第二章----摩擦及摩擦理論

1、第二章 摩擦及摩擦理論概 述 兩個(gè)物體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其接觸界面上存在的切向阻抗現(xiàn)象，稱為（外）摩擦。同一物體（如流體或變形中的固體）各部分間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其分子間的阻抗現(xiàn)象稱為內(nèi)摩擦。這里只討論外摩擦。兩個(gè)相互接觸的物體在外力作用下發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)（或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，在接觸面間產(chǎn)生切向運(yùn)動(dòng)阻力，這阻力叫摩擦力，這種現(xiàn)象稱作摩擦。如圖2.1所示，在外力P的作用下，物體沿接觸表面滑動(dòng)（或具有滑動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，存在于界面上的切向阻力F就稱作摩擦力。運(yùn)動(dòng)方向FNP圖2.1 物體摩擦?xí)r的受力情況摩擦副因結(jié)構(gòu)不同和運(yùn)動(dòng)方式各異，摩擦可按以下分類(lèi)：按摩擦副運(yùn)動(dòng)形式分類(lèi)a.滑動(dòng)摩擦：當(dāng)接觸面相對(duì)滑動(dòng)（或具有相對(duì)

2、滑動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)；b.滾動(dòng)摩擦：物體在力矩的作用下沿接觸表面滾動(dòng)時(shí)。按摩擦副運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類(lèi)a.靜摩擦：物體受力后對(duì)另一物體具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，處于靜止臨界狀態(tài)時(shí)；b.動(dòng)摩擦：物體受力后，越過(guò)靜止臨界狀態(tài)而沿另一物體表面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)。按表面的潤(rùn)滑情況分類(lèi)a.干摩擦：物體的接觸表面上無(wú)任何潤(rùn)滑劑存在時(shí)；b.邊界摩擦：兩物體表面被一種具有潤(rùn)滑性能的邊界膜分開(kāi)時(shí)；c.流體摩擦：兩物體表面被潤(rùn)滑劑膜完全隔開(kāi)時(shí)；（摩擦發(fā)生在界面間的潤(rùn)滑劑膜內(nèi)，即流體的內(nèi)摩擦）；d.混合摩擦（半干摩擦和半流體摩擦）：半干摩擦是指在摩擦表面上同時(shí)存在著干摩擦和邊界摩擦?xí)r；半流體摩擦是指在摩擦表面上同時(shí)存在著流體摩擦和邊界摩擦?xí)r。實(shí)

3、際工程表面在摩擦過(guò)程中，可能出現(xiàn)一部分被流體膜分隔開(kāi)，一部分覆有邊界膜甚至同時(shí)伴有材料直接接觸的混合摩擦。推薦精選為了要搞清摩擦的起因及影響摩擦的因素，以達(dá)到有效地控制摩擦，通常從干摩擦著手分析。嚴(yán)格地講，干摩擦是指兩個(gè)純凈表面（除了材料本身以外，表面上不存在任何潤(rùn)滑劑膜、吸附膜、反應(yīng)膜和污染膜等）的摩擦。但在大氣環(huán)境中很難得到純凈表面，所以人們通常把“大氣環(huán)境條件下的無(wú)潤(rùn)滑摩擦”也稱為干摩擦。 對(duì)于干摩擦的研究已經(jīng)有過(guò)很多理論： 經(jīng)典的摩擦定律阿芒頓庫(kù)侖定律最早由達(dá)芬奇、阿芒頓、庫(kù)侖等對(duì)無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下固體間相對(duì)滑動(dòng)的問(wèn)題作過(guò)研究，并歸納出以下三條摩擦定律：滑動(dòng)摩擦力的大小與表觀接觸面積無(wú)關(guān)；滑

4、動(dòng)摩擦力的大小與滑動(dòng)速度無(wú)關(guān)；滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面之間的法向載荷成正比：令 F=N （見(jiàn)圖2.1）式中： 摩擦系數(shù)；N 法向載荷（作用力P的法向分力）但實(shí)際上庫(kù)侖定律只是近似地反映了摩擦現(xiàn)象的規(guī)律。當(dāng)滑動(dòng)速度較大時(shí)，會(huì)引起材料的某些性能發(fā)生變化，使摩擦系數(shù)與速度有關(guān)。一些極硬的或軟（彈性）材料，摩擦力與法向載荷間的關(guān)系不成正比。近代的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，摩擦力與真實(shí)接觸面積有關(guān)，雖然真實(shí)接觸面積與載荷有關(guān)，但影響其是否為正比關(guān)系，還與表面的幾何性質(zhì)（粗糙度、微凸體的形狀和大?。?、摩擦副材料的機(jī)械物理性質(zhì)（如硬度H、彈性模量E等），和表面的環(huán)境條件等有關(guān)。摩擦系數(shù)只有在一定的環(huán)境和一定的工況下才有

5、可能是常數(shù)。對(duì)于同一對(duì)摩擦副在不同的工況和環(huán)境條件下摩擦系數(shù)是變化的。例如，鋼鐵的摩擦系數(shù)在大氣中為0.6；而在真空中則遠(yuǎn)大于0.6。又如石墨在大氣中摩擦系數(shù)為0.1，而真空中能達(dá)到0.5。這些方面都顯示出庫(kù)侖定律的局限性。它尚不足以完整、合理地解釋摩擦機(jī)理。因此，至今也難以確定某種摩擦副固定的摩擦系數(shù)。而是需要通過(guò)試驗(yàn)，而且必須注明試驗(yàn)條件，離開(kāi)這些條件得到的數(shù)據(jù)是沒(méi)有意義的。機(jī)械嵌合理論（機(jī)械互鎖理論）推薦精選FN圖2.2 機(jī)械嵌合理論模型 機(jī)械嵌合理論認(rèn)為，靜摩擦力是凸峰相互嵌合而阻止相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的力（如圖2.2）。靜摩擦系數(shù)stgs；動(dòng)摩擦系數(shù)k= tgks2。只有在表面凸峰被削平、變

6、形及壓潰后，兩表面才易于作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。也即，表面越光滑平整，摩擦阻力越小。把表面間涂油進(jìn)行潤(rùn)滑解釋為用油料填平凹谷而減小摩擦阻力。這種學(xué)說(shuō)也稱為“表面凹凸論”。它不能解釋當(dāng)表面特別光滑時(shí)，由于分子吸引力作用而使摩擦力明顯增大的現(xiàn)象。分子吸附理論 德薩古里亞斯（Desaguliers）發(fā)現(xiàn)摩擦表面間存在分子吸附力，指出表面越光滑，摩擦力越大。這種觀點(diǎn)與機(jī)械嵌合論是矛盾的。實(shí)際上當(dāng)表面十分光潔，兩表面接觸時(shí)雙方表面分子間的吸附力起主要作用時(shí)，摩擦力確實(shí)增大。而一般情況下也不是這樣的。也有人提出過(guò)，由于界面分子在摩擦過(guò)程中相對(duì)極性發(fā)生變化，認(rèn)為是表面間的靜電吸引力使摩擦表面粘連在一起，從而引起了摩擦力

7、。粘著-犁溝摩擦理論直到20世紀(jì)4050年代，波登（Bowden）等人在研究金屬干摩擦?xí)r提出了粘著-犁溝摩擦理論，也稱“剪切-變形”摩擦理論，或“分子機(jī)械”理論（前蘇聯(lián)的提法）。他認(rèn)為表面承載后，在某些微凸體的頂端（真實(shí)接觸點(diǎn)）產(chǎn)生了很大的接觸應(yīng)力，導(dǎo)致兩表面（接觸點(diǎn)）焊接（粘著）在一起。當(dāng)兩個(gè)表面作相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，必然要將這些焊接點(diǎn)剪斷；同時(shí)，因表面上的凸起部分穿入軟表面，從而使軟表面犁成溝槽。剪斷接點(diǎn)的力和在表面上犁溝的力之和，就是摩擦阻力。這個(gè)理論對(duì)金屬摩擦副的解釋是比較滿意的。本章將主要講述粘著-犁溝摩擦理論，以及滾動(dòng)摩擦和邊界摩擦。2.1粘著-犁溝摩擦理論2.1.1摩擦的起因及摩擦過(guò)程中

8、的能耗 承載表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)阻力（摩擦力）是由表面相互作用引起的。表面的相互作用有：推薦精選N圖2.3 摩擦粘著理論模式 表面粘著作用 是指在潔凈金屬表面，即微凸體頂端相接觸的界面上不存在表面膜的情況下，金屬與金屬在高壓下直接發(fā)生接觸，導(dǎo)致兩表面分子相互吸附而形成連接點(diǎn)（冷焊）。如圖2.3中的A，C，D點(diǎn)。 表面材料的位移在上圖中B點(diǎn)處雖沒(méi)有粘著作用，但是當(dāng)表面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，B點(diǎn)處阻礙運(yùn)動(dòng)的那部分表面材料仍需要被移動(dòng)或?qū)④洷砻胬绯蓽喜鄄拍芾^續(xù)作相對(duì)滑動(dòng)。兩接觸表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要施加作用力（即對(duì)其作功），以克服運(yùn)動(dòng)阻力。這些功主要消耗在：當(dāng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須要使阻礙運(yùn)動(dòng)的微凸體發(fā)生彈性變形或塑

9、性變形。對(duì)于大多數(shù)金屬材料而言，塑性變形消耗的功是不可逆的。當(dāng)微凸體間相互粘著時(shí)，必須消耗部分功，剪斷此處的焊點(diǎn)連接。當(dāng)微凸體相互嵌合時(shí)，必須消耗部分功，剪斷一些微凸體的高峰或使較軟一方材料發(fā)生變形。摩擦過(guò)程中消耗的能量就是摩擦力作的功。要使兩個(gè)接觸表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，必須施加一個(gè)切向力來(lái)克服摩擦阻力。這個(gè)摩擦力由兩部分組成：剪斷固相焊接點(diǎn)的力粘著分量（剪切分量）；克服硬質(zhì)微凸體在軟表面上的犁溝阻力犁溝分量。假定這兩項(xiàng)阻力彼此沒(méi)有影響，則總摩擦力為此兩個(gè)分量的代數(shù)和。摩擦系數(shù)也可看作是兩部分之和：F=Fb+Fv =b+v式中：F， 分別為總摩擦力和總摩擦系數(shù)； Fb，b 分別為摩擦力和摩擦系數(shù)的粘

10、著分量； Fv，v 分別為摩擦力和摩擦系數(shù)的犁溝分量。2.1.2摩擦的粘著分量簡(jiǎn)單的粘著摩擦理論 在載荷作用下，接觸點(diǎn)上的接觸應(yīng)力很大，當(dāng)達(dá)到金屬的壓縮屈服極限（流動(dòng)極限）推薦精選b時(shí),接點(diǎn)處發(fā)生塑性變形，形成小平面接觸，直到接觸面積增大到足以支承法向載荷為止。 真實(shí)接觸面積與載荷的關(guān)系為：Ni=bAri （見(jiàn)圖2.4）式中：N 載荷的法向部分；Ar 真實(shí)接觸面積的總和；b塑性變形點(diǎn)Ari總壓力N (a) (b)圖24 表面接觸點(diǎn)的受力情況a-微凸體的接觸；b-接觸點(diǎn)（放大）的受力b 金屬的壓縮屈服極限。在這些真實(shí)接觸處，出現(xiàn)牢固的粘著接點(diǎn)。摩擦的過(guò)程，就是在切向提供一個(gè)力，剪斷這些粘著接點(diǎn)，

11、表面就可以發(fā)生滑動(dòng)。摩擦力主要就是剪斷這些金屬粘結(jié)點(diǎn)的剪切力。式中：Fb 摩擦力的粘著分量；b 摩擦系數(shù)的粘著部分；b 較軟金屬粘結(jié)點(diǎn)部分的剪切強(qiáng)度極限塑性變形首先發(fā)生在摩擦對(duì)偶中較軟的一方，剪斷的也是較軟一方的金屬。所以式中b和b都應(yīng)取較軟一方金屬的壓縮屈服極限和剪切強(qiáng)度極限。波登的粘著摩擦理論（簡(jiǎn)單的）給出的表達(dá)式也符合庫(kù)侖定律：“摩擦力與表觀接觸面積無(wú)關(guān)；摩擦力與法向載荷成正比”。但是，根據(jù)此表達(dá)式得到的大多數(shù)金屬的摩擦系數(shù)都是一樣的。因?yàn)榇蠖鄶?shù)金屬的b與b之比差不多為0.2。而實(shí)踐表明，在大氣條件下，無(wú)潤(rùn)滑金屬的摩擦系數(shù)約0.5，高真空條件下摩擦系數(shù)更大。所以這個(gè)理論尚不完善。推薦精選

12、修正的粘著摩擦理論 簡(jiǎn)單的粘著摩擦理論認(rèn)為，摩擦力只取決于材料的機(jī)械性質(zhì)和正壓力的作用，而未考慮表面化學(xué)和表面物理性質(zhì)以及切向力對(duì)摩擦的影響。 實(shí)際上真實(shí)接觸面積的大小，不僅與法向載荷有關(guān)，也受載荷切向分量的同時(shí)作用。切向力F的作用很容易使接觸面積擴(kuò)大。故真實(shí)接觸面積的形成，應(yīng)該是切應(yīng)力和壓應(yīng)力的合力達(dá)到材料屈服極限時(shí)，接觸點(diǎn)處發(fā)生塑性變形。假設(shè) 2+2k2 和k均為待定值。 式中： 接觸點(diǎn)上的壓應(yīng)力； 接觸點(diǎn)上的剪切應(yīng)力；k 為兩種應(yīng)力的合力合成應(yīng)力。即當(dāng)合成應(yīng)力達(dá)到材料壓縮屈服極限時(shí)，此時(shí)真實(shí)接觸面積上發(fā)生塑性變形，面積不再繼續(xù)擴(kuò)大。經(jīng)整理將 代入，得由此式可以看出，由于剪切力的聯(lián)合作用，

13、真實(shí)接觸面積有所增大。所以，由此式求得的摩擦力比簡(jiǎn)單的粘著摩擦理論計(jì)算的要大。簡(jiǎn)單粘著摩擦理論沒(méi)有考慮表面膜（包括污染）對(duì)摩擦的影響。表面膜的存在對(duì)于粘著理論是有很大影響的。當(dāng)粘結(jié)點(diǎn)上金屬之間有表面膜存在時(shí)，剪切首先將剪切強(qiáng)度最低的表面膜剪斷，而不是在金屬基體上。一般來(lái)說(shuō)，表面膜的剪切強(qiáng)度極限f比金屬剪切強(qiáng)度極限b小。即 式中0c1。當(dāng)剪應(yīng)力 時(shí)，接點(diǎn)尚不能被剪斷，接觸面積仍繼續(xù)擴(kuò)大。推薦精選而當(dāng) 時(shí)，在有表面膜處的接點(diǎn)剪斷，接觸面積不再增大，開(kāi)始滑動(dòng)。若Fb很大，由Fb引起的應(yīng)力則 可忽略不計(jì)。在式 中，如開(kāi)始滑動(dòng)，即則 即圖2.5 不同值的c曲線當(dāng)合成應(yīng)力達(dá)到金屬的壓縮屈服極限時(shí)，由表面膜

14、的接觸點(diǎn)處發(fā)生塑性變形將 和 代入上式， 經(jīng)簡(jiǎn)化整理后得：根據(jù)摩擦定律由不同的值，可得c的關(guān)系曲線（見(jiàn)圖2.5）。由圖可見(jiàn)：當(dāng)c趨近于1，即表面膜基本上不存在，也即fb，此時(shí)摩擦系數(shù)b趨向于。當(dāng)表面膜存在時(shí)，f0.11邊界摩擦100102nm0.010.1流體摩擦0.1m0.0010.01彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑0.011.0m0.0010.01混合摩擦0.010.52.3.1邊界膜的分類(lèi)及其適應(yīng)范圍 表2.3中簡(jiǎn)單列出了各種類(lèi)型邊界膜的特點(diǎn)及適應(yīng)范圍。表2.3 邊界膜的分類(lèi)及其適應(yīng)范圍分類(lèi)特點(diǎn)形成條件適應(yīng)范圍舉例吸附膜物理吸附膜由于分子引力的作用使極性分子定向排列，吸附在金屬表面上。吸附與脫附完全可

15、逆在200010000cal/mol的吸附熱時(shí)形成。在高溫時(shí)脫附常溫、低速、輕載脂肪酸極性分子吸附在金屬表面，形成脂肪酸膜化學(xué)吸附膜由極性分子的有價(jià)電子與基體表面的電子發(fā)生交換而產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)合力，使極性分子定向排列，吸附在金屬表面上。吸附與脫附不完全可逆在10000100000cal/mol的吸附熱時(shí)形成。在高溫下脫附，隨之發(fā)生化學(xué)變化中等溫度、速度、載荷硬脂酸極性分子和氧化鐵在有水的情況下反應(yīng)生成硬脂酸鐵膜反應(yīng)膜化學(xué)反應(yīng)膜硫、磷、氯等元素與金屬表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成反應(yīng)膜。這種膜的熔點(diǎn)高，剪切強(qiáng)度低。反應(yīng)膜是不可逆的在高溫條件下反應(yīng)生成重載、高溫、高速十二烷基硫醇的硫原子與鐵反應(yīng)生成硫化鐵氧

16、化膜金屬表面由于結(jié)晶點(diǎn)陣原子狀態(tài)處于不平衡，化學(xué)活性比較大，極易與氧反應(yīng)，形成氧化膜在大氣中室溫下，無(wú)油純凈金屬表面氧化生成只能在短時(shí)間內(nèi)起潤(rùn)滑作用室溫下鋼鐵表面形成的氧化鐵膜。如Fe3O4,Fe2O3等固體潤(rùn)滑膜由軟金屬、無(wú)機(jī)固體潤(rùn)滑劑、自潤(rùn)滑塑料等低剪切強(qiáng)度的材料涂覆或轉(zhuǎn)移在摩擦表面上形成薄膜，將金屬接觸表面隔開(kāi)涂覆或由固體潤(rùn)滑材料在摩擦過(guò)程中轉(zhuǎn)移到金屬表面上重載、低速、高溫等特殊環(huán)境MoS2、PTFE、Au等薄膜推薦精選圖2.21 單分子吸附膜的定向結(jié)構(gòu)圖2.22 單分子吸附膜的潤(rùn)滑作用模型2.3.2邊界摩擦機(jī)理 當(dāng)界面存在吸附膜時(shí)，吸附在金屬表面上的極性分子形成定向排列的分子?xùn)?。圖2.

17、21為單分子層吸附膜的定向結(jié)構(gòu)。也可以形成多分子層吸附膜。當(dāng)單分子層吸附膜達(dá)到飽和，極性分子緊密排列，分子間的內(nèi)聚力使吸附膜具有一定的承載能力，有效地防止兩摩擦表面直接接觸。摩擦副滑動(dòng)時(shí)，表面的吸附膜如兩個(gè)毛刷子相互滑動(dòng)一樣（圖2.22），降低了摩擦系數(shù)，起到了潤(rùn)滑作用。 當(dāng)邊界膜是反應(yīng)膜時(shí)，由于摩擦主要發(fā)生在這個(gè)熔點(diǎn)高、剪切強(qiáng)度低的反應(yīng)膜內(nèi)，有效地防止了金屬表面直接接觸，也能使摩擦系數(shù)降低。載荷圖2.23 邊界潤(rùn)滑機(jī)理模型 由于表面凹凸不平，在載荷的作用下，接觸點(diǎn)上的壓力很大。當(dāng)兩表面相互滑動(dòng)時(shí)，接觸點(diǎn)上的溫度很高，導(dǎo)致這部分邊界膜破裂，產(chǎn)生金屬直接接觸（圖2.23）。這時(shí)，摩擦力為剪斷表面

18、粘著部分的剪切抗力與邊界膜分子間的剪切阻力之和，用公式表示：式中：Ar 承擔(dān)全部載荷的面積；b 金屬粘著部分的剪切強(qiáng)度；f 邊界膜的剪切強(qiáng)度； 在承擔(dān)載荷面積內(nèi)發(fā)生金屬直接接觸部分的百分?jǐn)?shù)。推薦精選 在邊界潤(rùn)滑中，當(dāng)邊界膜的潤(rùn)滑作用良好時(shí)，值比較小。摩擦力和摩擦系數(shù)可以近似地表示為： 式中：b 較軟金屬的壓縮屈服極限；f 邊界膜的剪切強(qiáng)度。 由此可知：當(dāng)邊界膜的潤(rùn)滑作用良好時(shí)，摩擦系數(shù)取決于邊界膜內(nèi)部的剪切強(qiáng)度。由于它比金屬的剪切強(qiáng)度低得多，所以此時(shí)的摩擦系數(shù)比干摩擦?xí)r的低得多。當(dāng)邊界膜的潤(rùn)滑效果比較差時(shí)，值比較大，即摩擦面上金屬的粘結(jié)點(diǎn)比較多，因而摩擦系數(shù)升高。通常，此時(shí)的摩擦系數(shù)比邊界膜潤(rùn)

19、滑作用良好時(shí)的大34倍左右。2.3.3邊界膜的潤(rùn)滑性及影響邊界摩擦的因素 吸附膜的摩擦系數(shù)取決于被吸附的極性分子的鏈長(zhǎng)，即碳原子數(shù)。隨著碳原子增多，下降。吸附量也影響其摩擦系數(shù)。當(dāng)吸附達(dá)到最大飽和量時(shí)，保持穩(wěn)定的低值。如果脂肪酸在金屬表面形成皂，因其低剪切而使降低。反應(yīng)膜的摩擦系數(shù)比吸附膜穩(wěn)定。因此一般用于重載、高速及高溫條件下。邊界膜的性能決定了邊界摩擦，因此影響邊界膜性能的因素就是影響邊界摩擦的因素。溫度的影響因?yàn)樯邷囟瓤梢允刮侥そ馕?，引起吸附膜解吸的溫度，稱為吸附膜的臨界溫度。臨界溫度以上吸附膜就失去作用。圖2.24 溫度對(duì)邊界膜摩擦系數(shù)的影響圖2.25 滑動(dòng)速度對(duì)邊界膜摩擦系數(shù)的影

20、響對(duì)于反應(yīng)膜而言，必須達(dá)到一定溫度才能反應(yīng)成膜，起到潤(rùn)滑作用。溫度對(duì)邊界膜摩擦系數(shù)的影響如圖2.24所示。圖中曲線為脂肪酸在臨界溫度以下，摩擦系數(shù)不隨溫度而變。超過(guò)臨界溫度，摩擦系數(shù)急劇上升；曲線為含有極壓添加劑的潤(rùn)滑油，化學(xué)反應(yīng)前摩擦系數(shù)較高，達(dá)到反應(yīng)溫度后，摩擦系數(shù)保持穩(wěn)定的低值；曲線為極壓添加劑和脂肪酸的混合物，在低溫和高溫區(qū)摩擦系數(shù)都能保持低值，即在低溫和高溫下都有較好的潤(rùn)滑性；曲線推薦精選為石蠟油，摩擦系數(shù)隨溫度升高而增加。速度的影響在穩(wěn)定而平滑的摩擦情況下（速度約為10-32cm/s）摩擦系數(shù)不受速度的影響。在速度非常低的情況下，即在靜摩擦向動(dòng)摩擦過(guò)渡的速度范圍內(nèi)，吸附膜的摩擦系數(shù)

21、隨速度的提高而下降，然后達(dá)到一個(gè)定值?；瘜W(xué)反應(yīng)膜的摩擦系數(shù)隨速度的提高而增大，然后達(dá)到穩(wěn)定。見(jiàn)圖2.25。載荷的影響在一般載荷下，吸附膜的摩擦系數(shù)不受載荷的影響，在滑動(dòng)摩擦?xí)r，若載荷尚未達(dá)到使吸附膜脫附的程度，則吸附膜的摩擦系數(shù)比反應(yīng)膜的低。但當(dāng)載荷增大時(shí)，吸附膜破壞了，而具有極壓性能的反應(yīng)膜卻能在載荷極高時(shí)起到降低摩擦的作用。2.3.4邊界膜的強(qiáng)度圖2.26 亮油料的Pn（相當(dāng)于PV值）值曲線在一定的工作條件下，邊界膜抵抗破裂的能力稱為邊界膜的強(qiáng)度?？梢杂门R界PV、臨界溫度和臨界摩擦次數(shù)來(lái)表示。臨界PV值在正常的邊界潤(rùn)滑中，當(dāng)速度一定時(shí)，逐步增加載荷（或載荷一定時(shí)，逐步加大速度），當(dāng)速度或載

22、荷達(dá)到某一數(shù)值，此時(shí)摩擦副的溫度突然升高，摩擦系數(shù)和磨損量急劇增大，這個(gè)PV值稱為臨界PV值。圖2.26為亮油料的極限載荷與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，曲線上的點(diǎn)為臨界PV值。（曲線是在四球機(jī)上測(cè)得，加載速度為25kgfmin）。臨界溫度值當(dāng)摩擦表面溫度升高到使邊界膜失向、軟化或熔化，吸附膜發(fā)生脫附時(shí)，摩擦系數(shù)迅速增大，但還具有某些潤(rùn)滑作用，此時(shí)的溫度稱為第一臨界溫度。當(dāng)溫度升高到使?jié)櫥停ㄖ┌l(fā)生聚合或分解，邊界膜完全破裂時(shí)，摩擦副發(fā)生粘著，磨損劇增。此時(shí)的溫度稱為第二臨界溫度。圖2.27 鋼圓柱對(duì)不銹鋼板摩擦?xí)r，脂肪酸單分子層的相對(duì)耐久性臨界摩擦次數(shù)推薦精選邊界膜達(dá)到潤(rùn)滑失效時(shí)所重復(fù)的摩擦次數(shù)稱為臨界摩擦

23、次數(shù)。也就是邊界膜的耐久性。臨界摩擦次數(shù)的多少，不僅取決于邊界膜的性質(zhì)，同時(shí)也與載荷、速度、溫度等因素有關(guān)。一般情況下，吸附膜的極性分子鏈越長(zhǎng)（即碳原子數(shù)越多），臨界摩擦次數(shù)越多。圖2.27為脂肪酸單分子層的相對(duì)耐久性（相當(dāng)于臨界摩擦次數(shù)）。提高邊界膜強(qiáng)度的方法：a.合理選擇摩擦副材料和潤(rùn)滑劑，提高表面光潔度。b.在潤(rùn)滑劑中加入一定量的油性添加劑或極壓添加劑。油性添加劑和極壓添加劑的條件是：分子中應(yīng)具有極性基團(tuán)；形成的邊界膜具有化學(xué)穩(wěn)定性；生成的化學(xué)反應(yīng)膜應(yīng)當(dāng)是高熔點(diǎn)、低剪切強(qiáng)度。但化學(xué)反應(yīng)不能過(guò)強(qiáng)。2.4摩擦的表面溫度摩擦過(guò)程中由于表層材料的變形或破斷而消耗的能量，大部分都轉(zhuǎn)變成熱能，從而引

24、起摩擦表面溫度升高。金屬摩擦副接觸時(shí)的表面溫度很高，很容易達(dá)到摩擦副中熔點(diǎn)較低材料的熔點(diǎn)或引起表層材料的再結(jié)晶。表面溫升與界面上是否有潤(rùn)滑劑、何種潤(rùn)滑劑、采用什么潤(rùn)滑方式、表面的散熱條件以及載荷、速度等工況有關(guān)。一般地說(shuō)，溫升與載荷、速度成正比（見(jiàn)圖2.28）。圖2.28 滑動(dòng)速度與法向載荷對(duì)表面溫升的影響接觸滑動(dòng)的固體表層中，溫度分布相當(dāng)復(fù)雜，沿表面的法線方向有很大的溫度梯度。因?yàn)檫@種高溫是由于表面微凸體相互作用的結(jié)果。固態(tài)微凸體相互作用的時(shí)間很短（只有幾毫秒或更短）故稱為瞬現(xiàn)溫度。在10推薦精選-3秒的時(shí)間內(nèi)表面溫度能達(dá)到1000以上。而金屬是良導(dǎo)體，摩擦熱又會(huì)被很快導(dǎo)出，所以表面層溫度梯度很大。精確測(cè)量表面溫度具有一定難度。連續(xù)滑動(dòng)使溫度不斷升高，直到產(chǎn)生的熱量與散出的熱量達(dá)到平衡，此時(shí)再繼續(xù)滑動(dòng)，表面溫度也不再升高。摩擦副設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該從保持溫升在一定的允許范圍內(nèi)為出發(fā)點(diǎn)，來(lái)考慮散熱的要求。布洛克（Blok）、阿查德（Archard）等人曾系統(tǒng)地研究過(guò)摩擦表面的溫度。導(dǎo)出了線接觸條件下的表面溫度及點(diǎn)接觸條件下的表面溫度及瞬現(xiàn)溫度等計(jì)算公式（參考摩擦與磨損p.7581）。他們根據(jù)摩擦副材料的機(jī)械性能（彈性模量、屈服極限）、熱性能（導(dǎo)熱系數(shù)）、工況條件（法向載荷、速度）和幾何尺寸，計(jì)算出摩擦副表面的溫升和最高溫度。 表面溫度的計(jì)算方法是在某