哈工大研究生摩擦磨损学位课思考题及答案(考试内容)概要.doc

摩擦磨损理论思考题 简述不同学科对摩擦学研究的关注点。 机械工程中主要包括动、静摩擦，如滑动轴承、齿轮传动、螺纹联接、电气触头和磁带录音头等；零件表面受工作介质摩擦或碰撞、冲击，如犁铧和水轮机转轮等；机械制造工艺的摩擦学问题，如金属成形加工、切削加工和超精加工等；弹性体摩擦，如汽车轮胎与路面的摩擦、弹性密封的动力渗漏等；特殊工况条件下的摩擦学问题，如宇宙探索中遇到的高真空、低温和离子辐射等，深海作业的高压、腐蚀、润滑剂稀释和防漏密封等。 生物中的摩擦学问题，如研究海豚皮肤结构以改进舰只设计，研究人体关节润滑机理以诊治风湿性关节炎，研究人造心脏瓣膜的耐磨寿命以谋求最佳的人工心脏设计方案等。 地质学方面的摩擦学问题有地壳移动、火山爆发和地震，以及山、海，断层形成等。 在音乐和体育以及人们日常生活中也存在大量的摩擦学问题。 利用表格分析流体摩擦、边界摩擦、干摩擦三种摩擦状态的基本特征。 表0.1 各种摩擦状态的基本特征 摩擦状态 典型膜厚 摩擦膜形成方式 应用 流体动力润滑 1~100m 由摩擦表面的相对运动所产生的动压效应形成流体润滑膜 中、高速下的面接触摩擦副，如滑动轴承 液体静力润滑 1~100m 通过外部压力将流体送到摩擦表面之间，强制形成润滑膜 低速或无速度下的面接触摩擦副，如滑动轴承、导轨等 弹性流体 动力润滑 0.1~1m 与流体动力润滑相同 中、高速下的点、线接触摩擦副，如齿轮、滚动轴承等 薄膜润滑 10~100nm 与流体动力润滑相同 低速下的点、线接触高精度摩擦副，如精密滚动轴承等 边界润滑 1~50 nm 润滑油分子与金属表面产生物理或化学作用而形成润滑膜 低速重载条件下的高精度摩擦副 干摩擦 1~10 nm 表面氧化膜、气体吸附膜等 无润滑或自润滑的摩擦副 画图分析金属表面层的结构特点，分析各层是如何形成的？ 金属表面在加工过程中表层组织结构将发生变化，使表面层由若干层次组成。典型的金属表层结构如图1.1所示。 金属基体之上是变形层，它是材料的加工强化层，总厚度为数十微米，由轻变形层逐渐过渡到重变形层。变形层之上是贝氏层(Bielby layer)，它是由于加工中表层熔化、流动，随后骤冷而形成的非晶或者微晶质层。氧化层是由于表面与大气接触经化学作用而形成的，它的组织结构与氧化程度有关。最外层是环境中气体、液体极性分子和固体颗粒与表面形成的吸附膜或污染膜。 图1.1 金属表层结构 4.简述化学吸附的定义，并以硬脂酸为例画图分析吸附原理。 由于极性分子的有价电子与基体表面的电子发生交换而产生的化学结合力，使极性分子定向排列，吸附在金属表面所形成的吸附膜叫做化学吸附膜。图1.10所示为硬脂酸与表面氧化铁在有水的条件下所形成的金属皂膜的示意图。化学吸附膜比物理吸附膜稳定得多，并且是在同样条件下是不可逆的，需在高温下才能解附。化学吸附一般在中等载荷、中等滑动速度及中等温度条件下形成。 图1.10 化学吸附 简述四个摩擦定律及各自特点。 定律一 摩擦力与正压力成正比，可写为 Ff = fW (2.1) 式中，Ff是摩擦力；f为摩擦系数；W为正压力。 式(2.1)通常称为Coulomb定律，可认为它是摩擦系数的定义。第一定律在大多数情况下都是成立的，但是当接触表面非常光滑、正压力很高或很小时，与实验结果不完全相符。 定律二 摩擦系数与表观接触面积无关。 第二定律一般仅对具有屈服极限的材料如金属是满足的，但不适用于弹性及粘弹性材料。 定律三 静摩擦系数大于动摩擦系数。 这一定律不适用于粘弹性材料，尽管关于粘弹性材料究竟是否具有静摩擦系数还没有定论。 定律四 摩擦系数与滑动速度无关。 严格地说，第四定律不具有普适性，对金属来说基本符合这一规律，而对粘弹性体来说，摩擦系数则明显与滑动速度有关。 6.粘着摩擦理论计算中，只考虑犁沟效应时，画图并推导摩擦系数计算公式。 如图2.9所示，假设硬金属表面的粗糙峰由许多半角为的圆锥体组成，在法向载荷作用下，硬峰嵌入软金属的深度为h，滑动摩擦时，只有圆锥体的前沿面与软金属接触。接触表面在水平面上的投影面积A=；在垂直面上的投影面积S=dh/2。 图2.9 圆锥粗糙峰的犁沟模型 如果软金属的塑性屈服性能各向同性，屈服极限为，于是法向载荷W、犁沟力Fe分别为 由犁沟效应产生的摩擦系数为 7.分析影响滚动摩擦阻力的四个因素及各自的内部机制。 滚动摩擦阻力主要由以下四种因素引起： 1．微观滑动 微观滑动是滚动过程中普遍存在的现象。当两个弹性模量不同的物体接触而发生滚动时，由于接触