摩擦学第7章

摩擦学原理(高教版)知识点整理-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN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。

2．分子吸引理论 1929年Tomlinson及1936年Hardy先后提出，
当一种材料的原子从它们的配合表面上的吸力 范围内被拉出时，要消耗一定能量，构成了摩 擦力。后来的研究认为，摩擦是由于分子运动 键的断裂过程所引起．在这个过程中。由于表 面及次表面分子周期性地拉伸、破裂及松弛， 导致能量的消耗。
第二定律：摩擦系数与两接触体之间的表观接触 面积无关。
第三定律：摩擦系数与滑动速度无关。
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摩擦学基础知识
这些基本定律经历了许多年，一直到近代没 有重大修改，因而理应承认它们是能够成立的。 但是根据后来的研究，发现这些定律在很多情况ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ下是不正确的。
例如第二定律（摩擦系数与两接触体之间的 表观接触面积无关）。仅对有一定屈服点的材料 (如金属)才能成立，它不适用于弹性及粘弹性材 料。第三定律（摩擦系数与滑动速度无关），则 完全不适用于任何材料。
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摩擦学基础知识
分子力都垂直于表面．在表面发生切向位移时 不会作功。但由于发生了粘着，切向位移会引起材 料的变形，要消耗一定能量，即必须施加较大的切 向力，才能造成位移。因此，摩擦力F决定于分子的 和机械的作用：
F = a·Ar + b·P
式中 ：a 为摩擦力分子作用分量的平均强度， Ar 为实际接触面积， b 为反映摩擦力机械作用分量的系数， P 为载荷。
实验证明 uhex<ufcc<ubcc 2．晶体的各向异性 同一种金属，在不同的晶面和晶向会表现出不同的 摩擦系数，如在真空中钨对钨的摩擦系数在(110)面为 1.33，在(210)面为1.90，在(100)面为3.00。
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摩擦学基础知识
3．晶粒度 晶粒越细，摩擦系数越低，这可能与晶粒度对材 料硬度的影响有关。随硬度提高，摩擦系数下降。 4．层错能 层错能决定了材料位错交滑移的难易程度。层错 能越高，交滑移和攀移越容易进行，摩擦系数越低。 5．弹性模量 它是拉伸金属内部结构所需应力的度量。原子之 间结合力越强，弹性模量越大，摩擦系数也就越低。

摩擦与润滑1、基本概念基本概念基本概念基本概念摩擦学：摩擦学（Tribology）一词是1966年才开始使用的，是研究相互作用表面发生相对运动时的有关科学、技术和实践的一门综合性科学技术，其基本内容就是研究机械中的摩擦、磨损和润滑问题。

摩擦：两个相互作用的物体在外力作用下发生相对运动时所产生的阻碍运动的阻力称为“摩擦力”，这种现象称之为“摩擦”。

磨损：摩擦副之间发生相对运动时引起接触表面上材料的迁移或脱落过程称之为磨损。

润滑：在两物体相对运动表面之间施加润滑剂，以减少接触表面间的摩擦和磨损。

2、基本原理：摩擦原理的早期认识及基本观点：答：凹凸说：1、认为摩擦的起因是一个凸凹不平的表面沿另一‘表面上的微凸物体上升所作的功，也就是说摩擦是由于表面凸凹不平而引起，即摩擦的凹凸学说。

2、库仑在解释摩擦起因时，他认为首先是接触表面凹凸不平的机械啮合力，其次是分子之间的粘附力。

虽然，他已认识到粘附在摩擦于可能起一定作用．但是次要的，粗糙表面的微凸体才是主要的。

粘附说：1、摩擦粘附说：认为摩擦力的真正原因在于接触摩擦区两表面之间的分子粘附作用。

2、表面分子吸引力理论：认为摩擦是接触表面分子间相互排斥力与相互吸引力的作用结果。

3、分子机械摩擦理论：认为机械与分子吸附是摩擦之源。

摩擦与接触面微凸体的弹塑性变形、微凸体相遇时的剪切、犁沟以及接触面分子吸引有关。

4、近代被公认的摩擦粘附理论：认为表观接触面积与真实接触面积差别很大，而且真实接触面积还会随摩擦条件而变化，两微凸体之间因存在吸附力而形成接点。

摩擦力应为剪断金属之间接点所需的力与硬金属表面微凸体在软金属表面犁沟所需力之和。

这一理论最初应用于两种金属之间的摩擦，现在，已深入到非金属等许多其他材料。

第一章表面性质与表面接触1、为什么在选择润滑剂时希望其表面张力越低越好？答：液体的表面张力越小，接触角越小，固体表面就越容易被液体表面浸润。

一般认为，液体的表面张力小于固体的表面张力即可润湿固体表面，所以在选择润滑剂时希望其表面张力越低越好。

摩擦力的影响因素
温度
随温度升高摩擦 力减小
压力
增加压力会使摩 擦力增加
表面质地
光滑表面摩擦力 小
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第2章 滑动摩擦的实验
实验材料准备
在进行滑动摩擦实验 前，我们需要准备平 滑块、斜面、弹簧测 力计和实验台等材料。 这些材料将帮助我们 进行实验并记录数据， 以便后续分析和结论。
实验设备搭建
● 07
第7章 结束
滑动摩擦与粘滞 摩擦
在物理学中，滑动摩 擦指的是当两个表面 相对滑动时产生的摩 擦力，而粘滞摩擦是 指当物体表面粘连在 一起时发生的摩擦现 象。两者的区别在于 滑动摩擦是由物体相 对滑动引起的，而粘 滞摩擦是由两个物体 表面间的黏附引起的。
滑动摩擦
特点
始终阻碍物体相 对滑动
压力
压力对摩擦力的 影响
表面质地
不同表面对摩擦 力的影响
摩擦力应用领域对比
01 机械领域
摩擦力在机械运行中的作用和应用
02 生物领域
生物擦
动态摩擦系数较大 与表面质地相关
粘滞摩擦
动态摩擦系数较小 与粘结物质有关
总结与展望
通过实验结果分析，我们深入了解了滑动摩擦和 粘滞摩擦的区别和影响因素。未来，我们可以进 一步探索摩擦力在不同领域的应用，推动摩擦力 研究的发展，为工程和生物领域提供更多解决方 案。
控制方法
飞机起降时 的轮胎与跑 道的摩擦力
要求和改进
其他领域中的摩擦力应用
01 能量转换装置中的摩擦力影响
效率
02 高空玻璃幕墙清洁工具的设计
摩擦力考虑
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动物表面的纹理 对摩擦力的影响
动物表面的微观纹理 能减小摩擦力，这些 纹理在摩擦表面形成 微小的空气垫，降低 了实际接触面积，减 少了摩擦力的产生。 这种自然的设计启发 了许多人类产品的表 面处理技术。