摩擦与磨损

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、磨损简介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。

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。

机械设计中的摩擦与磨损的分析与优化摩擦与磨损是机械运动中常见的现象，不仅影响机械设备的寿命和性能，还可能导致设备故障和生产事故。

因此，在机械设计中，深入分析摩擦与磨损，并进行相应的优化是非常重要的。

一、摩擦的分析与优化摩擦是物体表面相对运动时发生的阻力，主要由表面间的粗糙度、物质的性质、接触面积和润滑条件等因素决定。

为了减少摩擦损失和能量消耗，在机械设计中，需要通过优化设计来降低摩擦。

一方面，合适的润滑剂和润滑方式对摩擦的控制非常重要。

例如，润滑油可以在摩擦表面形成一层润滑膜，减少直接接触，起到降低摩擦和磨损的效果。

另外，涂覆固体润滑剂如聚四氟乙烯（PTFE）和润滑脂等也能有效地减少摩擦。

在机械设计中，根据具体应用场景选择合适的润滑方式和润滑剂，可以显著减小摩擦。

另一方面，优化材料和表面处理也能减少摩擦。

为了降低表面粗糙度，可以采用精密加工和研磨技术，使接触表面更加光滑。

此外，表面涂覆改性材料或使用涂层工艺，如硬质合金、硫化镍等，也可减少摩擦，提高表面硬度和耐磨性。

通过优化材料和表面处理方法，可以有效降低机械部件之间的摩擦损失。

二、磨损的分析与优化磨损是材料表面由于相对运动而失去原有性能的过程，主要分为磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损等。

磨损不仅会降低机械设备的工作效率，还可能导致设备故障和事故发生。

因此，在机械设计中，磨损的分析与优化是必要的。

针对不同的磨损类型，可以采取不同的优化措施。

磨粒磨损是由于表面颗粒的相对运动而引起的，可以通过提高材料的硬度、使用陶瓷材料或采取合适的表面处理来减少磨粒的产生和磨损程度。

疲劳磨损是由于长时间的往复运动而引起的，可以通过优化设计、改变接触方式、增加润滑剂等方式来减少磨损的发生。

腐蚀磨损主要是由于介质中存在腐蚀介质而引起的，可以通过选择抗腐蚀性能好的材料或采取防腐措施来降低磨损。

此外，磨损的监测和预测也是非常重要的。

通过实验和数值模拟等手段，对机械部件进行磨损的状态和行为进行分析，可以提前预测磨损的趋势和程度，从而采取相应的优化措施，延长机械设备的使用寿命。

机械设计基础机械设计中的摩擦与磨损分析机械设计基础：机械设计中的摩擦与磨损分析摩擦与磨损是机械设计中一个非常重要的问题，它直接影响到机械零件的使用寿命和性能。

在机械运动中，摩擦与磨损是不可避免的。

本文将从摩擦和磨损的定义、原因以及影响等方面进行探讨，以帮助读者更好地理解机械设计中的摩擦与磨损问题。

一、摩擦与磨损的定义1. 摩擦：摩擦是指两个物体表面由于接触而产生的相互阻碍相对运动的力。

在机械系统中，摩擦是一种能量损失现象，会产生热量和噪音。

2. 磨损：磨损是指在两个物体表面发生相对运动的过程中，由于摩擦作用而导致表面物质的逐渐破坏。

磨损会引起零部件的减小、变形甚至失效，降低机械系统的性能。

二、摩擦与磨损的原因1. 机械结构设计问题：不合理的机械结构设计会导致零件表面间的接触压力过大，从而增加摩擦力和磨损。

例如，设计不当的轴承安装间隙会导致轴承磨损加剧。

2. 环境因素：环境因素也是摩擦和磨损的原因之一。

例如，灰尘和颗粒物进入机械系统中会增加零部件的磨损。

同时，高温、高湿度等环境条件也会加剧摩擦与磨损。

3. 润滑不良：润滑问题是摩擦和磨损产生的主要原因之一。

不良的润滑状态会导致零件间的摩擦系数增大，从而导致磨损加剧。

合适的润滑剂的选择和使用是减少磨损的有效方法。

三、摩擦与磨损的影响1. 寿命：摩擦和磨损对机械零件寿命的影响非常显著。

高摩擦和剧烈磨损会缩短零件的使用寿命，降低机械系统的可靠性和稳定性。

2. 性能：摩擦和磨损会导致机械系统的性能下降。

例如，由于磨损导致的间隙增大会使得机械部件的精度下降，进而影响到整个系统的性能。

3. 能耗：摩擦和磨损会消耗机械系统的能量，增加能耗。

通过减少摩擦和磨损，可以降低机械系统的能量消耗，提高能源利用效率。

四、减少摩擦与磨损的方法1. 优化机械结构：合理的机械结构设计可以减小接触应力，减缓零件的磨损。

合适的轴承配合间隙、减少干涉等方法都是减少摩擦与磨损的关键。

2. 使用合适的润滑剂：正确选择润滑剂可以减少摩擦系数，提高机械部件的润滑性能。

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。

机械设计中的摩擦和磨损问题机械设计中摩擦和磨损问题一直是工程师们关注的焦点。

摩擦和磨损的存在直接影响着机械设备的性能、寿命和可靠性。

本文将就摩擦和磨损问题在机械设计中的影响及其解决方法进行探讨。

1. 摩擦的定义与分类摩擦可以被定义为两个物体表面相互接触并发生相对运动时的力的阻碍。

按照摩擦力的起因和性质，摩擦可以分为干摩擦、液体摩擦和边界摩擦。

干摩擦是指物体表面在无润滑剂存在的情况下直接接触产生摩擦力；液体摩擦发生在润滑剂的存在下，液体形成摩擦层减小物体直接接触带来的摩擦力；边界摩擦是相对于干摩擦和液体摩擦的一种摩擦形式，润滑剂无法形成稳定的摩擦层，导致物体表面间的直接接触。

2. 摩擦的影响及解决方法摩擦力的产生会导致机械设备的性能下降和能源浪费。

为了解决摩擦的问题，工程师们采取了一系列的解决措施：2.1 使用润滑剂润滑剂的使用是减小摩擦力的常见解决方法之一。

润滑剂可以在物体表面形成一个摩擦降低的薄膜，减小表面接触，其分子结构可吸附在金属表面，在外加力下形成晶格变形而起到润滑作用。

有机润滑剂可分为固体、液体和气体，根据不同的应用场景选择适当的润滑剂。

2.2 采用合适的材料和涂层在机械设计中，选择适当的材料和涂层对减小摩擦起着重要的作用。

例如，使用高硬度表面涂层，可以减少物体表面间的接触，降低摩擦和磨损。

在特殊的应用场景中，还可以使用减摩降噪材料，如聚四氟乙烯（PTFE）等，以提高机械设备的性能。

3. 磨损的定义与分类磨损是指物体表面与外力作用下相互滑动或接触产生的材料损耗。

根据磨损机制和特征，磨损分为磨粒磨损、疲劳磨损、热磨损和化学磨损等几种类型。

4. 磨损的影响及解决方法磨损的存在会加速机械设备的老化，降低使用寿命。

为了解决磨损问题，以下方法常常被工程师们采用：4.1 加强材料硬度增加材料硬度是减少磨损的一种方法。

高硬度的材料可以有效降低磨粒对工作表面的损伤。

在一些高负荷和高速运动的设备上，使用高硬度材料来制造关键零部件可以显著提高耐磨性。