開放實驗-摩擦,磨損資料

1、開放實驗：不同金屬材料的滑動摩擦系數(shù)測定研究摩擦定義：抵抗兩相互接觸擠壓而產生的相對運動或者相對運動趨勢的想象。分類：（主要有內摩擦和外摩擦兩大類，這里只討論外摩擦）運動形式：滑動摩擦：物體接觸面想對滑動的摩擦 滾動摩擦：在力矩作用下，物體沿接觸面滾動時的摩擦 滾滑摩擦：在滾動中伴有滑動的摩擦運動狀態(tài)：靜摩擦：兩接觸物發(fā)生微觀滑移但無宏觀位移時，接觸面間的摩擦動摩擦：兩接觸物發(fā)生相對運動時，接觸面間的摩擦表面潤滑狀態(tài)：干摩擦：表面無任何潤滑劑，但仍有從空氣中吸附的水氣，氣體和其他污染物的摩擦 邊界摩擦：表面有一層極薄的邊界潤滑膜的摩擦 流體摩擦：摩擦表面被潤滑流體分開，摩擦發(fā)生在流體內部的摩擦

2、混合摩擦：摩擦副處于干摩擦和邊界摩擦，或邊界摩擦和流體摩擦混合的摩擦摩擦副工況： 高速摩擦>50m/s 高溫摩擦 低溫摩擦0-273 真空摩擦（真空度在-中等真空，低于為高真空）古典摩擦定律 滑動摩擦力-與,無關，且靜摩擦力總是大于動摩擦力，即1.關于顯然是常數(shù)，但只有給定摩擦副材料和既定的摩擦條件下精心測量才為常數(shù)。一般來說，與摩擦副材料，環(huán)境，甚至是接觸時間有關。2.關于接觸面積 古典摩擦定律認為其不影響，但此結論只適用于有一定屈服極限的金屬材料的特定情況。實驗表明一般情況下，接觸面積增大摩擦力增大。3.關于滑動速度 古典摩擦定律認為其不影響，但一般只適用于低速狀態(tài)。在高速時，但有兩

3、個峰值。4.關于正壓力 對于某些極硬材料（鉆石等）或者某些極軟材料（如聚四氟乙烯），此時為非線性關系其中C常數(shù)，N法向荷載，b指數(shù)5.關于靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)關系 對于粘彈性材料（如聚合物，橡膠），靜摩擦系數(shù)不一定大于動摩擦系數(shù)金屬滑動摩擦理論一， 機械理論1718世紀，認為摩擦是粗糙不平的表面相互機械作用的結果1700年，巴拉認為摩擦是沿粗糙面上升的結果f為粗糙斜角的正切。即越粗糙，摩擦系數(shù)越大塔依列爾粗糙體相互嚙合的結果庫倫表面粗體的嚙合機械理論只適用于的現(xiàn)象二， 分子理論1734年，德薩古利埃，產生摩擦的原因是摩擦面間的分子力，表面越光滑，摩擦力就越大1929年湯姆林森，分子理論在平衡

4、狀態(tài)下，固體內部的原子間的斥力和吸力相抵消，但在荷載作用下，一物體內的原子有可能進入另一個物體的原子斥力場。設總吸力為,總斥力為,則 ,實際摩擦副中<<N，故簡化為 （適用于接觸面靜止狀態(tài)和滑動狀態(tài)）基本理論基礎：1.摩擦是由分子的相互作用引起的 2.摩擦力大小與接觸面積成正比三，摩擦的能量理論其中為粘著表面能，表面1自由能，表面2自由能，表面1,2接觸時引起的界面自由能。四， 靜電子理論滑動摩擦粘著理論粘著理論：荷載作用兩表面接觸時，某些接觸點的單位壓力很大產生塑性變形，導致這些點牢固粘著形成“冷焊”結點。當摩擦副滑動時克服摩擦阻力的切向力首先必須剪開粘著結點，克服結點的剪切阻力

5、，同時還要克服由于硬表面微凸體嵌入軟表面，因滑動而形成的溝槽阻力，即犁溝阻力。其中為粘著點剪切阻力，為犁溝阻力。對于理想彈塑性材料，在無潤滑劑條件下，<<,即 由此得知，粘著理論就是粘著，滑動，再粘著的交替過程。一， 簡單粘著理論。如圖所示，為單個微凸塑性變形模型，在法相荷載下，微凸體壓力很大，產生塑性變形，實際接觸面積增大，知道能承受全部荷載為止。此時 實際接觸面積，粘結點處材料的剪切強度，材料的壓縮屈服極限實際情況中，以較軟金屬的剪切強度極限代替 即說明：1.摩擦系數(shù)與法向荷載，粗糙度，接觸面積無關，只取決于材料的強度極限和屈服極限之比。（與諸多實驗者的實驗矛盾）。2.對大多數(shù)

6、金屬而言，但實際并非如此，在真空中更大。3.該理論假設所有接觸面積都產生粘著，且粘著的實質就是產生塑性形變，但事實上接觸面積通常處于彈塑性接觸狀態(tài)。修正：，又材料硬度，所以其中H為軟材料硬度的HB值。二， 粘著點增長，對簡單粘著理論的修正。 略三， 金屬表面有膜時的粘著理論 是膜的剪切強度極限，較軟金屬的剪切強度極限。，系數(shù)，小于1時，兩表面無相對滑動，但由于切向力存在，粘著點增長，接觸面積增大。時，摩擦副開始滑動，此時： 成立由摩擦系數(shù)定義知注：1.時，即膜與較軟金屬剪切強度極限接近，相當于真空中無膜存在時的純凈表面“咬卡”。2.在界面上只要有膜存在，使c<1,粘著點的強度削弱，f急劇

7、下降。3.c<0.5時，即膜的強度較低時，對f影響不顯著，即其精確與否不重要。當c很小時，認為，則金屬有膜的干摩擦系數(shù)公式啟示：降低摩擦系數(shù)有兩個途徑四， 犁溝作用的影響粘著摩擦系數(shù)，犁溝摩擦系數(shù)滑動摩擦的分子機械理論一， 基本理論摩擦是一個混合過程，即要克服分子相互作用力，又要克服機械變形阻力，發(fā)生接觸處的總的阻力就是摩擦力。分子作用的切向阻力，機械作用的切向阻力。機械作用于分子作用的比例與表面粗糙度、材料種類、荷載大小有關。表面粗糙度小時，分子作用比例打，反之，機械作用比例大。對于金屬，分子作用比例大，對于橡膠等，分子作用比例小。克拉蓋爾斯提出第三體概念。如圖上層是吸附膜層，其厚度在

8、幾十埃的單分子層到1000埃之間變化。存在何種形式的吸附膜還取決于接觸點的溫度等原因，下面有一層金屬氧化物層或其他化合物層，最后一層是波而輸送的基體材料。第三體的特征表現(xiàn)為：具有粘彈性，剪切強度在很大范圍內變化，膜不是等厚的，有可能存在無膜覆蓋區(qū)。人們希望第三體的剪切強度始終低于基體的剪切強度，因為兩者的比值對摩擦學性能有特殊的影響。分子機械理論的基本結論：1. 兩物體摩擦時，相互作用主要集中在第三體內，表面狀態(tài)，接觸壓力，接觸時間和加載速度都會影響第三體的性能。2. 兩物體相互移動時，第三體會發(fā)生破壞，而同時又形成新的第三體。3. 壓力對摩擦系數(shù)有很大影響。4. 摩擦力隨接觸時間增長而增大。

9、其中，接觸時間為0時的摩擦力，,是接觸時間為無限長是的摩擦力，與正壓力無關，對于一定摩擦副，為常數(shù)；為常數(shù)，t為時間。5.當速度不大時，當速度不大時，兩表面移動具有突變性，這是由于摩擦接觸點具有粘彈性造成的預位移以及接觸時間對摩擦力大小有影響所致。6.摩擦力隨相對滑動速度增大而改變，通常有一最大值存在。當壓力增大時，摩擦系數(shù)的最大值移向滑動速度較低區(qū)。7.當荷載過大時，接觸面積主要由于接觸點數(shù)目增多而增大，但接觸斑點的平均直徑變化很小。二，摩擦力計算1. 摩擦力的二項式其中，分子作用的單位切向阻力分子作用那個的實際接觸面積機械作用的單位切向阻力機械作用那個的實際接觸面積實際壓力，分子作用的且想阻力，與表面清潔度有關粗糙度影響系數(shù) 法向荷載影響系數(shù)機械作用的切向阻力于是，設，實際接觸面積，故，代入上式得:摩擦力的二項式令；，則 其中，是與分子特性有關的參數(shù)，為與機械特性有關的參數(shù)。由此可見f是一個變量，隨的值而改變，這與實驗結果相符。可認為是純機械理論所決定的摩擦系數(shù)，是分子相對作用的摩擦系數(shù)，是對純機械理論的修正。2. 兩平面接觸時的摩擦系數(shù)計算。一，塑性接觸塑性接觸時，實際接觸面積可近似表達為，代入摩擦力的二項式的二， 彈性接觸彈性接觸是實際接觸面積可按下式計算計算接觸面積，通常為名義接觸面積微凸曲率半徑法向荷載常數(shù)材料的彈性模