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摩擦学概述 摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、润滑和磨损,以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。 世界上使用的能源大约有1/3~1/2消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗,便可大量节省能源。另外,机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的,如果能控制和减少磨损,则既减少设备维修次数和费用,又能节省制造零件及其所需材料的费用。 人类对摩擦现象早有认识,并能用来为自己服务,如史前人类 的钻木取火。《诗经邶风泉水》中有“载脂载宣,还车言迈”的诗句,表明中国在春秋时期已应用动物脂肪来润滑车轴。 应用矿物油作润滑剂的记载最早见于西晋张华所著《博物志》,书中提到酒泉延寿和高奴有石油,并且用于“膏车及水碓甚佳”。但长久以来摩擦学的研究进展缓慢,直到15世纪,意大利的列奥纳多达芬奇才开始把摩擦学引入理论研究的途径。 1785年,法国库仑继前人的研究,用机械啮合概念解释干摩擦,提出摩擦理论。后来又有人提出分子吸引理论和静电力学理论。1935年,英国的鲍登等人开始用材料粘着概念研究干摩擦,1950年,鲍登提出了粘着理论。关于润滑的研究,英国的雷诺于1886年继前人观察到的流体动压现象,总结出流体动压润滑理论。20世纪50年代普遍应用电子计算机之后,线接触弹性流体动压润滑的理论开始有所突破。 对磨损的研究较晚,20世纪50年代提出粘着理论后,60年代在相继研制出各种表面分析仪器的基础上,磨损研究才得以迅速开展。至此,综合研究摩擦、润滑和磨损相互关系的条件已初步具备,并逐渐形成摩擦学这一新的发展中的学科。 摩擦学研究的对象很广泛,在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。 此外,还有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。 摩擦学涉及许多学科。如完全流体润滑状态的滑动轴承的承载油膜,基本上可以运用流体力学的理论来解算。但是齿轮传动和滚动轴承这类点、线接触的摩擦,还需要考虑接触变形和高压下润滑油粘度变化的影响;在计算摩擦阻力时则需要认真考虑油的流变性质,甚至要考虑瞬时变化过程的效应,而不能把它简化成牛顿流体。 如果油膜厚度接近于接触表面的粗糙度,还需要考虑表面纹理对润滑油的阻遏和疏导作用,以及油温所引起的热效应。油膜再薄,两摩擦表面粗糙峰点 也会发生接触或碰撞,接触峰将分担一部分载荷,接触峰点区域处于边界润滑状态。在使用油性添加剂时,表面形成吸附膜,而在使用极压添加剂时,表面形成反应膜。 为了了解磨损的发生发展机理,寻找各种磨损类型的相互转化以及复合的错综关系,需要对表面的磨损全过程进行微观研究。仅就油润滑金属摩擦来说,就需要研究润滑力学、弹性和塑性接触、润滑剂的流变性质、表面形貌、传热学和热力学、摩擦化学和金属物理等问题,涉及物理、化学、材料、机械工程和润滑工程等学科。 随着科学技术的发展,摩擦学的理论和应用必将由宏观进入微观,由静态进入动态,由定性进入定量,成为系统综合研究的领域。 摩擦三兄弟 摩擦三兄弟就是指静摩擦、滑动摩擦和滚动摩擦,它们都是摩擦家族的成员。 说起摩擦,大家一定不陌生,因为摩擦是我们生活中司空见惯的现象,我们每时每刻都在和摩擦打交道.我们走路、吃饭、洗衣服依靠摩擦;各种车辆的行使依靠摩擦,机器运转离不开摩擦;就是建造房子也离不开摩擦。 假如没有了摩擦,世界将会变成什么样?真是不可想象。可以说,摩擦是我们人类离不开的好朋友。但是在很多场合,摩擦三兄弟扮演着“不受欢迎”的角色。 在现代汽车中,20%的功率要用来克服摩擦;飞机上的活塞式发动机因摩擦损耗的功率要占10%,就是最先进的涡轮喷气发动机也要为克服摩擦损耗2%的功率。世界上有数以万计的汽车、数以万架的飞机,这样每年要有多少燃料被白白浪费掉,真是可惜。 但更为严重的是,摩擦还会造成机器零部件的磨损。据报道,英国在这方面损失每年要超过20亿美元。摩擦除了导致磨损之外,还会使航空和航天器过度发热,这更是现代科技遇到的又一难题。 当飞机着陆的时候,闸阀和闸轮会摩擦产生红热现象,这样的高温使机闸材料变软、变质,一幅价格昂贵的闸瓦和闸轮,往往只使用了几次就报废了。 当宇宙飞船返回地面的时候,由于高速船体与空气之间的摩擦,会使整个船体成为一个通红的火球,为了保护飞船里的宇航员和各种仪器设备,人们不得不付出昂贵的代价,用耐高温的特种合金制造船体,并且还在外面加装了耐高温材料。 为了能驾驭摩擦,让摩擦三兄弟为人类更好地服务,人们一直在进行着艰苦的研究和探索。早在15世纪,达芬奇就开始了对摩擦的研究。到17、18世纪,法国形成了一股摩擦研究热,库仑根据达芬奇的想法完成了摩擦起因的凹凸说。到了18世纪上半叶,有人又创立了分子说。进入20世纪后又出现了粘合说。 可以说有关摩擦起因的争论还在进行着,凹凸说、分子说和粘合说都持之有理,言之有据,究竟怎样圆满地解释摩擦的起因,还一直是一个很活跃的研究课题。
【网络会议】:摩擦磨损试验机在生物医学材料上的应用【讲座时间】:2015年11月27日 10:00【主讲人】:魏岳腾2000年至2004年就读于清华大学材料科学与工程系。毕业后免试进入该系攻读博士学位,研究方向是用于中枢神经损伤修复的生物材料的制备及应用,并于2011年1月获得博士学位。2011年毕业后进入中国科学院高能物理研究所工作,任助理研究员。在中科院纳米生物效应与安全性重点实验室从事纳米荧光探针的设计、制备及应用研究。2013年3月加入Bruker纳米表面仪器部担任应用科学家。【会议介绍】随着材料科学和生命科学的不断融合,人造和天然生物材料的摩擦磨损性能被越来越多的研究组关注。今年创刊的同名国际期刊(Biotribology)也显示了该新兴领域研究的重要性。该领域有两个主要研究方向,一方面是仿照天然生物材料,设计和制备新型生物材料;另一方面通过对已有材料进行改造,增强其在生物领域的应用前景。由于生物摩擦学研究对象的特殊性,常规研究手段有局限性。因此布鲁克的表面分析部提供了生物摩擦学的解决方案,涵盖了多尺度的研究,为科研工作者快速进入该领域提供支持。本报告通过若干典型事例,说明该领域的研究特点,阐述了布鲁克的分析仪器在该领域的应用。-------------------------------------------------------------------------------1、报名条件:只要您是仪器网注册用户均可报名,通过审核后即可参会。2、报名并参会用户有机会获得100元手机充值卡一张哦~3、报名截止时间:2015年11月27日 9:304、报名参会:http://www.instrument.com.cn/webinar/meeting/meetingInsidePage/14575、报名及参会咨询:QQ群—379196738http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2015042911235201_01_2507958_3.jpg
摩擦学研究的解决方案 提供一个宽阔的解决方案,来满足您的摩擦学和机械测试,研究和分析需求。如果您想运行您自己的测试,不但制造和销售世界上最先进的测试仪,还有最全面的保修、优质的客户服务、在线安装和深度培训等支持。如果您愿意由我们来测试,实验室提供一个宽阔范围的解决方案来满足您的测试需求,并且对您的数据严格保密。下面是在UMT系列摩擦测试仪上运行一些典型测试:销/球-盘,有往复式(螺旋型磨损轨迹),旋转式(坑样磨损轨迹)或者定常式(循环型磨损轨迹),销或者球(从1到25mm)位于旋转或者固定盘(最大可到150mm)之上。 盘/环-环/盘,两个或者一个环/盘在旋转。 销/盘-盘,往复式、旋转式或者定常式,销或者球(从1到25mm)位于线性往复或者固定盘(最大可到150mm)之上。 板-板,带有自定心试样夹具,并且至少有一个是线性往复运动;当他们在相互垂直的轴线内做线性往复运动,频率的控制比率决定着循环(比率1),蝴蝶翅膀型(比率2)或者其它可编程的磨损轨迹图案。 块-环/轮,带有一个旋转环/轮/齿轮/密封圈(包括标准Timken和Falex环),还有静止的或者滑动的块或者板。汽缸-汽缸,带有一个或者两个旋转以及在可编程角控制下,从0度(平行轴)到90度(相互垂直轴)一个在另一个上面滑动。 螺钉-螺母或者钻头-孔,带有螺钉/钻头或者螺母/孔旋转以及要么同样的或者其它的试样在螺纹或者孔里面进出移动。Tribology Testing of Fasteners: Optimization of Materials | PDF file, 318 Kb 大量燃料,油,油脂和固体润滑油的测试。Paper at World Tribology Congress on Oil Testing (PDF)Lubricating Properties of Oils | PDF 大量燃料,油,油脂和固体润滑油的测试。Multi-Sensor Testing of Thin and Thick Coatings for Adhesion and Delamination |PDF file, 59 Kb 在所有这些和大量其它测试中,UMT可以自动综合控制几种试样的运动,线性速度从0.1µ m/s到30m/s(7个数量级),角速度从0.001 到 7,000 rpm,精确加载从1 µ N 到 1 kN(9个数量级)。在这些空前的范围内,UMT能够以高采样率自动在线显示大量过程参数。负载(伺服控制,常量或者改变,比如正弦曲线) 摩擦力,力矩和系数(静态和动态) 磨损量和磨损率 接触高频声发射 电子接触电阻 温度和湿度 上面的测试能在可选择的控制环境中进行,温度从-25到1000℃,湿度从5到95%RH,各种气体和真空(可到106 torr)。测试样品可以全部沉没或者仅仅几滴润滑油,润滑油可以持续的或者间歇的由计算机控制的泵供给,然后再循环到泵里面或者借助抗腐蚀垃圾采集锅消耗尽,二选一的是,如果在开始测试和测试结束后不会再生,润滑油可以被倒入油容器中。UMT测试仪可以满足绝大多数的ISO、ASTM和DIN标准机械、摩擦力和磨损测试。请email或者电话联系我们获得您所需要的每个标准测试的细节。下面是UMT符合一些标准测试的配置以及程序的描述--------------------------------------------------------------------------------ASTM E10-01ASTM E92-03ASTM E384-99ASTM E18-05ISO 14577-1/02 UMT上运行的微观和钠观硬度测试 ASTM D 2240-00 Test Method for Measuring the Durometer of Soft Materials Using the UMT ASTM D 2509–03 Measurement of Load-Carrying Capacity of Lubricating Grease Using Macro-Tribometer mod. UMT-3 ASTM D 2981-94 (reapproved 1998) and ASTM D 3704-96 (reapproved 2001) 使用微米摩擦测试仪模块UMT进行的的块-震动环测试 ASTM D3702-94 (Reapproved 1999) 使用微米摩擦测试仪UMT-2进行的自润滑滑动接点和推力垫圈下材料的磨损率和摩擦系数的标准测试 ASTM D 5706–97 (Reapproved 2002) Standard Test Method for Determining Extreme Pressure Properties of Lubricating Greases using the UMT-3 in a High Frequency, Linear Reciprocating configuration ASTM D 6078–99 Standard Test Method for Evaluating Lubricity of Diesel Fuels using the UMT in a ball-on-cylinder configuration ASTM D 6079-02 Standard Test Method for Evaluating Lubricity of Diesel Fuels using the UMT in a Fast Reciprocating configuration ASTM G75-95 使用微米摩擦测试仪UMT进行的测定材料的泥浆磨蚀性(磨碎数值)和泥浆磨蚀特性曲线(SAR数值)的测试方法 ASTM G83 – 96 使用微米摩擦测试仪UMT进行的交叉圆筒测试 ASTM G99-95 使用微米摩擦测试仪UMT和旋转运动驱动进行的销-盘滑动磨损测试 ASTM G132-96 使用微米摩擦测试仪UMT-2进行的销磨损测试 ASTM G 133-95 (reapproved 2002) 使用微米摩擦测试仪和线性往复运动驱动进行的球-平板滑动磨损测试 ASTM G77-98 使用微米摩擦测试仪UMT-2进行的块-环测试中材料滑动磨损的抗登机的标准测试方法 DIN 53 513 使用微米摩擦测试仪进行的判定弹性体粘弹性质的标准测试方法 ASTM D6425-99 使用微米摩擦测试仪UMT-2进行的测量耐压润滑油摩擦力和磨损性质的标准测试方法 ASTM F732-82 (reapproved 1991) 使用微米摩擦测试仪UMT-2进行的人工关节成形术中聚合材料的摩擦力和磨损性能评估 ASTM G143-96 使用微米摩擦测试仪UMT-2进行的测量卷材/滚筒摩擦特性的标准测试 ASTM G137-97 使用微米摩擦测试仪UMT-2进行的用环形结构块料给塑料材料的抗滑动磨损特性分等的标准试验方法 ASTM G176-03 使用微米摩擦测试仪UMT-2进行的用环形结构块磨损测试-累积磨损法对塑料抗滑动磨损性分等的试验方法 ASTM G171-03 微米摩擦测试仪UMT-2上进行的用金刚石触针测定材料划伤硬度的试验 [img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191651_624038_1602049_3.jpg[/img]