摩擦与磨损全课件第3章-摩擦2.ppt

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1、摩擦与磨损第三章摩擦（2）8/4/20211/393.3.4粘着理论1.简单的粘着理论零件表面都存在着不同程度的粗糙度，当两金属表面相互受载接触时，仅在少数微凸体的顶端发生接触。开始，实际接触面积极小，微凸体上接触压力很大，产生塑性变形，使接触面积增加。同时，另一些高度较低的微凸体也相继接触，不断增加接触面积，直到实际接触面积正好能支承其载荷为止。这时，金属表面塑性接触处会出现牢固的粘着。8/4/20212牢固粘着：指表面不存在氧化膜和其他吸附膜或者这个隔离膜被表面微凸体刺穿，亦即纯净金属直接接触的情况

2、。8/4/20213图3-11两表面摩擦示意图8/4/20214简单粘着理论基本要点（Bowden，1945）1)摩擦表面处于塑性接触状态实际接触面积只占表观接触面积的很小部分,在载荷作用下接触峰点处的应力达到受压的屈服极限σs而产生塑性变形。此后,接触点的应力不再改变,只能依靠扩大接触面积来承受继续增加的载荷。图3-12表面接触状况8/4/202152)滑动摩擦是粘着与滑动交替发生的跃动过程接触点的金属处于塑性流动状态,在摩擦中接触点还会产生瞬时高温,使两金属产生粘着。随后在摩擦力作用下,粘着结点被

3、剪切产生滑动。滑动摩擦就是粘着结点形成和剪切交替发生的过程。当滑动速度增加时,粘着时间和摩擦系数的变化幅度都减小,摩擦系数和滑动过程趋于平稳。图3-13钢对钢滑动摩擦的跃动过程8/4/202163)摩擦力是粘着效应和犁沟效应产生阻力的总和摩擦副中硬表面的粗糙峰在法向载荷作用下嵌入软表面中,假设粗糙峰的形状为半圆柱体。接触面积由两部分组成：1、圆柱面：是发生粘着效应的面积，滑动时发生剪切。2、端面：是犁沟效应作用的面积，滑动时硬峰推挤软材料。图3-14粘着效应和犁沟效应的摩擦力模型8/4/20217摩擦力

4、F的组成为：F=T+Pe=Ab+SpeT为剪切力,T=Ab，A为实际接触面积，b为粘着结点的剪切强度；Pe为犁沟力,Pe=Spe，S为犁沟面积，pe为单位面积的犁沟力。金属摩擦副，Pe值远小于T，所以粘着理论认为粘着效应是产生摩擦力的主要原因，因此忽略犁沟效应。则：F=Ab8/4/20218简单粘着理论的不足不足：预计的摩擦系数值与实测结果间存在较大的差异。原因：忽略了①粘着点滑动时接触面积的增加和②微凸体塑性变形引起加工硬化的影响。如：对于大多数金属材料计算的摩擦系数为0.2，事实上许多金属摩

5、擦副在空气中摩擦系数可达0.5，在真空中更高。因此，鲍登（Bowden）提出了修正的粘着理论。8/4/202192.修正的粘着理论(1)粘着点的增长在没有切向侧推力的情况下，接触面积是一个简单的圆形；慢慢施加切向侧推力，直至整个半球形金属滑体开始滑动。这时，粘着点发生塑性屈服，实际接触面积比滑动前约增加2-3倍。8/4/202110（2）摩擦表面加工硬化的影响由于加工硬化，摩擦粘着点的强度往往比摩擦副中较软的金属大，因此相对滑动时，往往不一定沿接触面剪断。粘着点材料加工硬化使切应力增大，即摩擦系数增大；

6、但切应力增大的同时，材料屈服极限也增大。故加工硬化对摩擦系数的影响不如对接触面积增长的影响大。8/4/2021113.金属表面有自然污染膜的粘着摩擦理论粘着摩擦理论认为，摩擦表面是洁净的。在正常大气中金属表面被氧化膜或其他污染膜覆盖。这种摩擦实际上是氧化膜的摩擦。8/4/202112从摩擦磨损的观点看，金属表面氧化膜、其他吸附膜和化学反应膜的存在对摩擦是有利的。原因：界面膜的临界切应力比金属粘着点的小，当所作用的切向应力低于该临界切应力时，法向应力和切向应力能通过该界面层传到金属基体上，使金属发生塑性流

7、动，粘着点增长。当所作用的切向应力等于该临界切应力时，界面层被剪断，开始滑动。摩擦力较小。滑动时，结点面积横向增长主要取决于基体金属塑性变形，但变形受界面膜的抑制作用，因此结点面积的横向增长较小，即摩擦力较小。研究表明，只要界面有少许薄膜存在，就会大大削弱界面的连接强度，摩擦系数急剧下降。8/4/2021134.金属覆膜及减摩特性摩擦表面可以采用热处理、化学处理等方法得到各种各样的耐磨表面覆层。粘着摩擦理论认为：摩擦力等于实际接触面积与金属临界切应力的乘积。要减小摩擦力，只有减少①实际接触面积或②金属临

8、界切应力。这意味着摩擦副材料既要有高的硬度，又要有低的临界剪切强度。实际上，这是不可能的，因为高硬度的金属往往具有高的临界剪切强度。8/4/202114措施根据粘着摩擦的基本原理，可在硬金属基体上涂敷一层软材料。如铟、镉、铅、锡基白合金、铅基白合金、铜铅合金、铅青铜、铝锡合金、塑料、二硫化钼等。摩擦的剪切强度就是该层软材料的剪切强度；摩擦中的变形抗力主要由软材料膜下的硬金属基体承受。这样，即使在重载作用下，接触面积也几乎不变，因而摩擦力小，