摩擦磨损与润滑课件第一章 绪论.ppt

1、第一章引言摩擦、磨损和润滑是一个古老的课题。特别是工业革命后，机器的广泛使用产生了对它们的迫切需求，这使得它们的研究和开发进入了一个新的时期。1966年，英语教师H.Perer.Jost在他的著名报告关于现状和工业需求的报告中提出了“摩擦学”一词，标志着这一领域研究的系统性和革命性进展。摩擦学研究的理论与实践包括设计与计算、润滑材料与方法、摩擦材料与表面状况、摩擦故障诊断、监测与预测。世界上大约有1312的能源是由摩擦消耗的。第一节摩擦学的定义、简史和研究内容。定义：摩擦学的一般定义是“相对运动中相互作用表面的科学、技术和相关实践”。它通常被理解为一门跨学科的科学，包括摩擦、磨损和润滑。第一节

2、摩擦学的定义、简史和研究内容。定义：摩擦学的一般定义是“相对运动中相互作用表面的科学、技术和相关实践”。它通常被理解为一门跨学科的科学，包括摩擦、磨损和润滑。2.简史人类很早就知道并利用了摩擦现象。许多早期的文献都记录了各种减小摩擦影响的尝试。亚里士多德在2000多年前就提到了摩擦的概念。然而，真正的摩擦定量研究始于15世纪的文艺复兴时期。500多年漫长而曲折的历史可以大致分为四个时期进行讨论。2.简史1。直到15世纪，意大利的达芬奇(1699年在法国阿明顿发现了同样的东西)才开始研究摩擦学理论。人类早就知道摩擦现象，例如，史前人类就知道钻木头生火。春秋时期，中国广泛使用动物脂肪来润滑车轴。矿

3、物油作为润滑剂的使用最早见于中国西晋张华的自然史。2.1750年，欧拉引入了静摩擦的概念，1785年，法国的库仑继承了前人的研究，用机械啮合的概念解释了摩擦，提出了摩擦理论，并给出了静摩擦和动摩擦的区别。后来，有人提出了分子吸引和静电力学的理论。3.1935年，英国的鲍登等人开始用材料粘附的概念来研究干摩擦。1950年，鲍登提出了粘着理论。4.1886年，英国的雷诺兹根据前人观察到的流体动压现象，总结了流体动力润滑理论。计算机在20世纪50年代广泛应用后，线接触弹流润滑理论取得了突破。20世纪60年代，在开发各种表面分析仪的基础上，磨损研究迅速开展。迄今为止，全面研究摩擦、润滑和磨损之间关系的

4、条件已经初步具备，一门新的摩擦学学科已经逐步形成。库仑在1785年对摩擦力的解释，库仑对摩擦力的解释如图所示。他在1785年解释了摩擦表面与凹凸表面之间的接触，但他也承认分子力的存在。库仑测量滑动摩擦的装置，雷尼研究摩擦和压力的实验装置，库仑研究滚动摩擦的装置，库仑测量静摩擦的装置，达芬奇手稿中描述他的摩擦研究的一页，阿蒙顿的摩擦实验装置，1508年，达芬奇(14521519)开始用石头和木头进行固体摩擦的实验研究，并测量了物体在水平面和斜面上的摩擦。测量了半圆槽与滚子之间的摩擦，并通过实验研究了表面接触面积对摩擦阻力的影响。发现等重量物体之间的摩擦力与接触面积无关。达芬奇首先引入了摩擦系数的

5、概念，他把摩擦系数定义为垂直物体的摩擦力和摩擦阻力，等于他自身重量的四分之一。“当时，他使用的大多数材料是硬木或铁和硬木的组合，他的结论对这些材料来说是相当现实的。达芬奇还研究了润滑油和其他介质对摩擦表面之间摩擦的影响。他认为“任何东西，不管它有多薄，当它放在两个互相摩擦的物体之间时，摩擦力就会减小。”“首先，在达芬奇的早期研究时期，进入16世纪后，由于水和风能的广泛应用，机器大大增加，特别是研磨的发展，这大大促进了对摩擦力的研究。许多科学家进行了各种摩擦实验，其中最成功的是法国实验物理学家阿蒙顿(16631705)。作为永动机的积极倡导者，经过多次实验，他于1699年12月19日向皇家科学院

6、提交了一篇经典论文。本文提出了经典的摩擦定律，即后来的阿蒙顿定律。静摩擦力定律：两个接触物体之间的最大静摩擦力与接触面上的正压力成正比，并与接触面的性质和状态有关；但与接触面的面积和形状无关。也就是说，f静态0N。滑动摩擦定律：滑动摩擦与摩擦物体接触面上的正压力成正比，与外表面的接触面积无关，即f滑动n. 2。在阿蒙顿的进一步研究时期，即18世纪，大量的机器被使用，这使得机械效率和耐磨性成为一个大问题。因此，在1781年，巴黎科学院举行了一个名为“摩擦定律和顽固的绳子”的有奖竞赛。库仑(17361806)研究和总结了列奥纳多达芬奇和阿明顿的实验和理论，并做了许多进一步的实验。最后，关于简单力学

7、理论的论文获得了本次竞赛的大奖，并提出了他的摩擦理论库仑摩擦定律。库仑摩擦第一定律：摩擦力与作用在摩擦表面上的正压力成正比，与外表面的接触面积无关。标题是静摩擦定律和滑动摩擦定律。库仑摩擦第二定律：滑动摩擦与滑动速度无关。事实上，滑动摩擦和滑动速度之间的关系相当复杂。库仑摩擦第三定律：最大静摩擦大于滑动摩擦，即F静F滑动。库仑对摩擦的研究总结了从达芬奇到阿蒙顿的理论，提出了库仑摩擦定律。然而，事实上，这些定律只能是经典的经验公式，它们只是对实际情况的近似和肤浅的描述。3.19世纪，随着蒸汽机进入实用阶段，工业革命迅速普及。为了防止轴承因机器的高速旋转而燃烧和磨损，润滑成为这一时期摩擦研究的特点

8、。1883年，英国托尔(18451904)在轴承润滑研究中发现油膜具有高压；同时，雷诺兹(18421912)根据托尔的发现，运用流体力学原理，从理论上证明了旋转引起的油膜高压现象，并解释了轴与轴承之间的间隙能够支撑载荷的原因。1896年，金斯伯里(1863-1943)证明了用空气代替润滑油的想法。在一次美国军事系统展览会上，一个空气轴承被公开展示。这种轴承广泛用于高速磨床和先进的陀螺仪。在此期间，雷尼(17911866)、莫兰(17951880)和其他人测量了许多物体之间的摩擦系数，这些系数至今仍被广泛使用。简而言之，在19世纪，摩擦的实验定律基本建立起来了。人们只做了一系列的工作来研究如何减

9、少摩擦，但是对于摩擦的物理机制仍然没有科学的、令人满意的解释。在4世纪和19世纪，生物学中也存在摩擦学问题，如研究海豚的皮肤结构以改进船的设计，研究人类关节的润滑机制以诊断和治疗类风湿性关节炎，研究人工心脏瓣膜的抗摩擦寿命以寻求最佳的人工心脏设计在音乐、体育和人们的日常生活中也存在很多摩擦问题。摩擦学涉及许多学科，如物理、化学、材料、机械工程和润滑工程。随着科学技术的发展，摩擦学的理论和应用将从宏观走向微观，从静态走向动态，从定性走向定量，成为系统综合研究的领域。研究内容摩擦学的研究对象广泛，包括机械工程中的动静摩擦副，如滑动轴承、齿轮传动、螺纹连接等。零件表面受到工作介质的摩擦、碰撞和冲击，

10、如犁铧和涡轮。机械制造过程中的摩擦学问题，如金属成形、切削和超精加工。弹性体摩擦副，如汽车轮胎与路面的摩擦、弹性密封的动态泄漏等。空间探索中遇到的高真空、低温和离子辐射等特殊工况下的摩擦学问题，深海作业中的高压、腐蚀、润滑剂稀释和防漏密封等。研究内容摩擦学有广泛的研究对象，包括摩擦、磨损(包括物质传递)和润滑(包括固体润滑)的原理和应用。主要有以下八个方面：1 .摩擦学现象的机理。两种材料的摩擦学性能。3.摩擦学部件(包括人工关节)的特性和设计以及摩擦学失效分析。4摩擦材料。5润滑材料。6 .摩擦学状态测试技术和仪器设备。机械设备摩擦学故障状态的在线检测和监测，以及早期预测和诊断。摩擦学数据库

11、和知识库。在机械工程中，它主要包括：动静摩擦副，如滑动轴承、齿轮传动、螺纹连接等。零件表面受到工作介质的摩擦、碰撞和冲击，如犁铧和涡轮。机械制造过程中的摩擦学问题，如金属成形、切削和超精加工。弹性体摩擦副，如汽车轮胎与路面的摩擦、弹性密封的动态泄漏等。空间探索中遇到的高真空、低温和离子辐射等特殊工况下的摩擦学问题，深海作业中的高压、腐蚀、润滑剂稀释和防漏密封等。此外，生物学中还存在摩擦学问题，如研究海豚的皮肤结构以改进船舶设计，研究人体关节的润滑机制以诊断和治疗类风湿性关节炎，研究人工心脏瓣膜的抗摩擦寿命以寻求最佳的人工心脏设计方案。地质学中的摩擦问题包括地壳运动、火山爆发和地震，以及山脉、海

12、洋和断层的形成。在音乐、体育和人们的日常生活中也存在很多摩擦问题。摩擦学涉及许多学科，如物理、化学、材料、机械工程和润滑工程。随着科学技术的发展，摩擦学的理论和应用将从宏观走向微观，从静态走向动态，从定性走向定量，成为系统综合研究的领域。主要内容总结如下：1 .摩擦学机理研究2。各种材料和表面处理工艺的摩擦学特性。液体润滑剂、固体润滑材料及其摩擦学性能研究。摩擦学测试技术和设备的应用研究，摩擦磨损状况的监测、测试和故障诊断研究。第二节：摩擦学意义，主要表现在经济和技术方面：摩擦学是研究接触界面的力学行为和损伤机理的学科，其目的是控制和预防摩擦行为。现代设备的故障主要来自三种形式，即磨损、断裂和

13、腐蚀，其中磨损约占60%。摩擦会引起一系列的物理和化学变化，从而产生热量、噪音、振动、污染甚至造成事故危险。摩擦意味着能量消耗。根据美国材料试验学会的分析报告，世界上大约40%的能源是由摩擦消耗的。1.1978年，世界摩擦学会会长乔斯特教授访华。经过调查和研究，他指出中国仍然很巴2.2004年，谢幼柏院士指出，摩擦每年造成1000亿元的经济损失。目前，中国能源产量居世界第三，能源消费量居世界第二。3.因此，准确理解摩擦磨损机理，寻找合理的技术手段来控制摩擦磨损行为，是节约材料、能源和消耗的一个非常重要的技术途径。4.摩擦学研究促进了相关技术的研究，促进了生产技术的发展。5.大力改进摩擦学意义上

14、的机械系统设计，提高机械运行的可靠性。首先，常见的摩擦学故障如下：除了消耗能量克服摩擦之外，由于机器中的摩擦副较早损坏，相应的零件(磨损零件)也定期更换。此外，制造、运输、储存、维修和维护的成本以及维护期间停机时间的损失构成了机器运行成本的很大一部分。据统计，汽车的维护成本相当于石油的成本；超过80%的机器故障和报废是由磨损引起的。1.如果轴承间隙因磨损而变得过大，轴颈将偏离设计中规定的位置，机器将失去预定的运动精度；当对重要官员施加不稳定载荷时，过大的间隙直接导致轴颈与轴承表面之间的碰撞和机器的振动；轴及其部件的位移将导致许多不同类型的非法运动；摩擦产生的热膨胀使间隙变小或润滑不良，因此轴颈

15、可能会被轴承锁住，根本无法转动。齿轮齿面或凸轮面的磨损几何形状发生变化，会破坏齿轮传动的稳定性和设计规定的从动件运动规律，磨损还会导致齿轮齿面强度降低和断齿。运动副(如机床导轨等)的“爬行”)是一个经典的非线性振动问题，它是由静摩擦系数大于动摩擦系数的特殊现象引起的。解决办法是通过改变润滑状态或表面材料匹配来改变这个问题。在一定条件下，动压径向轴承会产生自激振动，或油膜振荡。发生机器损坏等重大事故并不少见。在制动器、离合器、皮带传动或其他摩擦传动中，以及螺纹或其他通过摩擦锁定的连接中，它们经常由于摩擦表面之间的摩擦不足或不稳定而失效，甚至会发生严重事故，例如由制动器失效引起的车辆和起重设备的严

16、重事故。当使用接触式(如内燃机活塞环)或非接触式(迷宫式)密封面对来防止流体泄漏时，碰撞和磨损将增大间隙，流体流出将失去控制，导致机器故障甚至严重后果。此外，工作材料对工作部件的磨损也是摩擦学研究中需要解决的一个重要课题。例如：搅拌机叶片、涡轮叶片、球磨机、破碎机工件等。第三节未来发展及趋势：一、摩擦学发展的主要表现1。从宏观到微观；从静态到动态；从定性到定量；从单因素到多因素；2.多学科联合研发：如力学、表面科学、金属物理、传热、材料科学和测试技术；3.利用先进的技术成果；通过实验研究其机理；建立模型并进行实验验证；2.摩擦学研究趋势1。工程陶瓷材料的摩擦学研究2。微纳和微机电系统的摩擦学研

17、究3。表面工程研究。聚合物复合材料在摩擦副中的摩擦学研究。摩擦学系统工况监测与故障诊断技术研究。第一章为绪论(2小时)，包括研究内容、学习目的和意义以及该学科的发展趋势。1.1摩擦学的定义及其主要研究内容1.2摩擦学研究的意义1.3发展趋势1.4研究计划和要求第2章固体表面性质(2小时)2.1固体表面形貌的组成2.2固体表面形貌2.3表面参数和表面测量2.4典型表面的组成2.5表面能3.2接触面积3.3赫兹接触3.4粗糙表面的接触3.5接触物理和接触化学，第4节学习计划，第4章摩擦(6小时)4.1经典摩擦定律的局限性概述，粘附理论，分子力学理论，影响摩擦系数的因素等。4.2摩擦的分类4.3经典摩擦定律4.4干摩擦机理4