摩擦與磨損
2018-11-12 / 管理員：遠(yuǎn)東
表面摩擦與磨損
一、摩擦與磨損的定義
摩擦的定義是:兩個相互接觸的物體在外力的作用下發(fā)生相對運(yùn)動或者相對運(yùn)動趨勢時,在切相面見間產(chǎn)生切向的運(yùn)動阻力,這一阻力又稱為摩擦力。磨損的定義是:任一工作表面的物質(zhì),由于表面相對運(yùn)動而不斷損失的現(xiàn)象。
據(jù)估計消耗在摩擦過程中的能量約占世界工業(yè)能耗的 30%。在機(jī)器工作過程中，磨損會造成零件的表面形狀和尺寸緩慢而連續(xù)損壞，使得機(jī)器的工作性能與可靠性逐漸降低，甚至可能導(dǎo)致零件的突然破壞。人類很早就開始對摩擦現(xiàn)象進(jìn)行研究，取得了大量的成果，特別是近幾十年來已在一些機(jī)器或零件的設(shè)計中考慮了磨損壽命問題。在零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用、加工制造、表面強(qiáng)化處理、潤滑劑的選用、操作與維修等方面采取措施，可以有效地解決零件的摩擦磨損問題，提高機(jī)器的工作效率，減少能量損失，降低材料消耗，保證機(jī)器工作的可靠性。
二、摩擦的分類及評價方法
當(dāng)摩擦副表面間不加任何潤滑劑時，將出現(xiàn)固體表面直接接觸的摩擦（見圖 2-1a），工程上稱為干摩擦。此時，兩摩擦表面間的相對運(yùn)動將消耗大量的能量并造成嚴(yán)重的表面磨損。這種摩擦狀態(tài)是失效，在機(jī)器工作時是不允許出現(xiàn)的。由于任何零件的表面都會因為氧化而形成氧化膜或被潤滑油所濕潤，所以在工程實際中，并不存在真正的干摩擦。
2 邊界摩擦
當(dāng)摩擦副表面間有潤滑油存在時，由于潤滑油與金屬表面間的物理吸附作用和化學(xué)吸附作用，潤滑油會在金屬表面上形成極薄的邊界膜。邊界膜的厚度非常小，通常只有幾個分子到十幾個分子厚，不足以將微觀不平的兩金屬表面分隔開，所以相互運(yùn)動時，金屬表面的微凸出部分將發(fā)生接觸，這種狀態(tài)稱為邊界摩擦（見圖 2-1b）。當(dāng)摩擦副表面覆蓋一層邊界膜后，雖然表面磨損不能消除，但可以起著減小摩擦與減輕磨損的作用。與干摩擦狀態(tài)相比，邊界摩擦狀態(tài)時的摩擦系數(shù)要小的多。
在機(jī)器工作時，零件的工作溫度、速度和載荷大小等因素都會對邊界膜產(chǎn)生影響，甚至造成邊界膜破裂。因此，在邊界摩擦狀態(tài)下，保持邊界膜不破裂十分重要。在工程中，經(jīng)常通過合理地設(shè)計摩擦副的形狀，選擇合適的摩擦副材料與潤滑劑，降低表面粗糙度，在潤滑劑中加入適當(dāng)?shù)挠托蕴砑觿┖蜆O壓添加劑等措施來提高邊界膜的強(qiáng)度。
3 流體摩擦
當(dāng)摩擦副表面間形成的油膜厚度達(dá)到足以將兩個表面的微凸出部分完全分開時，摩擦副之間的摩擦就轉(zhuǎn)變?yōu)橛湍ぶg的摩擦，這稱為流體摩擦（見圖 2－1c）。形成流體摩擦的方式有兩種：一是通過液壓系統(tǒng)向摩擦面之間供給壓力油，強(qiáng)制形成壓力油膜隔開摩擦表面，這稱為流體靜壓摩擦；二是通過兩摩擦表面在滿足一定的條件下，相對運(yùn)動時產(chǎn)生的壓力油膜隔開摩擦表面，這稱為流體動壓摩擦。流體摩擦是在流體內(nèi)部的分子間進(jìn)行的，所以摩擦系數(shù)極小。
4 混合摩擦
當(dāng)摩擦副表面間處在邊界摩擦與流體摩擦的混合狀態(tài)時，稱為混合摩擦。在一般機(jī)器中，摩擦表面多處于混合摩擦狀態(tài)（見圖 2－1d）?；旌夏Σ?xí)r，表面間的微凸出部分仍有直接接觸，磨損仍然存在。但是，由于混合摩擦?xí)r的流體膜厚度要比邊界摩擦?xí)r的厚，減小了微凸出部分的接觸數(shù)量，同時增加了流體膜承載的比例，所以混合摩擦狀態(tài)時的摩擦系數(shù)要比邊界摩擦?xí)r小得多。
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一、摩擦與磨損的定義
摩擦的定義是:兩個相互接觸的物體在外力的作用下發(fā)生相對運(yùn)動或者相對運(yùn)動趨勢時,在切相面見間產(chǎn)生切向的運(yùn)動阻力,這一阻力又稱為摩擦力。磨損的定義是:任一工作表面的物質(zhì),由于表面相對運(yùn)動而不斷損失的現(xiàn)象。
據(jù)估計消耗在摩擦過程中的能量約占世界工業(yè)能耗的 30%。在機(jī)器工作過程中，磨損會造成零件的表面形狀和尺寸緩慢而連續(xù)損壞，使得機(jī)器的工作性能與可靠性逐漸降低，甚至可能導(dǎo)致零件的突然破壞。人類很早就開始對摩擦現(xiàn)象進(jìn)行研究，取得了大量的成果，特別是近幾十年來已在一些機(jī)器或零件的設(shè)計中考慮了磨損壽命問題。在零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用、加工制造、表面強(qiáng)化處理、潤滑劑的選用、操作與維修等方面采取措施，可以有效地解決零件的摩擦磨損問題，提高機(jī)器的工作效率，減少能量損失，降低材料消耗，保證機(jī)器工作的可靠性。
二、摩擦的分類及評價方法
在機(jī)器工作時，零件之間不但相互接觸，而且接觸的表面之間還存在著相對運(yùn)動。從摩擦學(xué)的角度看，這種存在相互運(yùn)動的接觸面可以看作為摩擦副。有四種摩擦分類方式：按照摩擦副的運(yùn)動狀態(tài)分類、按照摩擦副的運(yùn)動形式分類、按照摩擦副表面的潤滑狀態(tài)分類、按照摩擦副所處的工況條件分類。這里主要以根據(jù)摩擦副之間的狀態(tài)不同分類，摩擦可以分為：干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦和混合摩擦，如圖2－1所示。
當(dāng)摩擦副表面間不加任何潤滑劑時，將出現(xiàn)固體表面直接接觸的摩擦（見圖 2-1a），工程上稱為干摩擦。此時，兩摩擦表面間的相對運(yùn)動將消耗大量的能量并造成嚴(yán)重的表面磨損。這種摩擦狀態(tài)是失效，在機(jī)器工作時是不允許出現(xiàn)的。由于任何零件的表面都會因為氧化而形成氧化膜或被潤滑油所濕潤，所以在工程實際中，并不存在真正的干摩擦。
2 邊界摩擦
當(dāng)摩擦副表面間有潤滑油存在時，由于潤滑油與金屬表面間的物理吸附作用和化學(xué)吸附作用，潤滑油會在金屬表面上形成極薄的邊界膜。邊界膜的厚度非常小，通常只有幾個分子到十幾個分子厚，不足以將微觀不平的兩金屬表面分隔開，所以相互運(yùn)動時，金屬表面的微凸出部分將發(fā)生接觸，這種狀態(tài)稱為邊界摩擦（見圖 2-1b）。當(dāng)摩擦副表面覆蓋一層邊界膜后，雖然表面磨損不能消除，但可以起著減小摩擦與減輕磨損的作用。與干摩擦狀態(tài)相比，邊界摩擦狀態(tài)時的摩擦系數(shù)要小的多。
在機(jī)器工作時，零件的工作溫度、速度和載荷大小等因素都會對邊界膜產(chǎn)生影響，甚至造成邊界膜破裂。因此，在邊界摩擦狀態(tài)下，保持邊界膜不破裂十分重要。在工程中，經(jīng)常通過合理地設(shè)計摩擦副的形狀，選擇合適的摩擦副材料與潤滑劑，降低表面粗糙度，在潤滑劑中加入適當(dāng)?shù)挠托蕴砑觿┖蜆O壓添加劑等措施來提高邊界膜的強(qiáng)度。
3 流體摩擦
當(dāng)摩擦副表面間形成的油膜厚度達(dá)到足以將兩個表面的微凸出部分完全分開時，摩擦副之間的摩擦就轉(zhuǎn)變?yōu)橛湍ぶg的摩擦，這稱為流體摩擦（見圖 2－1c）。形成流體摩擦的方式有兩種：一是通過液壓系統(tǒng)向摩擦面之間供給壓力油，強(qiáng)制形成壓力油膜隔開摩擦表面，這稱為流體靜壓摩擦；二是通過兩摩擦表面在滿足一定的條件下，相對運(yùn)動時產(chǎn)生的壓力油膜隔開摩擦表面，這稱為流體動壓摩擦。流體摩擦是在流體內(nèi)部的分子間進(jìn)行的，所以摩擦系數(shù)極小。
4 混合摩擦
當(dāng)摩擦副表面間處在邊界摩擦與流體摩擦的混合狀態(tài)時，稱為混合摩擦。在一般機(jī)器中，摩擦表面多處于混合摩擦狀態(tài)（見圖 2－1d）?；旌夏Σ?xí)r，表面間的微凸出部分仍有直接接觸，磨損仍然存在。但是，由于混合摩擦?xí)r的流體膜厚度要比邊界摩擦?xí)r的厚，減小了微凸出部分的接觸數(shù)量，同時增加了流體膜承載的比例，所以混合摩擦狀態(tài)時的摩擦系數(shù)要比邊界摩擦?xí)r小得多。
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