摩擦与磨损原理
（复习资料）
摩擦学定义：摩擦学是研究作相对运动的相互作用表面及其有关的理论和实践的一门科学技术。
摩擦学又是一门涉及多学科的边缘学科，其涉及的主要学科为物理学、化学、机械工程、断裂力学、材料力学、流体力学等等。摩擦学涉及领域广泛，主要的研究内容可以归纳为以下几个方面：1、摩擦；2、磨损；3、流体润滑理论；4、边界润滑；5、润滑剂与润滑技术；
6、摩擦学测试技术。
摩擦学设计的任务就是利用摩擦学的现有知识，对一个特定对象通过合理的设计方法使其获得良好的摩擦学性能。
摩擦学设计过程中需要注意摩擦学的几个主要特性：(1)、摩擦学的系统性；（2）、摩擦学的时空性；（3）、摩擦学的多学科性。
固体表面的微观几何形状统称为表面形貌。真实表面形貌，它由表面形状误差、波纹度和表面粗糙度组成。
1、表面形状误差：在制造机器零件的过程中，机床-工件-刀具系统的误差及弹性变形，导
致表面形状误差，数值由最大偏差表示，一般用平面度、圆度和圆柱度等误差来表示。
2、波纹度是制造机器零件过程中，机床—工件-刀具系统的振动和机床传动件的缺陷周期
性重复在机器零件已加工表面上的结果。
3、波纹度是制造机器零件过程中，机床—工件-刀具系统的振动和机床传动件的缺陷周期
性重复在机器零件已加工表面上的结果。
表面形貌参数：微观不平度也称为微观不平度十点平均高度，是在取样长度L内，5个最大的轮廓峰高的平均值与5个最大的轮廓谷深的平均值之和称为R z。
在取样长度内,被测轮廓线上各点到中线距离的绝对值总和的算术平均值，称为轮廓算术平均偏差R a。
表面的物理吸附和化学吸附：物理吸附是非常快的可逆过程，吸附分子保持自己的特性，并可脱吸。化学吸附比物理吸附具有更大的活化能，吸附过程是不可逆的，化学吸附膜比物理吸附稳定。
金属表面层是由若干层次组成的表面层：外表面层有物理吸附和化学吸附作用生长的吸附层及因氧化形成的氧化膜层。塑性变形层称内层。
真实物体的表面不是理想光滑的表面，当两个表面相接触时，只是在表面的个别地方接触，这些离散的接触面积的总和构成实际接触面积。
名义接触面积：又称表面接触面积或几何接触面积，它是两接触物体的宏观界面的边界所确定的面积。真实接触面积：两接触物体通过各微凸体直接传递界面相互作用力，发生变形而产生的微接触面积之和，不到名义接触面积的0.01~0.1%。
赫兹接触理论：赫兹早在1881年就提出了著名的弹性接触理论，其假设条件为：认为材料是均匀的，各向同性的、完全弹性的；接触表面的摩擦力可忽略不计，表面是理想的光滑表面，在上述假设下，基本公式才能成立。
摩擦理论：当两个互相接触的固体，在外力作用下作相对的切向运动、或具有相对切向运动趋势时，在两固体接触表面之间就会产生一种运动阻力，这种阻力称为摩擦力。这种现象称为摩擦现象。
a，按摩擦副的运动状态分类：
（1）静摩擦：两个物体在作宏观运动前的微观滑移，其接触表面之间的摩擦称为静摩擦。（2）动摩擦：两个物体作相对运动时，其接触表面之间的摩擦称为动摩擦。一般情况下，动摩擦系数小于最大静摩擦系数。
b ，按摩擦副的运动形式分类：
（1）滑动摩擦：两个相互接触的表面作相对滑动时摩擦，称为滑动摩擦。
（2）滚动摩擦：物体在力矩的作用下，沿接触表面滚动时的摩擦，称为滚动摩擦。例如各种车辆的车轮在地面的滚动等。
c ，按摩擦副表面的润滑状况分类：
（1）干摩擦：常指名义上无润滑的摩擦。
（2）流体摩擦：被具有体积特性的流体层隔开的两固体相对运动的摩擦。摩擦发生在流体内部分子之间，摩擦力的大小与摩擦副表面状态无关，而只与流体内部的分子运动阻力有关，即与流体粘性有关。
（3）边界摩擦：两固体接触表面间被存在一层极薄的润滑膜隔开，其摩擦和磨损不取决于润滑剂的粘度，而是取决于两固体表面的特征和润滑剂的特性。
经典摩擦定律：
第一定律：滑动摩擦力的大小与接触面之间的法向载荷成正比。
第二定律：滑动摩擦力的大小与各义接触面积无关。
第三定律：滑动摩擦力的大小与滑动速度无关。
粘着摩擦理论：当两表面相接触时，在载荷作用下，主要在微凸体的顶端接触，接触点的单位压力很大，使其产生塑性变形，表面变形点将牢固的粘着，使两表面形成一体，即称为粘着或冷焊。当一表面相对另一表面滑动时，则剪断这些连接粘着点的力就是摩擦力。
一般来说，对于理想的弹-塑性材料，摩擦力主要就是剪断金属粘结点所需的剪切力。设粘结点部分的剪切强度为τb ，则摩擦力为：
b sy b r N
A F τστ?=?=
因而 sy
b o F N f τ== (6-30) 式中A r ——实际接触面积； sy σ——压缩屈服极限。
滚动摩擦可以分为三种基本形式：（1）自由滚动：滚动元件沿着平面无约束地作直线滚动，这是最简单的滚动形式，或称纯滚动。（2）受制滚动：滚动元件受制动或驱动力矩的作用，因而在接触区同时有法向压力和表面切向力的作用。（3）槽内滚动：两个相互滚动的表面，由于几何形状造成接触区内各点的切向速度不等因而伴随滑动的滚动。
滚动摩擦阻力的起因主要有以下几个方面：1、微观滑移；2、弹性滞后：滚动元件滚过滚道时，滚道要产生弹性变形，这需要消耗一定能量，当接触消除时，大部分变形能又得到释放。由于松驰效应，释放的能要比原先的变形能小，这个能量差即被认为是滚动摩擦的损耗；3、塑性变形；4、粘附效应。
磨损理论：磨损是伴随摩擦而产生的必然结果，它是相互接触的物体在相对运动时，表层材料不断发生损耗的过程。磨损过程大致可分为三个阶段：(1)、“跑合阶段”；(2)、“稳
定”磨损阶段；(3)、“急剧”磨损阶段。
一般磨损的分类要考虑三方面的作用影响：
（1）表面的作用。如机械运动的形式、是滑动还是滚动、表面分子作用形式等。
（2）表层的变化。物理性能的变化，如硬度等；化学性能的变化，如化学膜的作用变化；表层的结构变化，是变形还是无变形等，以及组织成份的变化，如钢的表层含碳量等。
（3）破坏的形式。主要是磨屑形式和表面磨损形状。
1、粘着磨损:当摩擦副接触时，由于表面不平，发生的是点接触。在相对滑动和一定载荷作用下，在接触点发生塑性变形或剪切，使其表面膜破裂，摩擦表面温度升高，严重时表层金属会软化或熔化，此时，接触点产生粘着。然后出现粘着——剪断——再粘着——再剪断的循环过程，这就形成粘着破坏（或粘着磨损）。
2、磨粒磨损:对于粗糙硬表面把软的工作表面划伤，或者两接触面受外界硬粒划伤工作表面，都属于磨粒磨损。磨粒磨损主要是磨粒对金属表面进行切削的过程。
3、表面疲劳磨损:表面疲劳磨损是指摩擦时表面有周期性的载荷作用，使接触区产生很大的变形和应力，并形成裂纹而破坏的现象。疲劳磨损最普遍形式是出现在滚动接触的表面上。
4、腐蚀磨损：腐蚀磨损是材料在摩擦时与周围介质发生化学或电化学相互作用的磨损，它是一种需要考虑环境介质影响的磨损过程。腐蚀磨损时材料的摩擦表面破坏是同时发生了两个过程，即腐蚀和机械磨损。
5、微动磨损：微动是发生于接触表面上极小振幅的运动。微动磨损是微动状态下材料接触表面的破坏过程。1992年，Zhou通过了大量试验证明每对摩擦副同时存在的材料的二类微动图：a, 运行工况微动图；b, 材料响应微动图。
影响磨损的因素：1、摩擦副材质的影响；2、环境介质的影响；3、外界机械作用的影响；4、温度的影响；5、接触表面状态的影响。
材料的耐磨性：材料的耐磨性是指在一定摩擦条件下某种材料抵抗磨损的能力。由于材料的磨损性能不是材料的固有特性，而是与磨损过程相关因素（如载荷、温度、速度等）、材料特性等因素有关的系统特性。
表面处理技术的主要目的是利用各种物理、化学或机械工艺过程改变基材表面状态、化学成份、组织结构或形成表面覆层，优化材料表面，达到提高表面耐磨性。表面工艺方法主要有下列几类：
a，电化学方法：利用电极反应，在基体上形成镀覆层，如电镀、化学转化等。
b，化学方法：利用化学物质的相互作用，在基体表面形成镀覆层，如化学镀、化学转化等。
c，热加工法：利用高温条件下材料熔融或热扩散，在基体表面形成镀、渗层，如热浸，表面合金化等。
d，高真空法：利用材料在高真空下气化或受激离子化而形成表面镀覆层，如真空蒸发镀、溅射镀、离子镀等。
e，其他物理方法：如机械镀、涂装、激光表面加工等。
润滑材料：润滑油是用石油经减压蒸馏所得的馏份油或残渣油，根据需要经过脱腊、脱沥青，加氢，酸碱处理等精制过程，得到半成品，再经过调和，加入适量的添加剂而成。润
滑油在机械中的作用主要是降低摩擦和减缓磨损，其次还具有冷却、防护、密封和清洗作用。
润滑油降低摩擦和减缓磨损的能力称为润滑性能。在液体摩擦状态下，油的润滑性仅与粘度有关，在其他条件相同时，油的粘度大，则润滑性能好。粘度就是液体流动时在液体分子之间的内摩擦，即流体膜的剪切阻力。
在矿物油中加入某些物质，尽管量很少，但对润滑油的使用性能的改进却十分显著，这些加入的少量物质统称为添加剂。添加剂大致可分为二大类。一类是影响润滑油物理性质的添加剂，如各种降凝剂、增粘剂、消泡剂等；另一类是在化学方面起作用的添加剂，如各种抗氧剂、防锈剂、极压抗磨剂等。
润滑脂是由稠化剂（分散相）和稠化液体润滑剂（基础油、分散介质）以及少量的稳定剂和添加剂所构成。润滑脂是一种介于液体和固体之间的膏状润滑材料。用于机械的润滑脂能起到润滑、密封和保护作用，但不具备清洗和冷却作用。
与润滑油相比较，润滑脂有以下特点：主要优点为具有较高的承载能力，抗极压性能好；能用于比较苛刻的环境，适应性好，减震性强，保护密封性好；有良好的充填和保持能力；使用寿命较长，成本低。而缺点是粘滞性强，内摩擦系数大；流动性差，无冷却作用；高温下会发生相变，胶体结构破坏而析油，丧失正常的润滑能力。
固体润滑材料是指那些介于摩擦副表面间，以减少摩擦或磨损的粉末状或薄膜状的固体材料。在某些特殊工况条件下（高温、低温、高真空、强辐射、易燃等），使用油、脂润滑会显得不适用或者根本无效，此时，使用固体润滑材料就能较好地满足对润滑的要求。固体润滑材料多数具有层状结构。
雷诺方程：
雷诺方程是从粘性流体力学的基本方程出发，作了一定的假设而导出的微分方程，这些假设条件是：
（1）体积力忽略不计，即不考虑任何外力场对润滑过程的影响，如电力、磁力和重力等；（2）沿油膜厚度方向油压为常数，这是因为油膜厚度很薄，一般为百分之几毫米，油压不可能有很大变化；（3）摩擦表面的曲率半径远大于油膜厚度，为此可展成平面，推导公式时便于采用笛卡尔直角坐标；（4）流体和摩擦表面接触处没有滑动，即与摩擦表面接触的油层其流动速度与摩擦表面速度一致；（5）润滑剂是牛顿粘性流体，剪切应力与速度梯度成正比，符合牛顿粘性公式；（6）润滑油膜中流体作层流运动；（7）流体的惯性力忽略不计。
图6.22（a ）所示的两滑动表面间流体作层流运动，并形成动压油膜。取空间坐标系X 、Y 和Z ，而U 、V 和W 分别代表流体沿X 、Y 和Z 方向的流动速度，上表面沿X 和Z 方向的运动速度为U 1与W 1，下表面沿X 和Z 方向的运动速度为U 2与W 2。在油膜中取出一个柱体（图6.22(b)），其底面为dxdy ，其高度为h 。用q x 表示沿y 方向单位宽度的流量，而/、/x y q x q y ????分别沿x 和y 方向上流量的变化率。则单位时间内沿X 方向自左面流入柱体的容积流量为q x dy ，而自右流出柱体的流量为dy dx x q q x x ??
? ??
??+，与此相同，在Y 方向流入柱体的流量为q y dx ，流出柱体的流量为dx dy y q q y y ???
? ??
??+。 由此可知，沿X 和Y 方向流出和流入柱体流量的差值为：
dxdy y q x q dx q dx dy y q q dy q dy dx x q q y x y y y x x x ???? ????+??=???
?????-???? ????++??????-??? ????+ (6-40) 如果柱体上底面的运动速度为W 1，下底面的运动速度为W 2，则柱体容积以速度（W 1-W 2）dxdy 增长。由于流体流动的连续性和不可压缩性，流体流入与流出柱体流量差值必等于柱体体积的增量，即：
0)(21=-+???
? ????+??W W dxdy y q x q y x (6-41)
在动压油膜中取一微元体，其边长分别为dx 、dy 和dz （图6.23）。如果沿X 方向上，左面的压强为p ，其正压力则为pdydz ；右面的压强为dx x
p p ??+，则相应的正压力为dydz dx x p p ??? ?
???+。如微元体下表面的剪应力为τ，则其剪切力为τdxdy ；在上表面的剪应
力为dz z ??+ττ，则相应的剪切力为dxdy dz z ??? ?
???+ττ。 由微元体力的平衡得：
dydz dx x p p dxdy dxdy dz z pdydz ??? ?
???++=??? ????++τττ 去括弧并简化得：
x
p z ??=??τ 为了避免混淆，准确地表示出剪应力τ的作用面及方向，将上式改写为：
根据假设条件（2）可知，沿Z 方向上油膜压力梯度为零，即
0=??z p ，亦即y
x ????ττ和为零。
由牛顿粘性公式： ,xz yz u v z z
τητη??==?? (6-43) u 为X 方向的流动速度，v 为Y 方向的流动速度，代入压力梯度的公式后，得：
p u x z z p v y z z ηη?????= ??????
?????= ?????? (6-44)
此处假定粘度η沿油膜厚度方向（Z 方向）上为常量。这个假定与实际情况不符，在中等速度的滑动轴承中沿油膜厚度上的温差在22~25℃的范围内，由此引起的粘度变化达5~10
倍。假定粘度η为常数，目的在于简化计算。则得：
2222p u x z p v y z ηη???=????????=????
因压强p 沿坐标Z 方向为常量，p 不是z 的函数，因此对221u p z x
η??=??进行两次积分，求得油膜中任意点的流速公式为：
1212112u p z C z x
p z u C z C x ηη??=+???=++? (6-45)
式中C 1、C 2为积分常数，由边界条件确定，根据假设条件（4），油膜上下表层的流动速度与摩擦表面的速度相等，即：
z = k, u = U 1； z = 0, u = U 2
代入（6-45）式，得：
22
2
11212112
12
C U p k U C k U x U U p h C k x ηη=?=++?-?=-? 将C 1、C 2代入（6-45）式，得到油膜中任意点的流速为：
21221()()2p z u x zh U U U x h
η?=-+-+? （6-46） 则沿X 方向单位宽度上的流量为： 322
1220
01()||2322h h h
h x o o p z z k z q udz U U U z x h η?==-+-+?? 代入上下限并简化，得： 212()122
x h p h q U U x η?=-++? (6-47) 同理可得：
212()122
y h p h q v v y η?=-++? (6-48) 式中： U 1、U 2——为上、下摩擦表面沿X 方向的运动速度；
V 1、V 2——为上、下摩擦表面沿Y 方向的运动速度；
将q x 、q y 值代入流量连续方程（6-41）式：
12()0y x q q W W x y
??++-=?? 得 33121212()()()0212212h h p h h p U U V V W W x x y ηη???????+-++-+-=???????????
令1212,U U U V V V =+=+，经整理后则得雷诺方程的完整表达式为：
()33126()2()p p p h h Uh Vh W W x x y y x y η????????????+=++- ? ???????????????
(6-49) 上式称全雷诺方程，也即三维雷诺方程。表达了流体动压润滑时，油膜压力沿X 和Y 两方向发生变化以及流速沿X 、Y 和Z 三方向发生变化时，压力梯度、流速、油膜厚度、润滑油粘度等参数之间的关系。式中等号左边部分的两项表征沿X 和Y 方向油压的变化，等号右部方括号内前两项考虑沿X 和Y 方向上速度和油膜厚度变化的影响，而最后一项表征摩擦面作平行移动对油膜的挤压作用，W 1-W 2亦可写成dh dt
。
流体动压轴承分为径向轴承和推力轴承两大类。承受径向载荷的轴承称为径向轴承，承受轴向载荷的轴承称为推力轴承。
流体润滑中两摩擦表面间完全被润滑油膜隔开，避免了粗糙表面上微凸体间的直接接触，减小了金属表面磨损，摩擦力的大小取决于流体的粘性。
取决于润滑剂和基体金属表面的相互作用的特性，处于液体摩擦和干摩擦之间的一种润滑状态称为边界润滑。
由吸附或化学反应生成的起润滑作用的润滑膜称为边界膜。边界膜可分为三种：1、物理吸附作用；2、化学吸附作用；3、化学反应作用。含有硫、磷或氯等活性原子的添加剂（极压添加剂）在摩擦所产生的高温（通常在150~200℃）下与金属起化学反应，形成硫、氯、磷等化合物（如硫化铁）的边界膜，即为化学反应膜。
摩擦学试验研究方法：
根据试验的目的和条件，摩擦磨损试验可分为：1，使用试验；2，台架试验；3，试样试验。
使用试验：这是在实际使用条件下，用真实零件进行的摩擦磨损试验。作为对零件材料的性能和结构的直接鉴定，试验所得数据资料具有真实性和可靠性。但是这种试验也存在一些困难和缺点，主要有：1）试验过程中的测量很困难，甚至需要研制专门的测量装置。有时为了减少偶然因素的影响，提高数据的精确度，需要在不同地点进行摩擦磨损试验，测量有关数据。因此，试验周期都相当长，一般需要几个月甚至几年时间才能获得试验结果，耗费的人力和物力较多。2）由于运营运转条件变化不定，易受偶然因素影响测量数据的精确性和重复性，因而可比性差，不利于研究摩擦磨损的规律性，而且无法对影响摩擦磨损的因素逐个进行研究。随着摩擦学技术的发展，目前这种试验已不用于机理研究，这是作为产品的鉴定而进行使用试验检验。
台架试验：台架试验是将实际使用的零部件，甚至整台机器装在专用的试验机上进行试验。这种试验条件比较接近实际，对影响摩擦磨损的各种因素，可以进行人为控调，从而减少偶然因素的影响，提高了试验数据的可靠性。此外，还能强化试验条件，缩短试验周期，
对比于现场的使用试验可以减少试验费用。台架试验可以校验试样结果的正确性，也可检验产品质量是否合格，是否达到规定的要求。
试样试验：试样试验是根据相应的试验机的规定，把摩擦副材料制成结构形状比较简单、尺寸较小的试样。这种试验在摩擦磨损研究中比较常用。它的主要优点是：1）有利于研究摩擦磨损本身的过程和机理；能有效地控制各种影响摩擦磨损的因素。减少一些偶然因素对试验结果的影响，很适宜于逐个研究各因素对摩擦磨损的影响。2）试验所得数据重复性好，对比性强，而且试验费用少，同期短，可以在短时间内进行多参数和重复的试验验证。
磨损量是磨损研究中评定材料耐磨性的一个重要指标。磨损量的测定方法一般有：1 称重法：利用精密天平（精度为1／10000g或更高）等仪器测量试样在试验前后质量的变化，此法较简单且有一定精度，比较常用，适宜于小尺寸试样。2 测面积法：利用形貌仪、万能显微镜或读数显微镜等，测量试样在试验前后摩擦面法向尺寸面积的变化，以此来确定磨损量的多少。为了便于测量，在磨损试验前，可在摩擦表面上人为地作出标记。
谈谈摩擦学的认识，结合自己的研究方向，提出关键摩擦学问题，并提出研究方案。
摩擦试验机概述 发表时间：2009-05-26T10:52:53.810Z 来源：《中小企业管理与科技》2009年4月下旬供稿作者：赵亮[导读] 本文从摩擦学的学科背景开始，重点讲述了摩擦试验机的分类以及摩擦试验机的现状，并对摩擦试验机的发展趋势进行了展望。摘要：本文从摩擦学的学科背景开始，重点讲述了摩擦试验机的分类以及摩擦试验机的现状，并对摩擦试验机的发展趋势进行了展望。关键词：摩擦试验机分类 1 课题背景 摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、润滑和磨损，以及三者间相互关系的理论与应用的一门交叉学科。摩擦学研究的对象很广泛，在机械工程中主要包括动、静摩擦；零件表面受工作介质摩擦或碰撞、冲击；机械制造工艺的摩擦学问题；弹性体摩擦；特殊工况条件下的摩擦学问题；深海作业的高压、腐蚀、润滑剂稀释和防漏密封等情况下的摩擦。摩擦学涉及许多学科。如完全流体润滑状态的滑动轴承的承载油膜，基本上可以运用流体力学的理论来解算。在计算摩擦阻力时则需要认真考虑油的流变性质，甚至要考虑瞬时变化过程的效应，而不能把它简化成牛顿流体。为了了解磨损的发生发展机理，寻找各种磨损类型的相互转化以及复合的错综关系，需要对表面的磨损全过程进行微观研究。仅就油润滑金属摩擦来说，就需要研究润滑力学、弹性和塑性接触、润滑剂的流变性质、表面形貌、传热学和热力学、摩擦化学和金属物理等问题，涉及物理、化学、材料、机械工程和润滑工程等学科[1]。 2 摩擦试验机的分类 摩擦试验的目的是为了对摩擦磨损现象及其本质进行研究，正确地评价各种因素对摩擦磨损性能的影响，从而确定符合使用要求的摩擦副元件的最优参数。摩擦磨损试验研究的内容非常广泛，如探讨摩擦、磨损和润滑机理以及影响摩擦、磨损的诸因素，对新的耐磨、减磨及摩擦材料和润滑剂进行评定等。由于摩擦磨损现象十分复杂，摩擦磨损条件不同，试验方法和装置种类繁多，如何准确地获取摩擦磨损过程中的参数变化成为一个十分重要的研究课题。为了探索和验证机械工程中摩擦磨损问题的机理以及有关影响因素，在摩擦学研究中开展摩擦磨损测试技术和数据分析研究具有非常重要的作用。摩擦磨损试验机的种类繁多，分类的方式各不相同，最具代表性的分类方法有苏联的一种分类法和美国润滑工程师协会的分类法。桂长林参照磨损类型的分类提出了一种按摩擦系统的结构和摩擦副的相对运动形式对摩擦磨损试验机进行分类的新方法。这种分类方法突出了摩擦元素的特点和对试验的特殊功能要求，从而便于采用设计方法学原理对试验机进行设计。这种方法将摩擦磨损试验机分成了五大类: 第一类是固体——固体摩擦磨损试验机(表1.1) 这类试验机根据摩擦副的运动形态又分为5小类，即单项滑动、往复运动，旋转滑动(含滚滑)、冲击和微动摩擦磨损试验机(根据需要可以在摩擦元素间加或不加润滑剂)。可以认为，大部分摩擦磨损试验机种都属于这一大类，它们可以重现粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和摩擦化学磨损。 根据试件的磨损特性和运动特性可以将其分为3小类，即三体磨粒磨损、二体磨粒磨损和动载磨粒磨损试验机。与第一类试验机相比，三体磨粒磨损试验机要在摩擦副的摩擦面上加磨粒。固定磨粒磨损试验机的摩擦副一方是固定磨粒(一般都采用砂布盘)，另一方则可设计成各种不同形式，其特例是研究单个磨粒磨损的试验机。在这一小类试验机中，摩擦副多为销——盘式(转动)或销——板式(往复运动)。为了防止偏磨，销设计成能够自旋，但是摩擦路迹一般不重复。自由磨粒磨损试验机可以设计成试件运动、磨粒运动和试件与磨粒同时运动等3种形式。 第二类是固体——固体加磨粒(或固体——磨粒)的试验机，统称为磨粒磨损试验机(表1.2) 第三类是固体——液体加磨粒(或固体——液体)的试验机(表1.3)。该类试验机的最大特点是使含磨粒(或不含磨粒)的液体冲刷固体表面，因而其关键是要在试件表面形成具有一定流速的液流。通常利用泵、势能和离心力来实现这种目的。从相对运动的原理出发，也可以让试件相对于液体运动。液流和试件形成的冲击角是一个重要参数，通常要求可调。 第四类是固体——气体加磨粒的试验机(表1.3)。 其功能是使含磨粒的气流去冲刷固体表面。作为这类试验机的特例是单颗磨粒冲击装置。这种试验机有以下三种形式:①供气系统加磨粒加喷咀加试件；②高速运动的试件加供给的磨粒。③利用离心力抛出磨粒。第五类是除了以上所述之外的特殊摩擦磨损试验机(表1.3) 可控载荷、可控气氛、高温或低温磨损试验机均可归入此类。这类试验机在摩擦过程中摩擦元素所受的载荷是变化的。可控气氛摩擦磨损试验机有抽真空、通入或不通入特种气体和控制或不控制湿度等特殊要求。密封问题对这类试验机而言十分重要，非接触式传动—磁力传动在这类试验机上也得到了充分的应用。高温或低温摩擦磨损试验机要求在高温或低温下工作，因而需要考虑高温隔热和低温防护，其选材也要能够满足高温或低温要求。 3 摩擦试验机的现状及发展趋势 由于实际摩擦的环境可能千变万化，而进行摩擦试验要模拟实际的摩擦系统，在试验室再现摩擦现象及其规律性，以便对各参数进行观察测量，因此，设计一个满足要求的试验机成为很多人研究的课题。在高温下，材料的力学性能如强度、硬度、变形发生重大变化，同时温度和腐蚀介质等因素也对摩擦学系统的物化性能、力学性能和磨损机理产生影响。近年来，西安交通大学武文忠、邢建东和苏俊义在Fischer A的高温氧化磨损试验机的基础上，研制了一台高温磨损试验机。该试验机的试验温度范围达室温～900℃[2]。 由于受到试验机转速的限制，摩擦副相对运动的速度大多较低(一般不超过10m/s)，然而现代机械装备中许多摩擦副的相对滑动速度相当高，如高速列车制动时，制动盘与刹车片之间的摩擦速度达到60～70m/s。因此，北方交通大学的老师设计了一个盘块式高速摩擦试验机，该试验机的最大滑动速度可达70m/s[3]。 目前使用滑动摩擦试验机正压力小（100KN以下），主要用于滑动轴承磨损对比试验，存在不能准确测量滑动轴承的摩擦系数等缺点。因此，无锡职业技术学院向晓汉等人又研制出一种新型重载滑动摩擦试验机，用于测试滑动轴承的摩擦系数。该试验机采用液压压力机加载，加载的灵活性大，加载压力范围为0～1000KN[4]。
第三章磨损及磨损机理 概述 物体摩擦表面上的物质，由于表面相对运动而不断损失的现象称磨损。 在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶段： a.跑合（磨合）阶段：轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。 b.稳定磨损阶段：磨损更轻微，磨损率低而稳定。 c.剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动，摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。（如图3.1） 法避免的。但，如机件磨损是无量跑合损长稳定磨损阶段和何缩短跑合期、延磨稳定磨损阶段来，是研究者致力推迟剧烈磨损的到的方向。剧烈，例如相互素很多影响磨损的因 滚滑动，式(方作用表面的相对运动摩擦行程（时间）载荷与速度的，击)动，往复运动，冲磨损三个阶段的示意图3.1图种类，组织，机械大小，表面材料的性能等，各种表面化学性能和物理-温度、湿度、真空度、环境条件(处理工艺，表面几何性质(粗糙度，加工纹理和加工方法)，这些因素的相互影响对于磨损将等。和介质性质等)和工况条件(连续或间歇工作)辐射强度、产生或正或负的效果，从而使磨损过程更为复杂化。至今还很难将它的规律由于具有跨学科的性质，磨损过程涉及到许多不同的学科领域，解释清楚。已经有很多学者对磨损进行了大量的研究。两个粗糙表面在接触摩擦过年代，汤林森提出了分子磨损的概念，他认为如20世纪20 程中相互接近，而一个表面上的原子被另一个表面俘获的现象就是磨损。)即硬度摩擦材料的压缩屈服极限σ(霍尔姆在上述基础上作了进一步的发展，他指出b。对耐磨性的影响很大过程来解释磨损，联系“切削”从表层材料的机械破坏着眼，50年代初，奥贝尔(Oberle)。处在弹性极限内的，变外，还有材料的弹性模量E他认为影响磨损的主要因素除硬度H5值高则耐磨＝E/H×10)来反映材料的耐磨性，m形越大，机械破坏越少，并提出用模数(m 性好。提出了机械性质相近的两表面上机械嵌锁作用导致界面上既粘连又犁削的观冯(Feng) 点。认为软钢表面变得粗糙和发生塑性变形，是由于应力过高而引起的。布洛克(Blok)它可能影响磨屑的对于磨损是一个重要因素，拉宾诺维奇认为表面能与材料硬度之比，大小。赫鲁晓夫提出了硬质微凸体在软表面上犁沟的模式图。大规模地发生着。磨损是比原子量级大得多的数量级，有不少学者通过实验和观测发现，磨损颗粒大约具有如实际接触斑点直径那样的数量拉宾诺维奇和阿查德(Archard)分别指出，级。拉宾诺维奇提出磨屑呈半球形，阿查德也认为磨屑具有一定的厚度。有人把它看作是一表面微凸体反复承载而发生疲劳脱落的现象，在滑动或滚动过程中，等人的(种磨损，克拉盖尔斯基Кр
摩擦磨损试验机结构毕业设计
摩擦磨损试验机结构设计 摘要 先进的摩擦磨损试验机及试验技术对于摩擦学研究的深入开展有着重意义。本文在对摩擦磨损试验机的发展概况、分类、特点，摩擦磨损试验的目的、试验的基本方法等进行综合分析的基础上，建立了摩擦磨损试验机的要求明细表，经过功能分析确定试验机的整体结构，从主机的结构设计、主轴回转结构、多样式装夹、气压加载结构等方面对摩擦磨损试验机结构进行设计。该试验机能实现对摩擦副的轴向加载、径向加载以及往复运动等，结构稳定符合一般实验要求。 关键词：摩擦磨损试验机；气压加载；往复运动
structural design of Friction-Wear Tester machine Abstract Advanced friction and wear tester and test technology for tribological studies have highlighted significant depth. In this paper, friction and wear testing machine on the overview of development, classification, characteristics, friction and wear test purposes, test the basic methods for comprehensive analysis based on the established requirements of friction and wear testing machine schedule, determined by functional analysis of test machines The overall structure of the structural design from the host, Spindle structure, multi-style fixture, air pressure load structure in terms of friction and wear test machine structure design. The trial function of the friction pair to achieve the axial load, radial load and the reciprocating movement, structural stability and meet the general test requirements. Keywords: Friction-Wear Tester; Pressure load; Reciprocating
摩擦磨损试验机结构设计 摘要 先进的摩擦磨损试验机及试验技术对于摩擦学研究的深入开展有着重意义。本文在对摩擦磨损试验机的发展概况、分类、特点，摩擦磨损试验的目的、试验的基本方法等进行综合分析的基础上，建立了摩擦磨损试验机的要求明细表，通过功能分析确定试验机的整体结构，从主机的结构设计、主轴回转结构、多样式装夹、气压加载结构等方面对摩擦磨损试验机结构进行设计。该试验机能实现对摩擦副的轴向加载、径向加载以及往复运动等，结构稳定符合一般实验要求。 关键词：摩擦磨损试验机；气压加载；往复运动
structural design of Friction-Wear Tester machine Abstract Advanced friction and wear tester and test technology for tribological studies have highlighted significant depth. In this paper, friction and wear testing machine on the overview of development, classification, characteristics, friction and wear test purposes, test the basic methods for comprehensive analysis based on the established requirements of friction and wear testing machine schedule, determined by functional analysis of test machines The overall structure of the structural design from the host, Spindle structure, multi-style fixture, air pressure load structure in terms of friction and wear test machine structure design. The trial function of the friction pair to achieve the axial load, radial load and the reciprocating movement, structural stability and meet the general test requirements. Keywords: Friction-Wear Tester; Pressure load; Reciprocating
一、名词解释（10小题每题2分共20分） 1、表面的几何形状误差类型 答：机械零件的几何形状误差主要有以下三种类型，： （1）微观几何形状误差（2）表面波纹度（3）表面粗糙度也叫微观粗糙度 2、赫兹接触 答：就是指圆弧形物体的接触，如圆柱体、球体等曲面物体的接触。 3、机械理论 17~18世纪初，把固体看成是绝对刚体，摩擦现象的解释完全建立在固体表面的几何概念上，认为摩擦式粗糙不平的表面相互机械作用的结果，故称为机械理论。 4、磨粒磨损 答：磨粒磨损是指在摩擦过程中，由于摩擦表面上硬的微突体或摩擦界面上的硬颗粒而引起材料损耗的一种磨损现象（2分）。 5、微动腐蚀磨损 答：两接触表面间没有宏观的相对运动，由于振幅很小的相对滑动产生的磨损称为微动磨损。如果微动磨损过程中，两表面的化学反应起主要作用时，则可称为微动腐蚀磨损。（2分）6、弹性流体动压润滑 答：考虑了弹性变形及压粘变化对流体动压润滑的影响称为弹性流体动压润滑（2分） 7、润滑油闪点和燃点 答：将润滑油在规定的条件下加热，其蒸气与周围空气混合形成可燃气体，当与火焰接触时，瞬间闪火的最低温度为该油的闪点。（1分）若闪火时间长达5秒，则该温度即为这种润滑油的燃点。（1分） 8、固体润滑剂 答：为防止与保护相互运动的表面不受损害，以及减少摩擦副的摩擦与磨损而在运动表面使用的粉末状或薄膜状的固体物质，即叫固体润滑剂 9、强制润滑 答：用油泵将润滑油等输送到需润滑的机件部位的方法叫强制润滑。 10、摩擦学及摩擦学的研究对象 答：研究发生在作相对运动的表面（界面）上的各种现象产生、变化和发展的规律及其应用的一门科学（1分）。研究对象摩擦、磨损(包括材料转移)和润滑(包括固体润滑)的原理及其应用。（1分）。 二、填空题（10小题每题2分共20分） 1、通常所说的表面形状误差是由加工过程的（固有误差）引起的与要求形状的偏差。 2、两个粗糙表面的接触通常是一个（弹性变形）和（塑性变形）并存的混合系统。 3、大气中很少遇到纯净表面，金属表面总有一层膜，它可能是（氧化膜）或（污染膜）。 4、粘着磨损按磨损程度分为（轻微磨损）（涂抹）、（刮伤）、（胶合）和（咬死）五种。 5、在接触疲劳强度的基本准则中，（最大剪应力T max45）准则应用更广泛。 6、机器零件典型磨损过程分为（磨合）阶段、（正常磨损）阶段和（事故磨损）阶段 7、恒量磨损特性的主要参数是（磨损率），经常采用的有(三)种。 8、粘度是液体流动时在液体分子之间的（内摩擦），即流体膜的（剪切阻力）。 9、润滑油的基本构成成分时（基础油）和（添加剂）。 10、润滑脂的基本组分是（基础油）、（稠化剂）、（添加剂）和（稳定剂）。 三、问答题（5小题每题4分共20分） 1、古典摩擦理论有哪几种？ 答：1）机械咬合理论。2）分子吸引理论。3）库仑摩擦定律。
第三章磨损及磨损机理 物体摩擦表面上的物质，由于表面相对运动而不断损失的现象称磨损。 在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶段： a?跑合（磨合）阶段：轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。 b. 稳定磨损阶段：磨损更轻微，磨损率低而稳定。 c?剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动，摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。（如图3.1） 跑合 摩擦行程（时间） 图3.1磨损三个阶段的示意图 机件磨损是无法避免的。但，如何缩短跑合期、延长稳定磨损阶段和推迟剧烈磨损的到来，是研究者致力的方向。 影响磨损的因素很多，例如相互作用表面的相对运动方式（滑动，滚动，往复运动，冲击），载荷与速度的大小，表面材料的种类，组织，机械性能和物理-化学性能等，各种表面 处理工艺，表面几何性质（粗糙度，加工纹理和加工方法），环境条件（温度、湿度、真空度、辐射强度、和介质性质等）和工况条件（连续或间歇工作）等。这些因素的相互影响对于磨损将产生或正或负的效果，从而使磨损过程更为复杂化。 磨损过程涉及到许多不同的学科领域，由于具有跨学科的性质，至今还很难将它的规律 解释清楚。已经有很多学者对磨损进行了大量的研究。 如20世纪20年代，汤林森提出了分子磨损的概念，他认为两个粗糙表面在接触摩擦过程中相互接近，而一个表面上的原子被另一个表面俘获的现象就是磨损。 霍尔姆在上述基础上作了进一步的发展，他指出摩擦材料的压缩屈服极限％（即硬度）对耐磨性的影响很大。 50年代初，奥贝尔（Oberle）从表层材料的机械破坏着眼，联系“切削”过程来解释磨损， 他认为影响磨损的主要因素除硬度H夕卜，还有材料的弹性模量E。处在弹性极限内的，变 形越大，机械破坏越少，并提出用模数（m= E/H x 105）来反映材料的耐磨性，m值高则耐磨 性好。 冯（Fe ng）提出了机械性质相近的两表面上机械嵌锁作用导致界面上既粘连又犁削的观点。 布洛克（Blok）认为软钢表面变得粗糙和发生塑性变形，是由于应力过高而引起的。
多功能摩擦磨损试验机技术参数 1设备用途说明 本设备主要用于试样摩擦磨损性能测试。 2 数量：1套 3 交货方式与地点：CIF武汉港；武汉理工大学 4 交货日期：合同生效后40天。 5 设备工作环境 除技术规格另有规定外，设备应能在以下环境里长期稳定的工作： 电压：220 V/380 V±10%，单相或三相；接地电阻≤4 Ω； 频率：50 Hz±3 Hz； 环境温度：5℃～40℃； 相对湿度：20%～80%。 6 主机技术要求及参数 6.1测试机架 高强度/高密度防震机架：测试设备采用高强结构设计，高密度落地式抗振降噪试验框架，具有优异的高载高频稳定性，“Z”向试样定位控制系统。 多通道信号调节器：能够满足载荷、速度、摩擦力、摩擦扭矩，摩擦系数,位移，等数据采集。 6.2样品台 应具有“X-Y”双向下试样定位控制系统。 a) Y方向上最大行程200mm；速度：0.001-10mm/s b) X方向上最大行程150mm；速度：0.001-10mm/s c) 垂直方向移动最大距离：150mm，速度：0.002-10mm/s，分辨率: ≤0.5μm 6.3加载及力传感器系统 a) 可伺服控制精确加载,通过软件实现对样品进行动态线性加载、恒力加载等模式。其中恒力加载要求载荷波动±0.05% N。 b）加载力范围: 1-100N；分辨率: ≤5mN 50-2000N；分辨率: ≤100mN 6.4摩擦学测试模块 a)高频线性往复模块 频率：0.1-50 Hz；最大行程：100mm b) 环块/轴承/轴瓦模块 转速范围要求：0.1-5000 rpm
c)高速旋转运动模块（销盘/球盘/盘盘/环环模块） 速度：0.1 to 7,000 rpm ( 低扭矩) 或者速度0.1 to 5,000 rpm (中/高扭矩6.5润滑油液池 用于往复、环块、销盘模块液池,高速防溅设计。 6.6通用样品及样品夹具 a）提供上试样球夹具1套。 b）提供下试样通用可调下盘夹具和通用可调下板夹具各1套。 6.7 电控以及其它附件 a) 主流配置计算机一台以及控制器，数据采集系统，液晶显示屏。 b）随机提供详细的整套仪器使用及维护说明书一套。 6.8软件 控制及数据分析软件要求采集速度200 kHz，界面友好，易于操作。
摩擦磨损试验机研究现状 郑冠华08223029 摘要： 摩擦磨损试验机是一种评定各种润滑剂的极压特性、抗磨损性能并计算摩擦系数的试验设备。由于实际摩擦环境可能千变万化，而进行摩擦实验要模拟实际摩擦系统，在实验室再现摩擦现象及其规律性，以便对个参数进行观察测量，因此，设计一个满足要求的试验机成为很多人研究的课题。 关键词： 摩擦磨损试验机研究现状 正文： 摩擦磨损不但是机械设备效率低下的原因，也是致使设备失效的主要形式。机械设备中零部件的摩擦磨损和零件材料、工况环境(压力、冲击、温度和润滑)等因素紧密相关。因此能模拟实际工况的专业摩擦磨损试验机是摩擦学试验研究必不可少的工具，摩擦磨损试验机的先进性和多功能性直接关系到实验研究的精度和可靠性。国内外许多研究人员在这方面进行了大量研究。要想模拟实际工况，需在试验中能对传动的速度，冲击的力量、频率，润滑的条件等方面实现自动控制，同时需对试验中摩擦力、冲击力、温度、载荷、速度、磨损率等工作参数或摩擦学特性参数等能实时进行数据采集。摩擦磨损试验机是一种评定各种润滑剂的极压特性、抗磨损性能并计算摩擦系数的试验设备。下面介绍一些适用于不同工况下的摩擦磨损试验机： 往复式摩擦磨损试验机 针对不同固体材料在不同条件下的摩擦磨损实验要求，开发设计了一种往复式摩擦磨损试验机，通过测量实验中产生的摩擦力、摩擦系数和磨损量的变化来研究材料的摩擦磨损性能。为提高测试系统的精确性和实时性，将计算机辅助测试系统应用到摩擦学试验当中，通过数据采集系统和测试软件系统完成摩擦磨损数据的实时动态测试，从根本上改变了传统摩擦磨损试验机的缺点。通过对聚四氟乙烯材料的摩擦磨损性能进行实验，证明该试验机性能稳定，测试系统准确可靠。本文设计的往复式摩擦磨损试验机及计算机控制系统，可用于不同固体材料在不同条件下的往复式摩擦磨损实验，能模拟往复式(如压缩机等)工况进行摩擦副元件的磨损性能测试。该试验机可在一定范围内实现往复行程、载荷、速度、温度、润滑的单因素或多因素控制，并可同时定性和定量显示运动中的摩擦力、磨损量、摩擦系数大小。通过在该试验机上进行的一些实验，证明试验机性能稳定，测试系统准确可靠，可有效地对运动副(试件)不同材质和工艺的摩擦磨损性能进行评定，以获得可靠的实验数据。 球-盘摩擦磨损试验机 此试验机提供的数据有：摩擦因数，磨损量和比磨损率。首先深入研究球一盘磨损试验机的工作原理，确定其工作原理是通过荷重传感器的A．D转换，将摩擦力的模拟信号转变为电压数字信号，输入计算机或者x-Y记录仪。然后与事先标定好的电压值对比，得到测试过程中的摩擦力。传感器的标定方法为：用已知载荷(一定质量的砝码)对传感器施加拉力，传感器将其转变成电压值，绘出电压-拉力关系曲线，将其用直线拟合。同时提供了数据处理的方法，并利用此试
摩擦磨损实验报告 一、实验目的： 1、了解常用的摩擦磨损试验机结构、测试原理及测试过程。 2、了解常用的摩擦磨损试验机的使用方法。 3、了解摩擦系数与磨损量的测量。 4、测试实验用材料摩擦系数。 二、实验设备： 1、划痕实验仪。 2、销盘摩擦磨损实验机。 3、四球摩擦磨损实验机。 4、疲劳摩擦磨损实验机。 三、实验要求： 1、了解常用的摩擦磨损试验机结构、测试原理及测试过程。 2、熟悉并掌握常用的摩擦磨损试验机的使用方法。 3、测试实验用材料摩擦系数。 4、对实验结果进行分析 四、实验设备与实验结果： MT-3000工作原理与结构 1、测试原理
MS-T3000摩擦磨损运用球-盘之间摩擦原理及微机自控技术，通过砝码或连续加载机构将负荷加至球上，作用于试样表面，同时试样固定在测试平台上，并以一定的速度旋转，使球摩擦涂层表面。通过传感器获取摩擦时的摩擦力信号，经放大处理，输入计算机经A/D转换将摩擦力信号通过运算得到摩擦系数变化曲线。μ=F/N μ—摩擦系数F—摩擦力 N—正压力（载荷） 通过摩擦系数曲线的变化得到材料或薄膜的摩擦性能和耐磨强度，即在特定载荷下，经过多长时间（多长距离）摩擦系数会发生变化。 2、试验机结构 1.加载方式：砝码加载； 2.加载范围: 10g～2000g、精度0.1g； 3.平台转速: 1转/min～3000转/min、精度±1转； 4.升降高度：20mm； 5.旋转半径：3mm～20mm； 6.摩擦副夹具：Φ3mm、Φ4mm 、Φ5mm、Φ6mm ； 7.摩擦副：GCr15钢球、AlO陶瓷球、ZrO陶瓷球、SiN陶瓷球； 8.测试操作：键盘操作，微机控制； 实验结果
载流摩擦磨损试验机操作规程 Ⅰ样品要求： 销试样两个，直径为10mm，长度25~50 mm（试样长度可根据订做的夹具实际情况确定）。 Ⅱ操作规程： 一、开机前准备 1、静态检查试验机各部分是否正常。 2、按样品要求准备试样； 销试样依次用400、1000、1500目的金相砂纸打磨,再用超声清洗仪和酒精配合,除去试样表面水分和油污，用电子天平称量并记录原始销试样的 磨损量。 二、试验 1、打开电脑。 2、接通电机电源，预热2~5分钟，并使电动机低速空转2~3分钟。 3、打开软件，空转对偶盘，依次用400、1000和1500目的金相砂纸打磨，直至表面泛出铜特有的金属光泽，用酒精擦拭至表面无杂质。 4、安装试样 5、设置实验前参数包括：加载载荷、摩擦时间、试验力和是否有脉冲。 6、点击加载使试样与摩擦盘靠近，此时加载速度可以加大（可增加到10），并达到预设试验力。待试验力稳定后，建议使用较低的加载速度。 8、各参数清零（磨损量、摩擦力等） 9、盖上防护罩 10、打开高频电源开关，等黄灯闪烁结束以后，向上拨下方左边第一个开关，向上，把第二个开关打到稳流 11、缓慢调节电源至工作电流。 12、点击开始 14、试验结束后先关高频电源；再进行载荷卸载，最后关闭试验机电源 15、实验结束，分析销试样和盘试样磨损形貌,处理采集的数据。
（5）调节回路电流,直到电流强度稳定。设定转动速度，开启转动轴。每次连续转动30s，这样连续转动五次后关闭电源，将试样取下，称量磨损后的重量。重复以上过程5次，将磨损量取平均值，作为磨损率图中的一个点。 （6）分析销试样和盘试样磨损形貌,处理采集的数据。 Ⅲ注意事项： 1、为保证销试样与对偶盘足够的接触面积，销试样两端必须保证平整，可以事先在不通电的状态下以12.5m/s进行30s干磨处理 2、试验开始前必须盖上防护罩 3、主轴转速开始的时候应缓慢往上加，摩擦时间快结束时注意把速度调到1600r/min或者更低，才可以结束 4、试验过程可以自行设定试验对磨转动时间和次数（如可以每次连续转动30s，连续转动五次后关闭电源，将试样取下，称量磨损后的重量） 5、试验机长时间不运行应该注意试验机电脑主机的维护，试验机周围环境应湿度低于60%
摩擦磨损测试及考核评价方式 一、磨损 1.1磨损定义 磨损是指摩擦副相对运动时，表面物质不断损失或产生残余变形的现象。表面物质运动主要包括机械运动、化学作用和热作用：(1)机械作用使摩擦表面发生物质损失及摩擦表面的物理变形；（2）化学作用使摩擦表面发生性状改变；热作用是摩擦表面发生形状改变。典型的磨损曲线通常由三部分组成，如图1.1所示。 磨 损 量 图1.1 磨损曲线示意图 磨合阶段：磨损量随时间的增加而增加。发生在初始运动阶段，由于表面存在粗糙度，微凸体接触面积小，接触应力大，磨损速度较快。 稳定磨损阶段：摩擦表面磨合后达到稳定状态磨损率保持不变。稳定磨损阶段标志磨损条件保持相对稳定，是零件整个寿命范围内的工作过程。 剧烈磨损阶段：工作条件恶化，磨损量急剧增大。该阶段内零件精度降低、间隙增大，温度升高，产生冲击、振动和噪声，最终导致零部件完全失效。 1.2磨损种类 按磨损的破坏机理，通常把磨损分为粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损五种。 （1）粘着磨损 当摩擦副相对滑动时, 由于粘着效应所形成结点发生剪切断裂，被剪切的材料或脱落成磨屑，或由一个表面迁移到另一个表面，此类磨损称为粘着磨损。粘着磨损再细分还有轻微磨损、涂抹、擦伤、划伤和咬死五种。
图1.1 粘着磨损机理 （2）磨料磨损 外来的硬料介质进入摩擦副，或摩擦副一个表面比另一个表面硬，在较硬表面上存在的微凸体，在摩擦过程中对较软表面犁沟或拉槽，引起表面材料的脱落，这种现象叫做磨料磨损。磨料磨损是一种最常见的磨损，按照磨损机理还可细分为微观切削、挤压剥落和疲劳破坏三小类。
图1.2 二体/三体磨粒磨损机理 （3）化学磨损 化学磨损是在摩擦促进作用下，摩擦副的一方或双方与中间物质或环境介质中的某些成分发生化学或电化学作用，造成表面材料损失的过程。分为氧化磨损与特殊介质腐蚀磨损两类。 图1.3 化学磨损机理 （4）疲劳磨损 摩擦接触表面在交变接触压应力作用下，材料表面因疲劳损伤而引起表面脱落的现象。疲劳磨损有两种基本类型，宏观疲劳磨损和微观疲劳磨损。宏观疲劳磨损主要是指两个相互滚动或滚动兼滑动的摩擦表面，在循环变化的接触应力作用下，材料疲劳而发生脱落的现象；微观疲劳磨损是滑动接触表面由于微凸体相互接触使材料发生疲劳而引起的机械磨损现象。此外，疲劳磨损的破坏机理又分为麻点剥落、浅层剥落、深层剥落。
磨损的类型磨损机理表面疲劳磨损形成及影响因素 磨损实际是接触表面随着时间增加和载荷作用损伤的累积过程。自然界中不论机械零件，还是人造关节都存在着磨损。可以说，磨损无处不在。它直接影响着机器的运转精度和寿命。据统计,每年全世界生产总值的近五分之二被摩擦磨损消耗掉了。因此，开展系统的摩擦学设计，尽量减少或消除磨损，对人类具有重大意义。 前苏联学者进一步较全面地提出了区分磨损类别的方法。他将磨损分为三个过程，依次为表面的相互作用两体摩擦表面的相互作用可以是机械的或分子的。机械作用包括弹性变形、塑性变形和犁沟效应，可以是两体表面的粗糙峰直接啮合引起的，也可以是夹在中间的外界磨粒造成的。表面分子的作用包括相互吸引和粘着，前者作用力小于后者。 表面层的变化在表面摩擦的作用下，表面层将发生机械的，组织结构的及物理的和化学的变化，这是由于表面变形、摩擦温度和环境介质等因素的影响造成的。表面层的塑性变形会使金属冷作硬化而变脆，反复的弹性变形会使金属出现疲劳破坏。摩擦热引起的表面接触高温可以使表层金属退火软化，而接触后急剧冷却将导致再结晶或固溶体分解。外界环境的影响主要表现为介质在表层的扩散，包括氧化和其他化学腐蚀作用，因而会改变金属表面层的组织结构。 表面层的破坏形式有擦伤、点蚀、剥落、胶合、微观磨损。 近年来的研究普遍认为, 按照不同的机理对磨损来进行分类是比较恰当的。通常可将磨损划分为个基本类型粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损。虽然这种分类还不十分完善, 但概括了各种常见的磨损形式。磨损机理通常从机理上可以把磨损分为粘着磨损，磨粒磨损，表面疲劳磨损，侵蚀磨损，腐蚀磨损和热磨损等。 粘着磨损 相对运动的表面因存在分子间的吸引而在表面的微观接触处产生粘着作用，当粘着作用的强度大于材料内部的联接强度时，经过一定周期的接触就会产生磨损。粘着磨损的磨损度常常是压力的函数，低压软表面或高压下都会产生严重的粘着磨损。对于可以认为是同类材料的摩擦副表面，磨损常数趋于较大值，因
齿轮摩擦磨损试验机工作原理 工作原理是齿轮摩擦磨损试验机的灵魂，只有掌握工作原理，才能熟练地掌握，应用。下面简单介绍一下几个重要部件的工作原理。 1，加载方式 该机是一种动力闭环结构，加载方式采用加载杆挂砝码的方式。 加载杆挂在加载离合器的槽轮上，加挂砝码后，通过紧固加载离合器的螺母，将加载离合器上的两个槽轮拧紧，取下砝码及加载杆，在扭矩测量离合器上可读出扭矩。 2，温度控制 试样的加热及温度的控制，都通过温度控制表和调功器来实现。在温度控制表的右侧有一个纽子开关，掰到“开”的一边，温度控制表接通电源，掰到“关”的一边，温度控制表断开电源。调功器开关操作相同，通过对温控表的设置和调功器的操作，可以实现对试验温度的控制。 3，电器部分 插上电源线后，按下电源部分的“开”按钮，整个机器处于通电状态；按下电源部分的“关”按钮，整个机器处于断电状态；按下电源部分的“开”按钮后，按“低速”按钮，电机将以1450r/min的转速运转；按下“电机停”按钮，电机将停止运转。 产品用途： CL-100齿轮摩擦磨损试验是一种多用途试验机。即可用于润滑剂承载能力的评定，也可根据用户需要，特殊定货，用于齿轮副的胶合承载能力和齿轮接触承载能力的试验。 相关标准： GB/T13672-92《润滑剂承载能力测定法（CL-100齿轮机法）》 SH/T0306-92《齿轮胶合承载能力试验方法》 主要技术性能指标： 1.最大扭矩：1kN．m； 2.最大载荷级：13级； 3.温度控制精度：±2％； 4.驱动电机功率：6.5/8kw； 5.驱动电机转速：1450/2880r/min，无级可调； 6.试验齿轮箱容量（轴中心线至箱底面的部分）：1.25L； 7.加热功率：0.5×3=1.5kw； 8.主机外型尺寸（长×宽×高）1390×705×1082mm。 9.可增加试验箱体、驱动箱体冷却器，可实现试验介质冷却保温。 10.可增加循环油箱，可实现试验介质的动态循环。 工作环境： 试验机应在下列条件下工作： 1、电源电压的波动范围不应超过额定值的±10％，频率的波动范围不应超过额定值的2％； 2、试验机应水平安装，安装基础须平稳，主机工作台纵横方向水平误差应不超过0.2/1000； 3、室温10℃-35℃； 4、环境无震动，无强磁场干扰，无腐蚀性介质； 5、相对湿度不大于80％。
实验四 摩擦学基础实验（1学时） 一．实验目的 1.通过实验了解不同材料配副摩擦系数的变化及磨损量的不同。 2.掌握摩擦学实验的基本方法及有关仪器设备的使用方法。 二．实验原理 1.概述 摩擦表面上的物质，由于表面相对运动而不断损失的现象称磨损。在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶段： (1).跑合（磨合）阶段：轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。 (2).稳定磨损阶段：磨损更轻微，磨损率低而稳定。 (3).剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动，摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。（如图4.1） 机件磨损是无法避免的。但是如何缩短跑合期、延长稳定磨损阶段和推迟剧烈磨损的到来，是研究者致力的方向。 伯韦尔(Burwell)根据磨损机理的不同，把粘着磨损，磨粒磨损、腐蚀磨损和表面疲劳磨损列为磨损的主要类型，而把表面侵蚀，冲蚀等列为次要类型。这些不同类型的磨损，可以单独发生，相继发生或同时发生（称为复合磨损形式）。 2磨损的检测与评定 研究磨损要通过各种摩擦磨损试验设备，检测摩擦过程中的摩擦系数及磨损量（或磨损率）。摩擦过程中从表面上脱落下来的材料（磨屑），记录了磨损的发展历程，反映了磨损机理，描述了表面磨损的程度。发生磨损后的表面，同样有着磨损机理、磨损严重程度及其发展过程的记载。因此研究磨屑和磨损后表面 磨损量 跑合 稳定磨损阶段 剧烈 图4.1 磨损三个阶段的示意图 摩擦行程（时间）
上的信息是研究磨损的重要一环。 2.1摩擦磨损试验机 磨损试验的目的在于研究各种因素对摩擦磨损的影响，从而合理地选择配对材料，采用有效措施降低摩擦、磨损，正确设计摩擦副的结构尺寸及冷却设施等等。 摩擦磨损试验大体上可分为实验室试验，模拟试验或台架试验，以及使用试验或全尺寸试验三个层次，各层次试验设备的要求各不相同。 (1)实验室评价设备 实验室设备主要用于摩擦磨损的基础研究，研究工作参数（载荷、速度等）对摩擦磨损的影响。可以得到单一参量变化与摩擦磨损过程之间的关系。还可控制试验环境，如加润滑（剂或材料、剂量和组分及润滑方式），周围气氛（惰性气氛、真空、温度、特殊介质），求得特定环境条件下的结果，研究者需要选择合适的试验设备和试验条件： 试验设备有各种不同的摩擦形式、接触形式和运动形式，有不同的主变参数（载荷、速度）和可测结果（摩擦系数、磨损），将这些形式排列组合成不同的试验设备。 摩擦形式：滑动摩擦、滚动摩擦及滚动-滑动混合摩擦； 接触形式：点接触、线接触和面接触； 运动形式：旋转运动和直线运动，又各自有单向和往复两种形式。 实验室设备的特点是： a.摩擦副是抽象了的各种不同的摩擦形式、接触形式和运动形式，而不是实际摩擦零件的形式； b.要有定量测定摩擦系数和（或）磨损的装置，以及能定量地显示实验条件(载荷和速度)的设备，有的设备和试验方法已经标准化。使用标准化的设备和方法，可以得到可比的试验结果。 几种常用的实验室摩擦试验设备见表4.1 表4.1 实验室常用的摩擦试验设备 摩擦副对偶实验机名称接触及运动形式可测数据应用范围
磨损及磨损机理
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第三章 磨损及磨损机理 概 述 物体摩擦表面上的物质,由于表面相对运动而不断损失的现象称磨损。 在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶段: a.跑合（磨合)阶段:轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。 ｂ.稳定磨损阶段:磨损更轻微,磨损率低而稳定。 c.剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动,摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。（如图3.1） 机件磨损是无法避免的。但,如何缩短跑合期、延长稳定磨损阶段和推迟剧烈磨损的到来,是研究者致力的方向。 影响磨损的因素很多,例如相互作用表面的相对运动方式(滑动，滚动，往复运动,冲击)，载荷与速度的大小,表面材料的种类，组织,机械性能和物理-化学性能等，各种表面处理工艺,表面几何性质(粗糙度，加工纹理和加工方法),环境条件(温度、湿度、真空度、辐射强度、和介质性质等)和工况条件（连续或间歇工作)等。这些因素的相互影响对于磨损将产生或正或负的效果,从而使磨损过程更为复杂化。 磨损过程涉及到许多不同的学科领域,由于具有跨学科的性质,至今还很难将它的规律解释清楚。已经有很多学者对磨损进行了大量的研究。 如20世纪20年代，汤林森提出了分子磨损的概念，他认为两个粗糙表面在接触摩擦过程中相互接近，而一个表面上的原子被另一个表面俘获的现象就是磨损。 霍尔姆在上述基础上作了进一步的发展，他指出摩擦材料的压缩屈服极限σb (即硬度）对耐磨性的影响很大。 5０年代初，奥贝尔(Ｏb ｅrle)从表层材料的机械破坏着眼,联系“切削”过程来解释磨损，他认为影响磨损的主要因素除硬度H 外，还有材料的弹性模量E 。处在弹性极限内的,变形 越大,机械破坏越少，并提出用模数（m ＝E ／H ×10５ )来反映材料的耐磨性,m 值高则耐磨性好。 冯(Feng ）提出了机械性质相近的两表面上机械嵌锁作用导致界面上既粘连又犁削的观 磨损量 跑合 稳定磨损阶段 剧烈 图 3.1 磨损三个 摩擦行程（时间）
.2 电磨损试验装置的研制 2.1 试验装置研制背景 电刷是电机中极为重要的部件, 它在电机的固定部件与旋转部件之间传导电流, 在直流电机或交流整流子电机中还起换向作用。现代工业要求电机朝高速、小型化方向发展, 这就要求电刷工作电流大、磨损速率小、摩擦系数小、具有高的比强度、比模量和良好的润滑耐磨性, 一定的导电、导热性, 而在各类耐磨、减磨材料中得到应用。但目前国内外有关金属基复合材料摩擦磨损性能的研究, 大都在机械磨损条件下进行的,施加的摩擦压力很大，对通电状态下的电磨损, 特别是电流强度变化对电刷耐磨性的影响和小压力工作条件下磨损的研究报道较少。考虑到电刷的实际工作状况,本文将制得的银一石墨复合材料电刷, 在模拟电机实际工作条件下, 研究复合电刷材料在不通电的纯机械磨损和通人不同电流强度的电磨损条件下的磨损性能, 并对其电磨损机理进行了初步探讨。 2.2 试验装置整体构造和原理 2.2.1 试验装置结构特点 2 4 7 8 6 5 3 1 1.对磨环 2.对磨环螺母 3.电刷支架 4.刷握 5.电刷 6.施压弹簧 7.支架螺母 8.导线 图1 磨损实验装置结构原理示意图
9 9.底座 图2 磨损试验装置结构结构示意图 电磨损实验装置主要由动力系统、磨损测试系统、电刷支架固定及加载系统组成，其结构原理示意图如图1，2所示。 如图采用的电磨损实验装置系统主要包括以下几大部分： (1) 动力系统 采用三项异步电动机作为动力装置，型号为JW-5024,功率为60W,标准工作电压380V,额定工作电流0.33A，频率50Hz，绝缘等级为E级，转速为1400转/分。 (2) 电刷支架固定系统及加载系统 如图2所示，u行铁片与电机底座用螺丝固定，电机底座采用球墨铸铁，目的就是为了减少电机的震动，增加工作稳定性和可靠性，降低工作噪音。 (3) 磨损测试系统 主要由电刷和对磨环构成，电刷与对磨环相接触（如图1所示），利用对磨环的转动，小弹簧对电刷施加压力，使电刷稳定磨损。
普通车床导轨表面的摩擦磨损机理分析及预防措施研究 摘要：在考虑普通车床加工工件时的切削力、导轨润滑状态、工作温度、刀架在导轨上的滑动速度、导轨材料、导轨和刀架所形成的摩擦副、载荷条件等因素的基础上，对普通车床导轨表面的摩擦磨损机理进行分析讨论，并结合分析结果给出减小摩擦磨损的相关措施，为车床导轨的加工制造及使用维护过程提供理论依据。 关键词：普通车床；导轨；摩擦磨损；预防措施 1引言 普通车床导轨对运动部件起导向和支承作用，是车床最基本而又最关键的组成部分。导轨的制造精度及精度保持度，直接决定着着车床的整体精度；导轨的寿命又直接影响整台机床的寿命[1]。因此，导轨的磨损程度直接决定了车床整体精度和使用寿命。 普通车床导轨由于滑动速度小，且一般经常处于正反向启动和停止工作状态下，工作循环极其频繁，在动静摩擦交替作用下工作，不易形成油膜，对于导轨副的磨损是总所周知的事实。据统计，车床摩擦副磨损基本包含两种，磨粒磨损和黏着磨损，前者占80%~85%，后者占15%~20%，磨损较前者严重[2]。因此剖析其机理，减缓甚至避免设备的摩擦磨损，探求提高耐磨性的途径，对节约能源及延长工件寿命十分重要。 2普通车床导轨的工作环境分析 在普通车床的使用运行过程中，其工作环境及使用条件较复杂，只有合理的使用车床，才能最大程度的发挥其实际性能。但往往因为工作环境的问题和使用不当更加剧了车床尤其车床导轨的磨损，影响较大的有车床生产环境和温度等。 2.1 车床位置环境影响 普通车床的位置选择应远离振源、避免阳光直射和热辐射的影响，避免潮湿和气流的影响。但往往因车间整天工作环境复杂和条件相对不允许等因素，车床附近有振源，或者没及时在车床四周设置防振沟。直接加剧了车床的磨损，影响车床的加工精度及稳定性。 2.2 温湿条件 普通车床对工作的温湿环境均有一定的要求。过高的温度将导致控制系统元件寿命降低，影响机床运行的稳定性。过高的温度也会引起导轨轻微变形，对导轨想形状和位置精度尤其对导轨的直线度等有一定影响。另一方面，较差的湿度环境易影响导轨工作状态的柔顺性，更严重的会加剧导轨的腐蚀磨损。 2.3 积屑和浮尘影响 在车床的工作过程中会产生磨屑、切屑、铁粉等，虽然有经验的工作人员都会进行清理和维护，但是仍不能完全清理干净，极其微小的切屑颗粒仍会存在于导轨表面，另一方面由于导轨长期的循环工作，导轨表面产生一定的磁性，更易存留微小的铁屑颗粒。 同时，由于车间的工作环境整体因素影响，空气中会有很多的颗粒和浮尘，这些颗粒和浮尘同样会依附到导轨表面。这些铁屑和浮尘颗粒在导轨的后续运作过程中会加重导轨的摩擦磨损，随着导轨在役时间的增加，这种影响会越来越凸显。 3导轨表面的摩擦磨损分析 床身导轨作为衡量机床精度的基准件，不但要求有较高的尺寸精度，还要有高的形状精度，即要求有良好的直线度、表面粗糙度、相对机床主轴的平行度等。由于床身导轨暴露在外面，防尘、防屑条件较差，长期使用后必然会产生磨损。造成