减少摩擦和磨损1. 合理润滑润滑是减少摩擦和磨损的重要手段之一。

润滑可以在物体表面形成一层保护膜，减少摩擦力的大小，降低磨损程度。

机械系统中的摩擦与磨损机理分析摩擦和磨损是机械系统运行中的普遍现象，对于机械设备的性能和寿命都有着重要的影响。

理解摩擦和磨损机理，对于改善机械系统的运行效率和延长设备寿命具有重要意义。

本文将从摩擦的基本概念开始，深入分析摩擦与磨损的机理。

一、摩擦的基本概念摩擦是指处于接触状态的两个物体因相对运动而引起的阻碍运动的力。

在机械系统中，摩擦不可避免地产生，并且会引起能量损失和表面磨损。

摩擦力的大小与材料的性质、表面形态和润滑条件等因素密切相关。

摩擦力的大小可以用摩擦系数来表示，摩擦系数的大小取决于物体之间的接触情况和材料的特性。

例如，金属材料之间的摩擦系数通常较小，而金属与非金属材料之间的摩擦系数较大。

此外，物体表面的粗糙度也会影响摩擦系数的大小，表面越光滑，摩擦系数越小。

二、摩擦的机理与分类摩擦的机理与接触状态和表面形态有关。

一般来说，摩擦可以分为干摩擦和润滑摩擦两种类型。

干摩擦是指在无润滑介质作用下的摩擦。

在干摩擦条件下，物体表面粗糙度和形态决定了摩擦的特性。

当两个物体粗糙度相似且表面之间存在较大的接触面积时，摩擦力较大。

而当物体表面光滑度较高或表面接触区域较小时，摩擦力较小。

此外，在干摩擦条件下，还存在着“附着摩擦”和“切削摩擦”的区别。

附着摩擦是指物体表面粗糙度发生变形接触，产生短时间的摩擦力。

而切削摩擦是指物体表面粗糙度间的相互剪切产生的摩擦力，主要由于表面形态的不同而导致。

润滑摩擦是指在有润滑介质作用下的摩擦。

润滑介质可以减小物体表面间的接触，并降低摩擦力。

常见的润滑介质有液体和固体两种形式。

在液体润滑条件下，摩擦系数较小，润滑膜的形成对减小摩擦力有重要作用。

而在固体润滑条件下，固体润滑剂填充物体表面间的空隙，减小物体之间的直接接触，从而减小摩擦力。

三、磨损的机理与分类磨损是指机械设备在长期运行过程中，表面材料的逐渐损失。

磨损的机理与摩擦密切相关。

常见的磨损形式有磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损等。

模块九摩擦与磨损知识点9.1摩擦与磨损1.摩擦概念：两相互接触的物体有相对运动或相对运动趋势时，在接触处产生阻力的现象。

一．机械中的摩擦P2281.常见摩擦种类：（1）外摩擦：在物体接触表面上产生的阻碍其相对运动的摩擦（2）内摩擦：发生在物质内部，阻碍分子间相对运动的摩擦2.根据摩擦副的运动状态分类（1）静摩擦；（2）动摩擦3.根据摩擦副运动形式分：（1）滚动摩擦；（2）滑动摩擦4.根据摩擦副表面润滑状态分（1）干摩擦：摩擦系数大、表面磨损严重；除利用干摩擦工作的场合外，尽量避免干摩擦（2）边界摩擦：摩擦副表面吸附一层及薄的润滑剂膜（3）液体摩擦：摩擦系数小，理论上不产生磨损，是一种理想的摩擦状态（4）混合摩擦：兼上述两种状态及以上的二．机械中的磨损P229（1）黏着磨损：如活塞与气缸壁的磨损（2）磨粒磨损：如犁铧、挖机铲齿（3）表面疲劳磨损：表面出现麻坑（4）腐蚀磨损2.磨损过程及特征（如右图）（1）磨合磨损阶段：机械零部件属于新的，此时磨损速度较快。

属于有益磨损（2）稳定磨损阶段：此阶段磨损率趋于平稳和缓和，经历时间较长。

标志零件的使用寿命（3）剧烈磨损阶段：磨损量急剧增高，机械效率下降，需要及时检修3.进行有效的润滑，尽可能在液体状态下工作，是减少磨损的重要措施。

9.2机械的润滑一．润滑状态P2301.流体润滑：（1）流体静力润滑：油的压力由油泵提供的。

（2）流体动力润滑：油的压力在满足若干条件后由润滑油自身产生的。

2.弹性流体动力润滑3.边界润滑1234.混合润滑二．润滑剂1.润滑剂的分类及选用（1）润滑剂的作用：用于润滑、冷却和密封机械摩擦部分的物质。

（2）分类：矿物性润滑剂、植物性润滑剂和动物性润滑剂2.工业润滑油P232（1）润滑油的主要性能指标①黏度：1）是润滑油底壳剪切变形的能力2）黏度是润滑油最重要性能指标。

国家把40℃时润滑油运动黏度数字作为其牌号②黏度指数：1）温度升高黏度指数下降；2）黏度指数是衡量润滑油黏度随温度变化的指标。

机械设计中的摩擦与磨损分析在机械设计领域，摩擦与磨损是两个至关重要的概念。

它们不仅影响着机械部件的性能和寿命，还关系到整个机械设备的运行效率和可靠性。

首先，我们来了解一下什么是摩擦。

简单来说，摩擦就是当两个物体相互接触并相对运动时产生的阻力。

这种阻力的大小取决于多种因素，比如接触面的材质、粗糙度、压力以及运动速度等。

想象一下，我们在推一个重物，如果地面很粗糙，或者重物压得很紧，那么我们就需要用更大的力才能推动它，这就是因为摩擦阻力增大了。

在机械系统中，摩擦可以分为不同的类型。

比如，干摩擦就是指两个接触面没有任何润滑剂存在时的摩擦；而湿摩擦则是在有润滑剂的情况下产生的。

还有边界摩擦、混合摩擦等等。

不同类型的摩擦具有不同的特点和规律。

接下来，我们谈谈磨损。

磨损是由于摩擦导致的材料逐渐损失的现象。

就好像我们用砂纸打磨一块木头，木头表面的材料会一点点被磨掉，这就是磨损。

磨损的形式也是多种多样的，常见的有粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损等。

粘着磨损通常发生在两个接触面压力很大、温度较高的情况下。

这时，材料表面会发生局部的粘着和撕裂，导致磨损加剧。

比如，在一些重载的齿轮传动中，如果润滑不良，就容易出现粘着磨损。

磨粒磨损则是由于外界的硬质颗粒进入接触面，像“小砂粒”一样在摩擦过程中刮擦材料表面，从而造成磨损。

比如，在矿山机械中，由于工作环境中有大量的粉尘和矿石颗粒，很容易出现磨粒磨损。

疲劳磨损是由于材料在反复的接触应力作用下，产生微小裂纹并逐渐扩展，最终导致材料脱落。

这种磨损常见于滚动轴承等部件。

腐蚀磨损则是在摩擦过程中，材料与周围环境发生化学反应，导致表面损伤。

例如，在一些潮湿、有腐蚀性介质的环境中工作的机械部件，就容易受到腐蚀磨损的影响。

那么，摩擦与磨损对机械设计有着怎样的重要意义呢？从性能方面来看，过大的摩擦会增加能量的消耗，降低机械的效率。

比如，一辆汽车的发动机，如果内部摩擦过大，就会消耗更多的燃料来克服摩擦阻力，从而降低燃油经济性。

机械运动中的摩擦与磨损分析一、引言机械运动中的摩擦与磨损是一个广泛存在于各类设备与机械系统中的问题。

摩擦与磨损不仅会降低机械设备的效率，还会导致设备寿命的缩短，甚至引发设备故障。

因此，对于机械运动中的摩擦与磨损进行深入分析与研究具有重要意义。

二、摩擦与磨损的概念及影响因素1. 摩擦是指两个固体在接触表面上相互抵抗相对运动的力。

摩擦力的大小与接触面的粗糙度、物体质地以及表面润滑状况等因素相关。

2. 磨损是指固体表面因摩擦力或其他力的作用而磨掉一部分材料的现象。

磨损也与材料的硬度、接触面的负荷和速度等因素密切相关。

三、摩擦与磨损的分类与机理1. 滑动摩擦与磨损：两个物体表面在相对滑动时发生的摩擦和磨损。

滑动摩擦和磨损的机理主要是表面间的摩擦力和相互作用力集中在局部点上，使材料发生破坏。

2. 滚动摩擦与磨损：当两个物体在相互滚动时，由于接触点的轮廓不断改变，从而形成滚动摩擦，并引起表面磨损。

四、摩擦与磨损的预防与控制方法1. 优化设计：通过合理的材料选择、表面润滑处理以及接触面的几何形状设计，最小化摩擦与磨损的产生。

2. 润滑剂的使用：使用润滑剂可以减少物体表面之间的直接接触，从而降低摩擦和磨损。

润滑剂的选择应根据具体情况进行，常见的润滑方式包括干润滑、液体润滑和固体润滑等。

3. 表面处理技术：通过表面镀覆、喷涂、化学处理等方式对接触表面进行改性，提高表面的硬度、润滑性和抗磨性能。

4. 定期维护与保养：对机械设备进行定期保养和维护，及时更换磨损部件，增加机械运行的可靠性和寿命。

五、摩擦与磨损的测量和评估方法1. 摩擦力的测量：可以通过力传感器、压电传感器等装置来测量物体之间的摩擦力大小。

2. 磨损量的评估：可以通过测量设备表面的几何形状变化、重量损失、材料组织的变化等指标来评估磨损量。

六、案例分析：汽车发动机摩擦与磨损问题以汽车发动机为例，介绍摩擦与磨损在工程中的应用。

在发动机中，摩擦与磨损是一个重要的研究方向。

磨损基本概念磨损是零部件失效的一种基本类型.通常意义上来讲,磨损是指零部件几何尺寸〔体积〕变小.零部件失去原有设计所规定的功能称为失效.失效包括完全丧失原定功能；功能降低和有严重损伤或隐患,继续使用会失去可靠性及安全性和安全性.1、磨损的分类:按照表面破坏机理特征,磨损可以分为磨料磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等.前三种是磨损的基本类型,后两种只在某些特定条件下才会发生.磨料磨损：物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物〔包括硬金属〕相互摩擦引起表面材料损失.粘着磨损：摩擦副相对运动时,由于固相焊合作用的结果,造成接触面金属损耗.表面疲劳磨损：两接触表面在交变接触压应力的作用下,材料表面因疲劳而产生物质损失.腐蚀磨损：零件表面在摩擦的过程中,表面金属与周围介质发生化学或电化学反应,因而出现的物质损失.微动磨损：两接触表面间没有宏观相对运动,但在外界变动负荷影响下,有小振幅的相对振动〔小于100μm〕,此时接触表面间产生大量的微小氧化物磨损粉末,因此造成的磨损称为微动磨损2、表征材料磨损性能的参量为了反映零件的磨损,常常需要用一些参量来表征材料的磨损性能.常用的参量有以下几种：<1>磨损量由于磨损引起的材料损失量称为磨损量,它可通过测量长度、体积或质量的变化而得到,并相应称它们为线磨损量、体积磨损量和质量磨损量.<2>磨损率以单位时间内材料的磨损量表示,即磨损率I=dV /dt <V为磨损量,t为时间〕.<3>磨损度以单位滑移距离内材料的磨损量来表示,即磨损度E=dV/dL <L为滑移距离〕.<4>耐磨性指材料抵抗磨损的性能,它以规定摩擦条件下的磨损率或磨损度的倒数来表示,即耐磨性=dt/dV或dL/dV.<5>相对耐磨性指在同样条件下,两种材料〔通常其中一种是Pb-Sn合金标准试样〕的耐磨性之比值,即相对耐磨性εw=ε试样/ε标样.摩擦基本概念当物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的摩擦趋势时,在两物体的接触面之间有阻碍它们相对运动的作用力,这种力叫摩擦力.接触面之间的这种现象或特性叫"摩擦".摩擦有利也有害,但在多数情况下是不利的,例如,机器运转时的摩擦,造成能量的无益损耗和机器寿命的缩短,并降低了机械效率.因此常用各种方法减少摩擦,如在机器中加润滑油等.但摩擦又是不可缺少的,例如,人的行走,汽车的行驶都必须依靠地面与脚和车轮的摩擦.在泥泞的道路上,因摩擦太小走路就很困难,且易滑倒,汽车的车轮也会出现空转,即车轮转动而车厢并不前进.所以,在某些情况下又必须设法增大摩擦,如在太滑的路上撒上一些炉灰或沙土,车轮上加挂防滑链等.3．〔个人或党派团体间〕因彼此厉害矛盾而引起的冲突.|| 也作磨擦.摩擦种类摩擦的类别很多,按摩擦副的运动形式摩擦分为滑动摩擦和滚动摩擦,前者是两相互接触物体有相对滑动或有相对滑动趋势时的摩擦,后者是两相互接触物体有相对滚动或有相对滚动趋势时的摩擦；按摩擦副的运动状态摩擦分为静摩擦和动摩擦,前者是相互接触的两物体有相对运动趋势并处于静止临界状态时的摩擦,后者是相互接触的两物体越过静止临界状态而发生相对运动时的摩擦；按摩擦表面的润滑状态,摩擦可分为干摩擦、边界摩擦和流体摩擦.摩擦又可分为外摩擦和内摩擦.外摩擦是指两物体表面作相对运动时的摩擦；内摩擦是指物体内部分子间的摩擦.干摩擦和边界摩擦属外摩擦,流体摩擦属内摩擦.干摩擦摩擦副表面直接接触,没有润滑剂存在时的摩擦.常用库仑摩擦定律表达摩擦表面间的滑动摩擦力F、法向力N和摩擦系数f间的关系：f=F/N.钢对钢的f值在大气中约为0.15～0.20,洁净表面可达0.7～0.8.根据英国的F.P.鲍登等人的研究,极为洁净的金属〔表面上的气体用加热、电子轰击等方法排除〕在高真空度的实验条件下,表面接触处被咬死,f值可高达100.这种极为洁净的金属表面一旦与大气相接触便立即被污染或氧化,从而使f值显著下降.静摩擦的测定方法有倾斜法和牵引法.①倾斜法：把重力为N的欲测物体放在对偶材料的斜面上,逐渐增加斜面的倾角,测得物体开始滑动时的倾角θ<摩擦角>,由此求得摩擦系数f=tgθ.②牵引法：把重力为N 的欲测物体放在对偶材料的平面上,以力P牵引,物体开始滑动时的力F就是最大的静摩擦力〔此时F=P〕,由此求得摩擦系数f=F/N.接触面粗糙程度决定摩擦力大小动摩擦可在各类型试验机上〔如往复式摩擦磨损试验机、旋转圆盘-销式摩擦磨损试验机和四球式摩擦试验机〕测定,为此在试验机上装设测定摩擦力或摩擦力矩的机构,先测出摩擦力,而后换算出摩擦系数.常见的测量方法有杠杆法、弹簧法和电测法等.测定时需要确保清洁,否则会影响所测的摩擦力.边界摩擦和流体摩擦边界润滑状态下的摩擦称为边界摩擦.边界摩擦系数低于干摩擦系数.边界摩擦状态下的摩擦系数只取决于摩擦界面的性质和边界膜的结构形式,而与润滑剂的粘度无关.流体润滑状态下的摩擦称为流体摩擦.这种摩擦是流体粘性引起的.其摩擦系数较干摩擦和边界摩擦为低.。