摩擦学原理课件.ppt

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1、摩擦学原理陈国定西北工业大学机电学院目录1.引言2.摩擦表面形貌和表面接触理论3.固体摩擦理论4.磨损理论及磨损分析设计5.流体动压润滑理论6.静压润滑及气体润滑7.摩擦学分析及设计实例i1.1摩擦学科学的概念1.2摩擦学研究及摩擦学设计的学术及工程意义1.3摩擦学研究及设计涵盖的主要内容1当在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力的影响而发生相对滑动，或有相对滑动的趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这一自然现象叫做摩擦，这时所产生的阻力叫做摩擦力。摩擦是一种不可逆过程，其结果必然有能量

2、损耗和摩擦表面物质的丧失或迁移，即磨损，磨损会导致表面损坏和材料损耗。润滑是降低摩擦和减少磨损的有效手段。摩擦学是研究有关摩擦、磨损与润滑的科学与技术，并把在机械设计中正确运用摩擦学知识与技术，使之具有良好的摩擦学性能这一过程称为摩擦学设计。当然，摩擦在机械中也并非总是有害的，如带传动、汽车及拖拉机的制动器等正是靠摩擦来工作的，这时还要进行增摩技术的研究。这种反方向的研究领域也属于摩擦学的学科范畴。2摩擦学的研究对于国民经济具有重要意义。据估计，全世界大约有的能源以各种形式消耗在摩擦上。而摩擦导致的

3、磨损是机械设备失败的主要原因，大约有80%的损坏零件是由于各种形式的磨损引起的。因此，控制摩擦，减少磨损，改善润滑性能已成为节约能源和原材料、缩短维修时间的重要措施。同时，摩擦学对于提高产品质量、延长机械设备的使用寿命和增加可靠性也有重要作用。由于摩擦学对工农生产和人民生活的巨大影响，因而引起世界各国的普遍重视，成为近三十年来迅速发展的技术学科，并得到日益广泛的应用。3摩擦学问题中各种因素往往错终复杂，涉及到多门学科，例如流体力学、固体力学、流变学、热物理、应用数学、材料科学、物理化学，以及化学和物

4、理学等内容。因此多学科的综合分析是摩擦学研究的显著特点。4由于摩擦学现象发生在表面层，影响因素繁多，这就使得理论分析和实验研究都较为困难，因而理论与实验研究的相互促进和补充是摩擦学研究的另一个特点。随着理论研究的日益深入和实验技术日益先进，目前摩擦学研究方法的发展趋势正由宏观进入微观；由定性进入定量；由静态进入动态；以及由单一学科角度的分析进入多学科的综合研究。5从摩擦学研究的范围来看，本课程包含的主要内容有：表面形貌分析处理和表面接触理论；固体摩擦理论；磨损分类及机理；磨损试验和磨损测试；流体动压

5、润滑理论；弹性流体动压润滑理论和部分弹性流体动压润滑理论简介；流体静压润滑分析简介；摩擦学应用实例等。62.1表面形貌参数2.2表面形貌的统计参数2.3表层结构与表面性质2.4粗糙表面的接触7任何摩擦表面都是由许多不同形态的微凸蜂和凹谷组成。表面几何特性对于混合润滑和干摩擦状态下的摩擦磨损和润滑起着决定性影响，因此，了解和研究表面形貌及其参数是十分有必要的。表面几何特征采用形貌参数来描述。最常用的表面形貌参数是表面粗糙度，它取表面上某一个截面的外形轮廓曲线来表示。根据表示方法的不同可分为一维、二维和

6、三维的形貌参数。8一维形貌通常用轮廓曲线的高度参数来表示，如图2-1，它描绘沿截面方向（X方向）上轮廓高度z的起伏变化。选择轮廓的平均高度线亦即中心线为X轴，使轮廓曲线在X轴上下两侧的面积相等。一维形貌参数种类繁多，最常用的有轮廓算术平均偏差值和轮廓均方根偏差或称均方根值或9图2—1外形轮廓曲线轮廓算术平均偏差值Ra它是轮廓上各点高度在测量长度范围内的算术平均值，即（2—1）式中,z(x)为各点轮廓高度;L为测量长度;n为测量点数;zi为各测量点的轮廓高度。10轮廓均方根偏差(2-2)11应当指出：

7、一维形貌参数不能完善地说明表面几何特征。如图2-2所示，四种表面轮廓的值相同，但形貌却很不一致，甚至完全相反，如图2-2中的a和b。虽然均方根值比中心线平均值稍好一些，但对于图2-2中a和b两个相反的轮廓仍然无法区别。这表明：一维形貌参数不足以阐明表面几何特征与摩擦学特性的关系。12图2-2不同轮廓表面的和值13坡度或，它是表面轮廓曲线上各点坡度即斜率的绝对值的算术平均值或者均方根值。该指标对于微观弹流润滑效应十分重要。峰顶曲率C或C，采用各个粗糙峰顶曲率的算术平均值C或者均方根值C。它对于润滑和表

8、面接触状况都有影响。14由于二维形貌参数还不够全面，描述粗糙表面的最好方法是采用三维形貌参数。二维轮廓曲线族：通过一组间隔很密的二维轮廓曲线来表示形貌的三维变化；等高线图：用表面形貌的等高线表示表面的起伏变化。15图2－3二维轮廓曲线族图2－4等高线图16切削加工的表面形貌包含着周期变化和随机变化两个组成部分，因此采用形貌统计参数比用单一形貌参数来描述表面几何特征更加科学和反映更多的信息。这就是将轮廓曲线上各点的高度、波长、坡度或曲率等用概率密度分布函数来表示它们的变