摩擦学第3章.ppt

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1、3.1表面接触现象◆机械传动中的表面接触——硬/硬接触：金属表面接触时,表面上的凸峰和凹谷相互作用,形成凸凹交错，最先接触的应是两个表面的对应微凸体高度之和为最大的部位，随压力的增加，其他新的成对的微凸体也相应地接触。接触开始先发生弹性变形，只有当载荷超过某一临界值时才发生塑性变形。◆金属材料成形中的表面接触——硬/软接触：成形工具材质较硬，而被加工金属的材质较软，接触时，开始也是微凸体之间的接触，但是随着变形的进行，压下量增加，较硬的工具表面微凸体会将被加工金属的表面的微凸体压扁，进而进入被加工金属的表面，同时由于变形金属的塑性流动，使

2、工具表面的凹谷部位被金属填充，形成加工工具与被加工金属的紧密接触。因此，工模具表面的粗糙度和变形金属表面的物理—力学性能将影响接触的性质。3.金属表面接触3.2金属接触界面间的作用◆化学键——短程力：包括共价键和离子键（如NaCl分子），会引起化学吸附等现象。作用范围：当被接触表面距离小于1nm时，各种形式的短程力就起作用，会形成黏着等现象。－＋◆范德华力（Vanderwaals）——长程力：分子间作用力，会引起物理吸附等现象。作用范围：当被接触表面距离到几百nm时，就会产生范德华力作用。范德华力作用依赖于相互作用物体的原子结构，分非极性

3、－非极性、极性－非极性、极性－极性接触，三种情况作用力不同。＋－＋－－＋＋－＋－－＋＋－－＋●范德华力三种作用形式：（1）非极性分子－非极性分子相互接触时，由于物体表面的分子及原子内电荷分布的波动性，在某一瞬间总会有一个偶极存在，这偶极就是瞬时偶极，相互间的作用力称之为色散力。色散力＋－＋－－＋＋－＋－－＋（2）极性分子－非极性分子相互作用接触时，除有色散力作用外，由于非极性分子受极性分子电场的影响而产生诱导偶极，它们之间的作用力为诱导力。色散力＋诱导力＋－－＋＋－＋－（3）极性分子－极性分子相互接触时，色散力起着作用。此外，它们的固有偶

4、极由于同极相斥异极相吸的结果，使分子在空间运动遵循着一定的方向，成为异极相邻的状态。由于固有偶极的取向化而引起分子间的作用力，称之为取向力。色散力＋取向力＋－＋－3.3表面接触状态金属表面接触时，其接触具有不连续性和不均匀性。采用3种不同接触面积来描述接触面积的大小。◆名义(或几何)接触面积（Am)名义接触面积是二物体接触相互重叠的表观面积，即接触表面的宏观面积，以Am=a×b表示。◆轮廓接触面积(A1)：5－15％Am由于波纹度接触斑点集聚在个别区域里的波顶，这些斑点集聚的不同区域之总和，也就是物体的接触表面被压皱部分所形成的面积(图中

5、小圈范围内面积)的总和，叫做轮廓接触面积，以A1表示。◆真实接触面积（Az）0.01-0.1%Am微凸体接触处各微观面积之总和，即在轮廓接触面积内，各实际接触部分的微小面积(图中小圈内黑点所表示的各接触点面积)的总和，叫做真实接触面积，以Az表示。●研究真实接触面积（Az）的意义：真实接触面积的大小和分布对摩擦和磨损起决定性的意义。真实接触面积上的膜在高压和金属流动作用下会发生破裂，新鲜金属裸露，使得新鲜金属转移到表面上来，从而使金属发生黏着。一个真实接触点的发展过程可分为3个阶段：相互作用，变化，破裂。●研究真实接触面积的微凸体模型：可

6、分为3类：（1）球形；（2）圆柱形；（3）圆锥形。球形微凸体模型可以较客观的反映摩擦的各向同性，并利于计算实际接触面积，有利于从力学角度考虑接触的相互作用问题，因此被广泛采用。轴承、齿轮、轧辊等。●研究真实接触面积的接触模型：可分为3类：（1）球面/球面接触模型；（2）球面/平面接触模型；（3）棒形/棒形接触模型。◆表面接触变形金属接触表面在受到外力作用时不仅产生表面接触应力，而且材料本身易发生弹性和塑性变形。在大多数接触状态下表面的变形具有弹－塑性的特点。宏观方面：作用于接触的固体上的外力使固体呈弹性状态；微观方面：由于实际接触必定发生

7、在表面微凸体处，故产生局部的塑性变形。因此，可将表面微凸体的接触变形形式分为4类：（1）弹性变形：光滑表面承受较小的重复载荷。（2）塑性变形：塑性较好材料、粗加工（3）加工硬化的弹－塑性变形：大载荷作用下的接触。（4）无加工硬化的弹－塑性变形。3.4表面接触应力与接触变形◆表面的接触应力所谓接触应力是指压力经过接触面传递到第二面上形成的应力。◆赫兹接触理论在摩擦学中，许多接触问题要涉及到诸如圆柱体、(椭)球体等的曲面体的弹性接触，如:滚动轴承、齿轮的齿面接触及凸轮与挺杆接触等。赫兹(Hetz）在1882年第一次把弹性体视做二次曲面，分析了

8、它的变形和接触问题。因此，这类接触又被称为赫兹接触。在摩擦面之间微凸体的接触,也借用赫兹接触理论来解释。这一理论把弹性物体的接触问题按照静态弹性接触问题处理，赫兹分析基于以下假定：1.互相接触