大学课件之摩擦学-绪论

第1章绪论“摩擦学精确定量的摩擦试验是非常困难的，尽管有经过精确分析的大量数据，但是摩擦定律仍然没有分析得很完善。”—Peynman(费曼)1965诺贝尔奖得主摘自费曼物理讲义主要内容1.摩擦学的含义2.摩擦学的内容3.摩擦学的发展过程4.现代摩擦学研究新动向5.摩擦方面的杂志和国际会议第1章绪论摩擦学的含义标准定义：定义中涉及了四个定义：中国是1980年成立了全国摩擦学会，并将Tribology译为“摩擦学”。美国在1984年接受“tribology”，将“润滑杂志”改为“摩擦学杂志”，台湾将“tribology”译为“摩润学”。日本在1990年，将“润滑”杂志改为“摩擦学”。第1章绪论“研究作相对运动的，相互作用的对偶表面的理论和实践的一门科学技术”“Thescienceandtechnologyofinteractinysurfacesinrelativemotionandofrelatedsubjectsandpractices”①相对运动②相互作用③理论和实践④科学和技术摩擦学的内容•总体：摩擦学有三大柱，即：摩擦、润滑、磨损，但是这三方面之合并不等于摩擦学，另外还涉及到摩擦学设计,摩擦学系统分析、监控,摩擦与振动,表面工程等。第1章绪论•摩擦学研究涉及面：相当广大，上至火箭、卫星，下至潜艇、石油。无论是家庭生活（刀、自行车等），还是军事工业（摩擦振动产生的噪音、坦克寿命）。•理论而言：①摩擦是能量转换的中介；②涉及到流体分子之间的相互作用，固体原子间发生滑移时的作用。摩擦学的发展过程朴素应用摩擦定律润滑理论磨损表面工程第1章绪论(1)朴素应用:•远古15世纪击石取火，9000年前出现滑撬。•4600年前中国出现的车、以滚动摩擦代替滑动摩擦，并用羊油润滑车轴，这可能是最早的润滑剂。•车的发展情况战争（军事）推动车的发展赛车（孙宾）胡服骑射摩擦学的发展过程(2)古典摩擦定律:第1章绪论15世纪：LeonardodaVinci（达·芬奇）：17世纪末：法国的G.Amontons（阿蒙顿）于1699年提出摩擦力计算式：T=fN①物体的滑动能力是不相同的，光滑表面具有小的摩擦；②摩擦力＝自重/4。摩擦学的发展过程(2)古典摩擦定律:第1章绪论18世纪：①提出了极有价值的实验资料，并指出摩擦学科发展道路。②第一个认识到摩擦不仅取决于正确选择摩擦副，而且取决于结构参数。③将摩擦规律归纳为四点：*1：摩擦力大小与接触面间的正压力成正比；*2：摩擦力大小与名义接触面积无关；*3：静摩擦力的极限值大于动摩擦力；*4：摩擦力大小与滑动速度无关。法国物理学家C.A.Coulomb（1736-1806）摩擦学的发展过程(2)古典摩擦定律:第1章绪论18世纪：法国物理学家C.A.Coulomb（1736-1806）④完成了摩擦的凹凸学说（摩擦的原理）。英国物理学家（德萨古利斯）J.T.Desagaliers提出了摩擦的分子学说：产生摩擦力的真正原因在于摩擦表面上存在着分子力的作用。斥力引力摩擦学的发展过程(2)古典摩擦定律:第1章绪论20世纪：当今纳米摩擦问题（原子量级）1939年苏联学者，以摩擦力二重性为依据，统一了分子论和凹凸学说，建立了摩擦的分子机械论。F=αAr+βW1950包登的粘着说。摩擦学的发展过程(3)润滑理论第1章绪论①Reynolds方程:1886年提出,其基础为三个人Navier-Stokes方程(1845年,Stokes与Navier同时推导出该方程)Tower测量出轴承中油膜具有很高的压力dudz牛顿:粘性定律摩擦学的发展过程(3)润滑理论第1章绪论②Hertz接触应力理论③边界润滑Boundy模型(1921年)④EHL(1950S)英国Dowson，美国郑绪云，苏联是第一个提EHL理论(1949),它将Reynolds理论和Hertz理论联系起来处理润滑问题。⑤薄膜润滑摩擦学的发展过程(4)磨损：第1章绪论（1940S）由于战争的需要，磨损问题被提出，苏联于1945年召开了第一届摩擦、磨损会议，1957年英国，1958年美、德相继开会。1953年由苏联学者将磨损分为三大类：①机械类（由摩擦表面的机械作用产生的磨损，包括磨粒磨损，表面塑性变形，脆性剥落等）；②分子机械类：分子力形成的表面粘着，再经机械作用使粘着处剪切产生磨损；③腐蚀机械类。摩擦学的发展过程(5)摩擦学统一：第1章绪论1966年，Jost报告，1973年第一届欧洲摩擦学会议Jost选为大会主席,1980年我国召开了第一届摩擦学会议。(6)表面工程(1990S)这是摩擦学发展过程新开展的一领域，以前大多研究的目的是认识世界，如摩擦定律，润滑理论，磨损机理等等，而表面工程就是按人们的意志去改造世界。①表面制膜：（等离子喷涂，等离子辅助沉积，真空蒸镀、电镀、化学镀等）②表面处理：（强化、加工处理等等）③表面改性现代摩擦学研究新动向(1)纳米摩擦学第1章绪论（纳米级薄膜润滑、纳米级摩擦的规律和本质，微米级磨损问题）。美国：F.F.Ling说过，青年人应投身NanoPhonomana研究。(2)摩擦学系统分析(3)表面工程摩擦学研究意义第1章绪论BRAKEPOWER25%MECHANICALLOSSES15%CYLINDERCOOLING30%EXHAUST30%BEARINGS25%PUMPLOSSES20%VALVETRAIN10%PISTONASSEMBLY45%FRICTIONLOSSES摩擦学研究意义第1章绪论Pistons,ringsBearingsValvetrainAuxiliariesTransmissionRollingresistanceAirresistanceAccelerationCooling,exhaustPumpingMechanicalTowheels32KW3.8KW4.9KWMechanicallosses:10%125,000miles340L1224Y摩擦方面的杂志和国际会议会议:第1章绪论①Leeds-LyonSymp.ontrib,每年一次②ASME/STLE年会③欧洲国际摩擦学会议(四年一次)④中国、日本分别召开的国际摩擦学会议⑤亚洲摩擦学会议摩擦方面的杂志和国际会议文献:第1章绪论①ASMETransection.Jounal.ofTribrlogy(美)②STLETribology,Transection(美)③Lnbrication.Engineering(英)④Wear(英)⑤InternationalTribology(英)⑥摩擦学学报(日)⑦磨擦学学报(中)⑧润滑与密封(中)流体性质－粘度粘性粘性是分子动量输运的宏观表现热传导是分子能量输运的宏观表现扩散是分子质量输运的宏观表现第1章绪论流体阻碍随时间较快地变形并引起功能转化为热能的一种性质。它的重要表现之一是出现切应力。另外就是粘附于同它接触并有相对运动的固体表面。气体：碰撞，进行能量交换液体：层间分子动量交换流体性质－粘度粘度描述：dudzxyxyGvxuyG材料力学：第1章绪论1.动力粘度η,亦称粘滞系数,内摩擦系数,绝对粘度,通常称粘度。2.运动粘度υ:反映了粘滞性的运动学效应,在石油工业中,常用运动粘度表征石油的品质。3.粘度描述XZu=UAOB流体性质－粘度粘度描述：4.粘度的影响因子气体粘度粘度分子间距液体粘度粘度分子运动的平均速度温度第1章绪论)(00TTeReynoldsmTsSlotteTe/0Andrade-Erying)/(0TbeVogelA温度流体性质－粘度粘度描述：4.粘度的影响因子第1章绪论0epBarus(1893)0161()cpComeron(1962)0012eppepppcpppcc()pc300500~18122010(.~.)280110.MPam2/Nm2/N复合关系式B压力压力分子间距分子间力粘度流体性质－粘度粘度描述：4.粘度的影响因子n第1章绪论膨胀性牛顿性伪塑性塑性润滑脂应变率γ对于牛顿流体,n=1,φ为动力粘度,n≠1为非牛顿流体。一般液体在高剪应变率(106~108s-1)时,粘度将降低而呈非牛顿性。牛顿流体的粘度只随压力和温度变化，而与剪应变率无关。D:粘度与分子结构的关系①分子大剪切阻力大粘度高②分子链的结构特征与粘度有关C剪应变率小结第1章绪论摩擦润滑磨损三大支柱