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边界润滑的基本理论 学院：机电工程学院 学号：15S008154 姓名：杨永喜 现代润滑技术及其应用 目录 现代润滑技术及其应用 1、边界润滑概述 现代润滑技术及其应用 当摩擦表面完全被粘性液体分隔开时称为流体润滑，其摩擦系数与润滑剂的粘度有关。如果保持流体润滑状态，那末，摩擦表面间不会互相接触，也就不会产生磨损。但事实上失效总是会发生的。也就是说一般情况下很难长时间实现流体润滑状态。那么在难以保持流体润滑的时候如何来避免失效，这就是我们要研究的边界润滑状态。 边界润滑的特点是与润滑剂的物理性质没有直接联系，而与固体界面的化学性质有关。边界润滑状态下的摩擦系数，只取决于摩擦表面的性质和边界膜的结构形式，而与润滑剂的粘度无关。 1、边界润滑概述 现代润滑技术及其应用 边界膜包括： 物理吸附膜 ：与表面的附着强度取决于吸附热。 与表面间的结合力为范德华力。 化学吸附膜：介质与表面间有电子交换，与表面 间为化学键结合。 化学反应膜：介质与表面发生原子交换。 2、边界润滑的特征 现代润滑技术及其应用 将速度减小，载荷加大，按右面曲线的函数，应该画出如虚线所示指向坐标原点的直线。但实际情况并非如此，而是摩擦系数增大，且与横坐标的变量无关。基本上是定值。这种现象的发生，首先是因为发生了固体表面间的接触，然后摩擦面的一部分进入边界润滑状态。于是曲线的左侧基本成为完全的边界润滑。 3、边界润滑理论 现代润滑技术及其应用 3.1、哈代的边界润滑理论 3、边界润滑理论 现代润滑技术及其应用 3.1、哈代的边界润滑理论 首先认为，固体面上的摩擦取决于作用在界面上固体表面间的分子引力，即粘着。其次，他认为存在着肉眼看不到的薄膜，这种固体表面间的薄润滑膜，受固体引力的影响沿一个方向整齐排列。如图3所示。在受到切向应力时出现整齐定向排列的膜与膜之间的滑移。 3、边界润滑理论 现代润滑技术及其应用 3.2、波登的边界润滑理论 在载荷作用下有润滑的金属表面相互接触，就会有足够的面积发生塑性变形以承受载荷。由于这些变形，使润滑膜被夹在金属中间，以致承受很大的压力，在压力最大的地方，润滑膜局部破裂而出现金属粘着。 3、边界润滑理论 现代润滑技术及其应用 3.2、波登的边界润滑理论 这样，产生滑移时，需要分开的真实接触总面积Ar中包括两部分（见图4）：①αAr，为固体直接接触部分；②（1-α）Ar为其间有边界润滑膜存在的面积。 3、边界润滑理论 现代润滑技术及其应用 3.2、波登的边界润滑理论 则摩擦力： F=αArτ+（1-α）Arτf τ:金属的剪切强度 τf：润滑膜的剪切强度 波登的边界润滑理论强调了固体接触和润滑剂膜两个部分 3、边界润滑理论 现代润滑技术及其应用 3.3、金斯伯里的边界润滑理论 金斯伯里定义α为膜的破裂率： 式中：Ns 为总的吸附点数 N 为实际吸附点数 3、边界润滑理论 现代润滑技术及其应用 3.3、金斯伯里的边界润滑理论 他认为：如果Q慢慢地移动，被吸附分子有充分的时间逃脱,即N=0,则α≈1.即基本上没有吸附膜，Q与S直接接触。而如果Q以很快的速度运动，则被吸附的分子来不及逃脱而被压在Q下面,被拉入到滑动面 ，则N＝Ns，这时的α≈0。即吸附膜的作用明显。 3、边界润滑理论 现代润滑技术及其应用 3.3、金斯伯里的边界润滑理论 那么Q要以多大的速度才能使α≈1和α≈0呢? 3、边界润滑理论 现代润滑技术及其应用 3.3、金斯伯里的边界润滑理论 弗兰克尔（Frenkel）假设： tr=t0e(E/RT) 式中：tr 吸附分子停留的时间； t0 吸附分子的热运动周期， 大体为10-13～10-14秒的数量级； E 吸附能； R 气体常数； T 绝对温度。 3、边界润滑理论 现代润滑技术及其应用 3.3、金斯伯里的边界润滑理论 如果Q的滑动速度以走过两分子间距离Z所需的时间tz来表示， 则当 tztr时（即Q的速度很慢，吸附分子全逃脱了），则α≈1。 而当 tztr时（即Q的速度很快，吸附分子全留下了），则α≈0。 此式能满足上述条件。 3、边界润滑理论 现代润滑技术及其应用 3.3、金斯伯里的边界润滑理论 式中体现了吸附分子的动态特性，比波登的理论更接近实际一些。但是只用气体吸附公式计算吸附量是不够的，因为液体分子的吸附情况与气