第章摩擦表面分析.ppt

在球状接触中，材料弹性变形范围内的最大应力pmax与W之间的关系为 。轴向压力pz的分布如下图。 最大剪切应力为τmax=0.47pmax，其深度z=0.6a，图为光弹实验中τ的等高线。 2. 接触体内的应力 实际表面上粗糙峰顶的形状通常是椭圆体。由于椭圆体的接触区尺寸远小于自身的曲率半径，因而粗糙峰可以近似地视为球体。 两个平面的接触可视为一系列高低不齐的球体相接触。 1.3.3 粗糙表面的接触分析 当两个粗糙峰相接触时，在载荷W作用下产生法向变形。 弹性球体的形状由图示的虚线变为实线。 实际接触区是以a为半径的圆，而不是以e为半径的圆。 1. 单峰接触 实际接触面积A为 几何接触面积A0为 在弹性接触时的实际接触面积为几何接触面积的一半。 两个弹性体的接触可以转换为具有当量曲率半径R 和当量弹性模量E 的弹性球体与刚性光滑平面的接触。 对于弹性接触状态，实际接触面积A与载荷W的2／3次方成正比。这一结论只适用于球形粗糙峰均匀分布的情况。 2. 理想粗糙表面的接触 对于塑性接触状态，实际接触面积与载荷成正比。 粗糙峰高度按概率密度函数分布。 两表面粗糙度的均方根值分别为 。 中心线间的距离h 。 转换为一个光滑的刚性表面和另一个粗糙弹性表面接触。 3. 实际粗糙表面的接触 当粗糙峰为塑性接触时，不论高度分布曲线如何，实际接触面积都与载荷成线性关系。 根据不同的摩擦机理和特征，一般的摩擦状态可以分为6 种基本状态，即： ①流体动力润滑状态； ②流体静力润滑状态； ③弹性流体动力润滑(简称弹流润滑)状态； ④薄膜润滑状态； ⑤边界润滑状态； ⑥干摩擦状态。 1.4 摩擦状态 * 摩擦学基础 宋宝玉 主讲 2013-03-10 材料学 物理化学 机械学 力学 纳米科学 生物医学 摩擦学是 交叉学科 本课程的学习方法 课堂讲授 课后自学 网上阅读相关文献 是以实验科学为基础建立起来的理论 很不完善 第一章 摩擦表面分析 固体表面的摩擦学性能直接受到表面形态的影响，除几何形貌之外，表面物理与化学状态也是控制摩擦学行为和过程的重要因素。 1.1 摩擦表面与内部结构 1.1.1 金属表面结构 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。 如果摩擦温度超过金属的结构转变温度，由于表面上的高压力和环境介质的作用，将产生特殊的相变或结构转变。 例如，合金钢在摩擦过程中其表层产生一种特殊的贝氏体，它不仅具有很高的硬度还有一定的塑性。 1.1.2 金属材料的内部结构特征 1.金属结构 金属及其合金是由原子或分子所组成的物质聚集体。通常金属在固态下都是晶体，其原子有规则地排列。这种具有一定几何形状的排列结构称为空间晶格。 大部分的金属晶体属于下列三种晶格形式： 体心立方晶格的晶胞是由8个角原子构成的立方体，在立方体的中心还有一个原子，共有9个原子。 属于这种晶格的金属有铁(910℃，α-Fe)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)等。 （1）体心立方晶格 （2）面心立方结构 面心立方晶格的晶胞是由8个角原子构成的立方体，在立方体每一面的中心还各有一个原子，共有14个原子。 属于这种晶格的金属有铝(A1)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)、金(Au)、铑(Rh)、γ-Fe、γ-Co、δ-Mn等。 （3）密排立方结构 密排六方晶格的晶胞，由12个角原子所构成的简单六方体上下两个方形面的中心各有一个原子，而且在两个方形面的中间还有3个原子，共有17个原子。 属于这类晶格的金属有铍(Be)、镁(Mg)、镉(Cd)、α-Ti、α-Co等。 晶粒：每个小晶体的外形多为不规则的颗粒状。 晶界：晶粒与晶粒之间的界面。 单晶体：晶体的内部晶格位向完全一致。 多晶体：由多晶粒组成的晶体，且过渡晶界处的原子排列是不规则的。 晶粒的尺寸：在钢铁材料中一般为10-3~10-1mm，必须在显微镜下才能看到。 2. 晶体缺陷 实际晶体中存在着大量的各种各样的晶体缺陷。