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1、摩擦与润滑 唐玮,考试与辅导,考试课程：平时成绩15%，实验占15%，期末考试成绩占70% 答疑：机电学院B222，或集中答疑（时间地点另定） 课件：，密码：13572468 联系方式：， 13776586885,实验课,地点：机电B318，B319 指导教师：高宏，13952115850 实验指导书：高宏老师处购买 实验报告：3份，机电5楼资料室叶老师开单，老校教5一层东区，找尉迟老师购买 15人/组，各班班长自行分组，然后找高老师预约实验时间，3组实验，共2.5小左右。,参考书目,温诗铸，摩擦学原理(第三版)，清华大学出版社，2008 B.布尚著，葛世荣译，摩擦学导论，机械工程出版社，20
2、07 周仲荣，摩擦学发展前沿，科学出版社，2006 黄平，摩擦学教程，高等教育出版社，2008,第一章 绪论,课程的性质、目的及任务,摩擦与磨损是研究性的专业选修课。 控制摩擦、减少磨损，改善润滑、密封技术，已成为当前节约能源和原材料、缩短停机及维修时间的重要手段。同时，摩擦、磨损与润滑又可在提高产品质量，延长设备寿命和增加可靠性等方面发挥重要作用。本课程是为适应生产实际的需要，为大学本科高年级学生所开设的。 通过本课程的学习，使学生了解摩擦表面形貌及相对运动表面的相互作用；摩擦、磨损原理，影响磨损的因素及减少磨损的途径；掌握流体动压润滑原理、弹性流体动压润滑原理及应用，了解润滑剂的性能及添加
3、剂的功用；具有摩擦磨损检测和故障诊断能力。,基本概念,摩擦：两个相互接触的物体发生相对运动或具有相对运动趋势时，阻止两物体接触表面发生切向相互滑动或滚动的现象称为摩擦。 摩擦学（Tribology）：是研究作相对运动的相互作用表面及其有关理论和实践的一门科学技术。它是一门涉及材料、机械、物理、化学、数学和力学等领域的新型交叉学科，主要包括摩擦、磨损和润滑三方面的研究。,公元前1880年埃及人使用滑撬搬运巨大雕像的场面，172个奴隶沿着木质轨道拖拉约为60吨的雕像，其中，图中有一个奴隶站在滑撬上将一种液体向滑动轨道上喷洒。,据估计：石雕像重 60吨，画面上有172个奴隶，平均拉力 80N/人，那
4、么摩擦系数为 ，该摩擦系数等于木头经润滑 后与地面的摩擦系数，说明车上奴隶往下浇的是有润滑性的物质，这可能就是最早的“润滑剂”,研究摩擦学的意义,一组重要的调查数据： 全世界工业能源的1/3被摩擦损耗掉。 失效零件的80%是由于磨损造成的。 20世纪80年代，我国在冶金、煤炭、农机等五个行业的调查表明：由于磨粒磨损造成的钢材损失达到100万吨以上，如考虑停机等费用造成的损失每年达到几亿元，应用摩擦学的知识可使工业部门节约GNP的1.3%1.6%。 美国能源研究发展局在1978年发表的报告称：如果实现了为保存能量而进行的摩擦学研究开发计划，就可节约能源消耗的11%。,1. 早期摩擦学研究(16-
5、19世纪）： 达. 芬奇(Leonard da vinci，1508年):第一个提出了一切物体刚要开始滑动，便产生叫做摩擦力的阻力；并且初步得出了 “摩擦力与载荷成正比，与名义接触面积无关”的结论。 阿蒙顿(G. Amontons，1699年): 进行了实验并建立了摩擦定律，即“摩擦力与载荷成正比”，“摩擦系数与名义接触面积无关”。 库仑(C.A.Coulomb，1780年)：发展了Amontons 的工作，提出了 “静摩擦系数大于动摩擦系数”，“摩擦系数与滑动速度无关” ，完成了“阿蒙顿-库仑”定律即“古典摩擦定律”。 特点：以试验为基础的经验研究，通过大量的试验归纳出固体滑动摩擦的变化规律
6、和经验公式。,摩擦学的发展历史,2. 近代摩擦学（19世纪末-20世纪60年代）： 雷诺(O. Reynolds, 1886年)：根据托尔(Tower)观察到的流体动压现象，建立了表征润滑膜力学特性的基本方程（雷诺流体动力润滑方程），奠定了流体润滑的理论基础。 哈迪(W.B. Hatdy)：提出依靠润滑油中的极性分子与金属表面的物理化学作用，形成吸附膜的边界润滑理论。 汤林生(G. A. Tomlinson)：从分子运动角度解释了固体润滑过程中的能量转换和摩擦起因。 鲍顿和泰伯(F. P. Bowden and D,Tabor,1950)：建立了以黏着效应和犁沟效应为基础的摩擦磨损理论。 特点
7、：开创了摩擦学多学科综合研究模式，扩展了摩擦学的范畴，促使其成为一门涉及力学、材料科学、物理和物理化学、表面科学等学科的边缘学科。,3.现代摩擦学（20世纪60年代-至今）： 1965年，英国教育科学研究部发表了“Lubrication (tribology)-Education and research. A report on the present position and industrys needs ” 关于摩擦学教育和研究报告(Jost 报告)，提出 Tribology (摩擦学) 这一个新词，标志了一门新学科摩擦学的诞生。此后， 摩擦学作为一门独立的学科受到世界各国工业界和教育
8、研究部门的普遍重视， 摩擦学研究进入了一个新的发展时期。 随着现代微观测试技术的进步，研究模式也逐步由宏观进入微观，由定性进入定量，由静态进入动态，由单一学科的分析进入多学科的综合研究。,近代摩擦学发展经历了四个阶段： 1955-1966年：摩擦学形成阶段，主要探讨磨损机理。 1970-1975年：检测技术有了新发展。光谱分析、高倍放大电子显微镜、图像分析、铁谱技术、纤维技术等，使摩擦、磨损的研究从宏观转到微观，从静态到动态，对表面处理、防护涂层、耐磨材料、摩擦化学的研究有了新发展。 1981-20世纪末：摩擦化学、陶瓷摩擦学、摩擦学表面工程等领域得到了飞速发展，摩擦学设计受到重视，计算机工业
9、、微型机械的发展及纳米技术的出现推到了微观摩擦学(纳米摩擦学)的研究。,派生了一系列新的摩擦学研究学科，包括： (1)微观摩擦学(microtribology)或纳米摩擦学(nanotribology): 在原子、分子和纳米尺度上研究摩擦界面之间的摩擦、磨损及粘着行为及机理。 设计与制备纳米尺度上的润滑剂和分子级超薄润滑膜，利用LB膜技术、原子力显微镜(AFM)、摩擦力显微镜(FFM)等现代表面分析技术揭示边界润滑的作用机理，并用计算机进行分子动力学模拟(molecular dynamic simulation)。 应用于：高密度磁记录、大规模集成电路的制造、微型机械(如可清除血管内壁沉积物的
10、微型机器人)等。,(2)生物摩擦学（biotrobology）：生物摩擦学分为动物仿生学和人体生物摩擦学。 动物仿生摩擦学主要研究动物体外表适应自然环境的摩擦学行为，如土壤动物体表的不粘土特性和水生动物的减阻特性。 人体生物摩擦学的研究对象主要包括人工关节、心脏、头发、眼睛、牙齿、口腔 (舌头、喉咙)、皮肤、血液等。其研究内容包括天然关节和人工置换关节的摩擦，天然牙齿、人工种植义齿及口腔修复材料的摩擦，人体皮肤与纺织品的摩擦，皮肤与劳动工具、假肢之间的摩擦与损伤机理，人工心脏瓣膜的耐磨性。,(3)生态/环境摩擦学（Ecological/ Environmental tribology)： 主要
11、研究生态环境系统中的各种摩擦学问题。研究包括：节能、降耗、减磨的各种摩擦学的理论、方法和技术；与环境协调的润滑剂与添加剂(包括快速生物降解润滑剂和植物润滑油等)；无公害摩擦学材料(包括无石棉制动摩擦材料等)；自然环境生态系统(生物、大气、土壤、水体等之间以及它们与环境所组成的系统) 中的摩擦学问题(包括水土保持、泥石流的动力成因等)。,摩擦学在中国的进展,1初期认识阶段： 1962年中国科学院技术科学部与中国机械工程学会共同主持，在兰州市举行第一届全国摩擦磨损与润滑研究工作报告会，参加的单位共69个，宣读论文33篇。这是中国首次举办在摩擦磨损与润滑理论研究和生产实践方面的学术会议，开始形成了一
12、支摩擦学技术力量。,2 .摩擦学科研的进一步开展 1977年9月，中国机械工程学会第一次接受邀请，派代表团参加了在德国杜塞尔多夫举行的第二届欧洲摩擦学国际学术会议。 1979年3月1825日，由中国机械工程学会主持在广州市举行第二届全国摩擦磨损与润滑学学术会议并成立了摩擦学学会。 3 .对摩擦学的认识和深入实践 从上世纪80年代起，在全国各地建立了一批摩擦学重点科研、测试基地，如中科院兰州化学物理所固体润滑国家重点实验室、清华大学摩擦学国家重点实验室以及西安交通大学润滑理论及轴承所、中德机械工业摩擦学应用中心（分设于广州机床所、武汉材料保护所、上海材料所）等 。,摩擦学研究的基本内容,摩擦(F
13、riction):是相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象。 磨损(Wear)：是由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移。 润滑(Lubrication)：是减轻摩擦和磨损所应采取的措施。,摩 擦,一、摩擦三要素：两个物体(一个物体的两部分)、相互接触、相对运动(相对运动趋势)。,二、古典的摩擦定律,摩擦力的大小与接触面间的法向力成正比，而与接触面积的大小无关，即,摩擦力,法向力,摩擦因（系）数,摩擦力的方向总与接触表面相对运动速度的方向相反。 摩擦力的大小与接触面间的相对滑动速度无关。 静摩擦力大于动摩擦力。,三、摩擦的种类,按摩擦副运动状态分,按摩擦副运动形式分,按摩擦副表面润滑状态分,
14、磨 损,关于磨损的几个概念 ： 磨损 使摩擦表面的物质不断损失的现象； 磨损量 以厚度、重量、体积为单位表示磨损造成的材料损耗； 磨损率 单位时间的磨损量； 耐磨度 磨损率的倒数；,一、典型宏观磨损过程,1、跑合磨损阶段 2、稳定磨损阶段 3、剧烈磨损阶段,二、磨损的分类,1、粘着磨损，可分为：,轻微磨损（如：缸套-活塞环 ）； 涂抹（如：重载蜗轮副的蜗杆）； 擦伤又称拉伤（如：内燃机铝活塞壁-缸体）； 撕脱（如：主轴-轴瓦的轴承表面）； 咬粘（如：不锈钢螺栓与不锈钢螺母在拧紧过程中）,3、疲劳磨损 4、腐蚀磨损 5、微动磨损,2、磨粒磨损，可分为：,三体磨料磨损,两体磨料磨损,润 滑,一、润滑的分类,按润滑剂的物质形态分,按摩擦面间的润滑形态分,水、动植物油、矿物油、 合成油、液态金属等,润滑油+稠化剂,石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等,空气及其它气体介质,摩擦学面临的任务,目前面临任务：（也是我们学习摩擦学课程的主要目的） （1） 普及摩擦学知识 （2） 在各领域广泛应用摩擦学的原理 （3） 把摩擦学研究与应用工作、节约能源、保护环境结合起来。,
