摩擦磨损与润滑
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前 言
摩擦、磨损与润滑是机械设计、制造及自动化专业的一门专业选修课。了解摩擦存在的机理从而控制磨损，改善润滑与密封，已成为当前节约能源和原材料、缩短停机及维修时间的重要手段。同时，摩擦、磨损与润滑在提高产品质量，延长设备寿命和增加可靠性等方面发挥重要作用。
近几年国内出版的关于摩擦、磨损与润滑的教材较少，以往的教材内容又比较陈旧，不够全面，不能反映现今摩擦学发展的最新成果。而且对于我们具有冶金特色的学校，除了上述摩擦学基本内容以外，还应针对自身特点，加入一些关于冶金机械中如何研究应用摩擦学的章节，以满足学生的专业学习。因此，现今的教材不能满足我们的教学要求，迫切需要一本内容全面、资料新颖且能满足专业特色的一本摩擦学教材。这是我们机械专业建设的一个亟待解决的迫切任务。
本书正是考虑了上述原因，为机械专业大学本科高年级学生编著的。其目的在于培养学生具有磨摩、磨损与润滑方面的基本知识、基本理论与基本方法，能应用有关知识分析与解决机械设备尤其是冶金设备中出现的摩擦、磨损及润滑方面的有关问题。
本书由内蒙古科技大学机械工程学院侯文英担任主编（第1章、第2章、第3章、第4章、第5章、第6章、第10章），高琳担任副主编（第7章、第8章、第9章、第11章、第12章），硕士研究生李文卓、张春艳参编。
本书在编写过程中得到了机械工业出版社和本书编辑的大力支持和热情帮助，并提出了宝贵的意见和建议，在此表示衷心地感谢！
编 者
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目 录
第1章 绪论 ..................................................................................................................................... 6
1.1 摩擦学的发展 .................................................................................................................... 6
1.1.1 摩擦学的发展过程 ................................................................................................. 6 1.1.2 摩擦学主要研究方向的发展 ................................................................................. 7 1.2 摩擦学研究的内容以及研究意义 .................................................................................. 11
1.2.1 摩擦学研究的内容 ............................................................................................... 11 1.2.2 摩擦学研究的意义 ............................................................................................... 14 1.3 本课程的目的和要求 ...................................................................................................... 15 第2章 固体的表面特性 ............................................................................................................. 17
2.1 固体表面的几何特性 ...................................................................................................... 17 2.2 固体表面的物理化学特性 .............................................................................................. 20 第3章 固体表面的接触特性 ..................................................................................................... 28
3.1 概述 .................................................................................................................................. 28
3.1.1 表面接触的概念 ................................................................................................... 28 3.1.2 表面接触模型 ....................................................................................................... 29 3.1.3 固体表面的接触面积 ........................................................................................... 30 3.2 研究接触特性的方法 ...................................................................................................... 38 第4章 摩擦原理 ........................................................................................................................... 39
4.1 摩擦的概念与分类 .......................................................................................................... 39
4.1.1 摩擦的概念 ........................................................................................................... 39 4.1.2 摩擦的分类 ........................................................................................................... 39 4.2 古典摩擦定律 .................................................................................................................. 40
4.2.1 古典摩擦定律 ....................................................................................................... 40 4.2.2 古典摩擦定律中某些参数的讨论 ....................................................................... 41 4.3 摩擦理论概述 .................................................................................................................. 43
4.3.1 机械理论 ............................................................................................................... 43 4.3.2 分子理论 ............................................................................................................... 44 4.3.3 粘着理论 ............................................................................................................... 45 4.4 分子—机械理论 .............................................................................................................. 52
4.4.1摩擦的两重性 ........................................................................................................ 52 4.4.2 摩擦力的二项式公式 ........................................................................................... 52 4.5 摩擦的能量理论 .............................................................................................................. 54
4.5.1 摩擦的表面能量理论 ........................................................................................... 54 4.5.2 摩擦的能量平衡理论 ........................................................................................... 57 4.6 摩擦时金属表面特性的变化 .......................................................................................... 58
4.6.1 由摩擦引起的表面几何形状的变化 ................................................................... 59 4.6.2 由摩擦引起的表面结构的变化 ........................................................................... 59 4.6.3 由摩擦引起的表面成分的变化 ........................................................................... 61 4.6.4 摩擦中表面膜的变化 ........................................................................................... 65 4.7摩擦系数的影响因素 ....................................................................................................... 67 4.8 滚动摩擦 .......................................................................................................................... 72
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4.8.1自由滚动 ................................................................................................................ 73 4.8.2 受制滚动 ............................................................................................................... 75 4.9 特殊工况条件下的摩擦 .................................................................................................. 76
4.9.1 高速摩擦 ............................................................................................................... 76 4.9.2 高温摩擦 ............................................................................................................... 77 4.9.3 低温摩擦 ............................................................................................................... 77 4.9.4 真空摩擦 ............................................................................................................... 77
第5章 磨损 ................................................................................................................................... 78
5.1 概述 .................................................................................................................................. 78 5.2 磨损的几种主要类型 ...................................................................................................... 78
5.2.1 粘着磨损 ............................................................................................................... 78 5.2.2 磨料磨损 ............................................................................................................... 81 5.2.3 表面疲劳磨损 ....................................................................................................... 86 5.2.4 腐蚀磨损 ............................................................................................................... 88 5.2.5 微动磨损 ............................................................................................................... 89 5.2.6 冲蚀磨损 ............................................................................................................... 90 5.3 近代磨损理论 ................................................................................................................ 100
5.3.1 磨损的疲劳理论 ................................................................................................. 100 5.3.2 磨损的剥层理论 ................................................................................................. 102 5.3.3 磨损的能量理论 ................................................................................................. 104
第6章 润滑理论 ......................................................................................................................... 106
6.1 润滑的作用以及常见的润滑状态类型和转化 ............................................................ 106 6.2 边界润滑 ........................................................................................................................ 108 6.3 流体动压润滑 ................................................................................................................ 110 6.4 流体静压润滑 ................................................................................................................ 114 6.5 弹性流体动压润滑 ........................................................................................................ 121 第7章 耐磨和减摩材料 ............................................................................................................. 126
7.1 金属耐磨材料 ................................................................................................................ 126
7.1.1 材料的耐磨性及其评定指标 ............................................................................. 126 7.1.2 对金属耐磨材料的一般要求 ............................................................................. 129 7.1.3 耐磨钢 ................................................................................................................. 130 7.1.4 耐磨铸铁 ............................................................................................................. 136 7.2 减摩材料 ........................................................................................................................ 137
7.2.1 对减磨材料的要求 ............................................................................................. 138 7.2.2 减磨理论简介 ..................................................................................................... 139 7.2.3 减磨材料的摩擦磨损特性 ................................................................................. 141 7.2.4 减摩材料的选择 ................................................................................................. 151
第8章 润滑剂和添加剂 ........................................................................................................... 153
8.1 概 述 ...................................................................................................................... 153 8.2 润滑油的理化性质 ...................................................................................................... 155 8.3 润滑油的分类与质量标准 .......................................................................................... 163 8.4 润滑脂 .......................................................................................................................... 181 8.5 添加剂 .......................................................................................................................... 187 8.6 润滑油原料制备过程 .................................................................................................. 195
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第9章 润滑方法和润滑系统 ..................................................................................................... 200
9.1 润滑方法 ........................................................................................................................ 200 9.2 润滑装置 ........................................................................................................................ 201 9.3 润滑系统 ........................................................................................................................ 207 第10章 钢铁冶金典型设备的润滑（附实例） ..................................................................... 211
10.1 烧结和炼焦设备的润滑 .............................................................................................. 211 10.2 炼铁设备的润滑 ........................................................................................................ 221 10.3 炼钢与连铸设备的润滑 ............................................................................................ 225 实例一：炼钢与连铸设备润滑技术应用实例 ................................................................... 240 实例二、轧钢设备润滑技术应用实例 ............................................................................... 257 第11章 摩擦学设计 ................................................................................................................. 277
11.1 摩擦学设计概述 .......................................................................................................... 277 11.2 耐磨设计 ...................................................................................................................... 278
11.2.1 考虑因素 ......................................................................................................... 278 11.2.2 防止和减少磨损的方法 ................................................................................. 279 11.3 典型零部件的摩擦学设计 .......................................................................................... 285
11.3.1 齿轮传动的摩擦学设计 ................................................................................. 285 11.3.2 凸轮的摩擦学设计 ......................................................................................... 289 11.3.3 滚动轴承的弹性流体动力润滑计算 ............................................................. 291 11.3.4 机械密封的摩擦学设计 ................................................................................. 294
第12章 摩擦磨损试验和测试分析技术 ................................................................................. 296
12.1 摩擦磨损试验的分类 ................................................................................................ 296
12.1.1 使用试验 ......................................................................................................... 296 12.1.2 实验室试验 ..................................................................................................... 297 12.2 磨损试验的模拟问题和实验参数的选择 ................................................................ 298 12.3 摩擦、磨损、润滑试验机 ........................................................................................ 301
12.3.1 试验机的种类 ................................................................................................. 301 12.3.2 常用的摩擦磨损试验机 ................................................................................. 302 12.4 摩擦磨损试验中的测试 ............................................................................................ 306
12.4.1摩擦温度的测量 ................................................................................................ 306 12.4.2 摩擦系数的测量 ............................................................................................... 307 12.4.3 磨损量的测量 ................................................................................................... 309 12.5 摩擦表面的近代微观分析法 .................................................................................... 312 12.6 磨损微粒的分析技术 ................................................................................................ 315
12.6.1 光谱分析法 ....................................................................................................... 316 12.6.2 铁谱分析法 ....................................................................................................... 317
参考文献....................................................................................................................................... 322
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