摩擦学原理-边界和分子膜润滑

摩擦与润滑总结1.摩擦学与塑性摩擦学、研究摩擦学的作用2.塑性摩擦学与弹性摩擦学的比较-----属性摩擦学中的摩擦偶有一个是出于塑性变形状态，摩擦条件更为恶劣，如高温高压高速等，使塑性摩擦学的研究更为复杂更有特殊性。

弹性摩擦学中基体出于弹性变形范围内，如一般的机械摩擦。

3.干摩擦（纯净摩擦）：理论上指接触面上没有任何润滑剂和污染膜的摩擦。

实际上是指没有人为地在工模具与工件之间添加润滑剂的摩擦。

4.塑性条件下摩擦的本质------是表层金属的流动剪切变形过程。

5.常摩擦应力摩擦定律6.边界润滑、流体润滑的特点、边界润滑膜的作用本质----润滑表面被性质与润滑剂体积性质不同，且仅为几个分子后的润滑膜所隔开的润滑状态称为边界润滑。

===边界润滑中其润滑作用的膜称为边界膜。

--====吸附膜：润滑剂的极性分子吸附在摩擦表面上所形成的边界膜=======反应膜：摩擦表面的氧及润滑油添加剂中的P、Cl等元素发生化学反应所形成的膜。

7.表面张力-----物体表层的分子或原子受到的引力不平衡，使液体或固体表面产生一种自动收缩的力称为表面张力。

----润滑油的表面张力比金属表面的张力小就可以产生润滑，而且差值越大，润滑效果越好。

表面张力作用在表面上，力图使表面积减少，表面能越低的面摩擦也越小。

8.表面接触面积的分类、表面接触率表面接触面积分为;名义接触面积：表面外观面积。

轮廓接触面积：物体接触面积被压皱的部分所形成的面积。

真实接触面积：轮廓接触面积内，各真实接触部分的微小面积的总和。

表面接触率：真实接触面积和名义接触面积的比值。

9.用表面接触率分析各种条件下的表面接触状况-----1、静态条件下--由于在一般条件下面积接触率只有0.01-0.1%，而且真实接触面积分散成一些接触点，并由它们支撑物体重量与外加载荷，真实接触点上的接触应力很大，是表面凸峰产生塑性变形，表面污染膜被破坏，新鲜表面露出，因此高压下很容易发生金属粘着。

第五章 边界润滑 （Boundary lubrication ）概述当摩擦表面完全被粘性液体（或气体）分隔开时称为流体润滑，其摩擦系数与润滑剂的粘度有关.如果保持流体润滑状态,那末，摩擦表面（金属）间不会互相接触，也就不会产生磨损。

但事实上失效总是会发生的。

也就是说一般情况下很难长时间实现流体润滑状态.那么在难以保持流体润滑的时候如何来避免失效，这就是我们要研究的边界润滑状态。

边界润滑的特点是与润滑剂的物理性质没有直接联系,而与固体界面的化学性质有关。

边界润滑状态下的摩擦系数,只取决于摩擦表面的性质和边界膜的结构形式，而与润滑剂的粘度无关。

一般意义上的“干摩擦”，固体表面常因暴露在大气中而被氧化，覆盖其上的氧化膜也有一定的润滑作用，因此，实质上是边界润滑条件下的摩擦.从这个意义上讲，除了流体润滑之外的状态都可以认为是边界润滑状态。

边界膜包括：物理吸附膜 与表面的附着强度取决于吸附热。

与表面间的结合力为范德华力。

化学吸附膜 介质与表面间有电子交换，与表面间为化学键结合. 化学反应膜 介质与表面发生原子交换。

5。

1 边界润滑的特征斯特里贝克(Stribeck ）图（图5—1）表示了边界润滑与流体润滑的区别。

摩擦系数润滑剂粘度×滑动速度 载荷曲线的右侧部分，摩擦系数是其横坐标（润滑剂粘度×滑动速度）／载荷 ）这个变量的函数。

而将速度减小，载荷加大，按右面曲线的函数，应该画出如虚线所示指向坐标原点的直线。

但实际情况并非如此，而是摩擦系数增大,且与横坐标的变量无关。

基本上是定值.这种现象的发生，首先是因为发生了固体表面间的接触,然后摩擦面的一部分进入边界润滑状态。

于是曲线的左侧基本成为完全的边界润滑。

5.2边界润滑理论边界润滑不像流体润滑那样具有完整的理论体系,而是‘没有这样的理论体系’。

但是已经有一些学者从实验得出了一些理论。

现分别介绍于后：5.2.1哈代（Hardy ）的边界润滑理论及其试验哈代的实验是以直链状的石蜡、脂肪酸和酒精作为润滑剂，测量玻璃球、钢球和铋球与各自的这些平面相摩擦。

摩擦学与润滑研究摩擦学和润滑研究是物理学和工程技术学科中的两个核心领域。

在机械工程、材料科学、面包车等工程学科中，摩擦和润滑是关键性问题。

本文将从以下几个方面介绍摩擦学和润滑研究的现状，问题和发展方向。

一、摩擦学的定义和研究领域摩擦学是研究固体表面之间相互作用及其一物体相对于另一物体沿接触面运动时所发生的摩擦现象的科学。

自然界中的摩擦，使得许多生物和机械系统能够正常运行。

但在许多情况下，摩擦是一件不希望的事情，它导致不必要的热量和能量损失，使机械设备的运行效率降低，甚至还会导致设备的故障和损坏。

基于解决这些问题，摩擦学的研究主要关注以下几个领域：1. 摩擦学基本原理和理论摩擦学理论是摩擦学的基础，它涉及摩擦现象的机制、影响因素、计算模型等问题。

目前，摩擦学理论主要包括经典摩擦学、摩擦表面物理学、统计摩擦学、纳米摩擦学、分子动力学摩擦学等研究分支。

这些理论为机械设备的设计、制造和维修提供了理论基础。

2. 摩擦学实验技术摩擦学实验技术是确定摩擦学性质的关键，它包括表征摩擦学性能的试验方法、测试设备、测试标准等。

目前，快速发展的纳米技术为摩擦实验提供了新的实验手段，例如原子力显微镜、扫描隧道显微镜等。

3. 摩擦学应用摩擦学的应用非常广泛，主要包括摩擦学材料、润滑油液、轴承技术、微机电系统、电子设备热管理等。

摩擦学在制造业、航空航天、交通运输、军事等领域都有重要的应用。

二、润滑研究的定义和研究领域润滑是减少摩擦及其相关损害的一种方法，它通过在两个物体的接触界面处插入一个润滑介质（例如油、脂、液态金属等）来降低摩擦系数并减少磨损。

润滑学是研究液体、气体和固体之间的摩擦和润滑现象的学科。

润滑学研究的内容包括：1. 液态和固态润滑介质液态润滑介质是液体，通常包含油和脂。

液体作润滑剂时具有较好的黏滞性和流动性。

固态润滑介质主要是基于润滑层的存在而减小摩擦力，例如润滑薄膜的形成和固体润滑剂的使用。

2. 润滑机理润滑机理包括分子间吸附、润滑膜形成、固体润滑剂作用等。

摩擦和磨损与润滑学的基本原理一、摩擦和摩擦的种类1.什么是摩擦？相互接触的物体沿着它们的接触面做相对运动时，会产生阻碍物体相对运动的阻力，这种现象称为摩擦。

这种阻力叫摩擦力。

2.摩擦的种类摩擦的种类很多，因为研究的依据不同，摩擦的分类也不同。

按摩擦副的运动状态分为静摩擦和动摩擦；按摩擦副运动形式分类分为滑动摩擦、滚动摩擦和自旋摩擦；按摩擦发生的部位分类分为内摩擦和外摩擦；按摩擦副表面润滑状况分类分为静摩擦、干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。

本文重点介绍静摩擦、干摩擦、边界摩擦、流体摩擦（液体摩擦）和混合摩擦。

（1）静摩擦是指摩擦表面没有任何吸附膜或化合物存在时的摩擦。

静金属的摩擦会产生表面粘着。

（2）干摩擦是指在大气条件下，摩擦表面没有任何润滑剂存在的摩擦。

严格说干摩擦是在接触表面上无任何其他介质，如自然污染膜、润滑膜以及湿气等。

干摩擦是消耗动力最多，磨损最严重的一种摩擦。

（3）边界摩擦是指摩擦表面有一层极薄得润滑膜存在时的摩擦。

这层膜称为边界油膜。

（4）流体摩擦是指摩擦表面完全被润滑油膜隔开时的摩擦。

这种摩擦发生在界面的润滑剂膜内，摩擦阻力最小，磨损最小。

（5）混合摩擦——是指属于过渡状态的摩擦，包括半干摩擦和半流体摩擦。

半干摩擦是指同时存在着干摩擦和边界摩擦的混合摩擦。

半流体摩擦是指同时存在着流体摩擦和边界摩擦（或干摩擦）的混合摩擦。

二、磨损和磨损的种类1.什么是磨损？是指两个相互接触的物体发生相对运动时，物体表面的物质不断地转移和损失。

磨损的结果使相对运动的物体表面不断有微料抖落，表面性质、几何尺寸均发生改变。

2.磨损的三个阶段磨损阶段、稳定磨损阶段和急剧磨损阶段3.磨损的种类按磨损的破坏机理，通常把磨损分为粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损五种。

（1）粘着磨损由于摩擦表面存在着一定的粗糙度，在压力的作用下，当摩擦表面做相对运动时，在真空接触点上产生瞬时高温，使其表面软化，熔化，甚至相互粘着，接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面，这种现象就叫做粘着磨损。

摩擦学润滑剂的粘度是决定润滑膜厚度的主要因素：流体动压润滑，润滑膜的厚度与润滑剂的粘度成正比；弹性流体动压润滑，润滑膜的厚度与润滑剂粘度的0.7次方成正比。

以点线接触的弹性流体动压润滑性能主要取决于润滑剂的流变性能。

根据润滑膜的形成原理和特征, 润滑状态可以分为: (1)流体动压润滑; ( 2 ) 流体静压润滑; ( 3 ) 弹性流体动压润滑(简称弹流润滑) ; (4) 薄膜润滑; (5)边界润滑; (6)干摩擦状态等6 种基本状态。

流体润滑。

包括流体动压润滑和流体静压润滑, 主要是应用粘性流体力学和传热学等来计算润滑膜的承载能力及其他力学特性。

在弹性流体动压润滑中, 由于载荷集中作用, 还要根据弹性力学分析接触表面的变形以及润滑剂的流变学性能。

对于边界润滑状态, 则是从物理化学的角度研究润滑膜的形成与破坏机理。

薄膜润滑兼有流体润滑和边界润滑的特性。

而干摩擦状态中, 主要的问题是限制磨损,它将涉及到材料科学、弹塑性力学、传热学、物理化学等内容。

流体粘度动力粘度：由于流体的粘滞性, 在相互滑动的各层之间将产生切应力即流体的内摩擦力, 由它们将运动传递到各相邻的流体层, 使流动较快的层减速, 而流动较慢的层加速,形成按一定规律变化的流速分布。

τ= ηγ其中,τ为切应力, 即单位面积上的摩擦力,τ= F/ A;γ为切应变率τ= ηd ud z式中, 比例常数η定义为流体的动力粘度，动力粘度是切应力与速度梯度之比。

在国际单位制( SI) 中, 它的单位为N·s/ m2 或写作Pa·s。

实践证明:在一般工况条件下的大多数润滑油特别是矿物油均属于牛顿流体性质。

运动粘度在工程中, 常常将流体的动力粘度η与其密度ρ的比值作为流体的粘度, 这一粘度称为运动粘度, 常用ν表示。

运动粘度的表达式为ν= η/ρ运动粘度在国际单位制中的单位用m2/ s。

非牛顿体在通常的使用条件下, 润滑油可以视为牛顿流体。

边界润滑
当摩擦表面完全被粘性液体（或气体）分隔开时称为流体润滑，其摩擦系数与润滑剂的粘度有关。

如果保持流体润滑状态，摩擦表面（金属）间不会互相接触，也就不会产生磨损。

事实上失效总是会发生的。

也就是说一般情况下很难长时间实现流体润滑状态。

除了流体润滑之外的状态都可以认为是边界润滑状态。

膜厚比：平均润滑膜厚h与表面的复合粗糙度的比值
边界润滑的特点是与润滑剂的物理性质没有直接联系，而与固体界面的化学性质有关。

一般意义上的“干摩擦”，固体表面常因暴露在大气中而被氧化，覆盖其上的氧化膜也有一定的润滑作用，实质上就是边界润滑条件下的摩擦。

因此，边界润滑状态下的摩擦系数，只取决于摩擦表面的性质和边界膜的结构形式，而与润滑剂的粘度无关。

边界膜包括：
物理吸附膜：与表面的附着强度取决于吸附热。

与表面间的结合力为范德华力。

化学吸附膜：介质与表面间有电子交换，与表面间为化学键结合。

化学反应膜：介质与表面发生原子交换。

机械设计的摩擦学与润滑技术摩擦学和润滑技术是机械设计中非常重要的一部分，它们对于机械系统的性能、寿命和效率都有着直接的影响。

摩擦学主要研究机械表面之间的相互作用和摩擦现象，润滑技术则是为了减少摩擦和磨损而采取的措施。

本文将从摩擦学和润滑技术的基本原理、常见问题以及未来发展方向等方面进行探讨。

1. 摩擦学的基本原理摩擦是指两个物体相对运动时由于黏附和阻碍而产生的相互阻力。

摩擦力的大小取决于物体表面的粗糙程度、接触面积以及施加在物体上的压力等因素。

摩擦学通过研究摩擦系数、摩擦力和摩擦磨损等参数，来理解和优化摩擦现象。

2. 摩擦学的应用摩擦学的应用非常广泛，例如在机械传动系统中，通过合理选择润滑方式和材料来减少能量损失和磨损，提高传动效率和寿命；在轴承和密封件中，采用润滑剂和润滑膜形成的摩擦系统可以降低摩擦和磨损，减少能量损失；在工具刀具中，通过表面涂层和处理等方式，可以降低切削力和磨损，提高切削效率和使用寿命。

3. 润滑技术的基本原理润滑是通过在摩擦表面之间形成润滑膜，减少直接接触而减小摩擦和磨损的过程。

润滑技术主要包括干润滑和液体润滑两种形式。

干润滑通常是利用一些固体润滑剂，如固体脂肪酸、陶粒等，形成润滑膜来减小摩擦；液体润滑则是利用润滑油、润滑脂等液体材料来形成润滑膜。

4. 润滑技术的应用润滑技术在机械设计中起着至关重要的作用。

在发动机等高温高速摩擦系统中，润滑油可以起到降低摩擦、冷却和清洁的作用；在轴承和齿轮传动系统中，润滑油和润滑脂可以减少摩擦和磨损，提高传动效率和使用寿命；在光学器件、半导体制造等领域，可以利用特殊的润滑技术来保持系统的稳定性和精度。

5. 摩擦学与润滑技术的未来发展方向随着机械设计和制造的不断发展，摩擦学和润滑技术也在不断创新和改进。

未来的发展方向主要包括以下几个方面：发展更高效的润滑剂和润滑脂，以适应更高速、更高温和更重载的工况要求；研发基于纳米技术的新型润滑材料和润滑技术，以实现更小摩擦和更长使用寿命；研究润滑液的微观结构和流变性质，深入理解润滑膜的形成和破坏机制。

摩擦学概述摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。

其中摩擦是相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象；磨损是由于摩擦而造成物体表面材料的损失或转移；而润滑是减轻摩擦和磨损所应采取的措施。

这便是摩擦学的主要构成。

众所周知，世界上使用的能源大约有 1/3~1/2 消耗于摩擦。

机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的。

所以为了减少摩擦和磨损，节省能源，降低设备维修次数和费用，节省制造零件及其所需材料的费用，便由之产生了润滑这一篇。

摩擦的原理分为“机械说”，‘分子说”，“机械-分子说”。

即可能是因为表面微凸体的相互阻碍作用或表面材料分子间的吸力作用或兼而有之。

2摩擦可分为以下几种：1内摩擦——在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运动的现象。

外摩擦——在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍作用现象。

3静摩擦——仅有相对运动趋势时的摩擦。

4动摩擦——在相对运动进行中的摩擦滑。

5滑动摩擦和滚动摩擦。

根据滑动摩擦状态又分为1.干摩擦 2.边界摩擦3. 液体摩擦4. 混合摩擦。

磨损是由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。

直接导致的后果降低机器的效率和可靠性，甚至促使机器提前报废。

磨损过程大致分为下三阶段：1磨合阶段——包括摩擦表面轮廓峰的形状变化和表面材料被加工硬化两个过程2稳定磨损阶段——零件在平稳而缓慢的速度下磨损3剧烈磨损阶段——在经过稳定磨损阶段后，零件表面遭到破坏，运动副间隙增大引起而外的动载荷和振动。

零件即将进入报废阶段。

而我们设计机器时，要求缩短磨合期、延长稳定期、推迟剧烈磨损期的到来。

磨损类型按磨损机理分可分为磨粒磨损，粘附磨损，疲劳磨损，冲蚀磨损，腐蚀磨损，微动磨损。

按磨损表面外观可分为点蚀磨损，胶合磨损，擦伤磨损。

举其中三个例子来说，比如磨粒磨损——也简称磨损，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，这样的微粒切削过程就叫磨粒磨损。

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 0.1~0.01%。

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。

第四章流体润滑原理概述用具有润滑性的一层膜把相对运动的两个表面分开，以防止这些固体表面的直接接触，并使滑动过程中表面间的摩擦阻力尽可能减小，表面的损伤尽量减低，这就是润滑。

根据分隔固体表面的材料不同，润滑可分为以下三类：①流体润滑：摩擦副两表面间被具有一定粘度的流体完全分开。

将固体间的外摩擦转化为流体的内摩擦。

②边界润滑：摩擦界面上存在着一层具有良好润滑性的边界膜，但不是介质的膜。

相对于干摩擦来说，边界润滑具有比较低的摩擦系数，能有效地减轻接触表面的磨损。

③固体润滑：广义来说，固体润滑也是一种边界润滑。

就是用摩擦系数比较低的材料（固体润滑剂或固体润滑材料），在摩擦界面上形成边界膜，以降低接触表面的磨损和摩擦系数。

对于润滑的系统研究约在19世纪末逐渐展开。

1883年塔瓦（Tower）发现了轴承中的流体动压现象。

彼得洛夫（Петров）研究了同心圆柱体的摩擦及润滑。

随即雷诺（Reynold）应用了数学和流体力学的原理对流体动压现象进行了分析，发表了著名的雷诺方程。

为流体动力润滑奠定了基础。

后来一些科学家，在求解雷诺方程，以及将雷诺方程应用于工程实际中作出了贡献，并解决了很多雷诺方程假设以外的问题，。

对于线接触及点接触的滚动件，在重载条件下的润滑问题，考虑了接触零件表面间的弹性变形及润滑剂的粘-压效应。

于20世纪中叶，格鲁宾（Грубин）提出了著名的弹性流体动力润滑的计算公式。

以后的道松（Dowson）郑绪云（Cheng）温诗铸等的进一步发展，使弹性流体动力润滑理论日趋成熟。

随着科学技术的发展，流体润滑中的紊流、惯性、热效应等以及非牛顿流体润滑等问题也展开了研究。

流体润滑定义：在适当条件下，摩擦副的摩擦表面由一层具有一定厚度的粘性流体完全分开，由流体的压力来平衡外载荷。

流体层中的分子大部分不受金属表面离子、电子场的作用而可以自由地移动。

这种状态称为流体润滑。

流体润滑的摩擦性质完全取决于流体的粘性，而与两个摩擦表面的材料无关。