摩擦学原理(全套课件819P)

汽车摩擦学在购车经费一定的情况下，你买车时首先考虑的因素有那些？列举三个，各用一句话来说明。3IntroductionTribology:

Tribologyisthescience,applicationscience,whichdealswithofthetwosurfaceshavingrelativemovement,ormovingtrend,coversFriction,Lubrication

andWear.IthassomeresearchfieldrelatedtoPhysics,Chemistry,Metallurgy,MaterialScience,Rheology,Hydromechanics,Elasticity,Viscoelasticity,Thermodynamics,aswellas,MachineryScienceandsoon.“2012中国汽车产业发展高层论坛”2012年10月在钓鱼台国宾馆举行“2012中国汽车产业发展高层论坛”。中国汽车协会副会长董扬在发言中指出，中国汽车市场的发展空间依旧宽广，2020年之前应会保持与GDP增长率一致的发展速度。“中国汽车已经连续两年增长，这个市场到底有多大？2020年之前，中国汽车应该能够在产销数量用大于等于GDP的数额增长，由于当前我国人均的汽车数量还很低，从现代社会大生产的结构要求来讲，需要更多的汽车；第三个原因是现在中国的机动车数量最多的不是汽车，而是摩托车，这其中蕴含着因为升级换代带来的巨大增长空间。

“现在我国汽车有1亿辆，摩托车1亿3000万辆。这些摩托司机都有一个梦，梦见两轮变成四轮，摩托车变成汽车。摩托车的升级有着巨大的市场。”

中国汽车工业协会2012年中国汽车产销量双双超过了1900万辆，轿车销售达到了1074万辆，其中中德、中日、中美、中韩、中法等合资企业在中国实现汽车销售250万辆、190万辆、196万辆、172万辆，105万辆，和44万辆。中国汽车工业协会统计分析，2013年1-9月，中国品牌乘用车共销售512.50万辆，同比增长12.14%，德系、日系、美系、韩系和法系乘用车分别销售254.17万辆、198.28万辆、160.46万辆、116.12万辆和40万辆，分别占乘用车销售总量的19.78%、15.43%、12.49%、9.04%和3.11%。中国汽车1-9月产销量1281万辆.

2012款奥迪A6L2.5L30FSI手自一体，最大功率140KW140KW*2000万辆=28亿千瓦ThehighestefficiencyofInternal-combustionengineislessthan30%Oilenergyhavemorethan50%wasteasheat，Withtherest,thereare20%

energyusedtocontrolthedevices.thereareabout30%energyusedforovercomethefriction，2%gears,5%bearingsandsoon。9TheWheelisthemostsuccessfulexampleofTribologicaldesign.Andlubricanthasbeenusedformorethanthreethousandyears.Byestimate，1/3~1/2energysources,consumedbyhuman,owingtofrictionandwear。FromLeonardodaVinci(1452-1519)

toSirJostreportin1960’s.Tribologyfromsingle,isolatedstudybecomesaresearchfieldofsystematicallystudyoffriction,lubricationandwear10MainAreasinTribologyFriction

(摩擦)Wear(磨损)Lubrication(润滑)LeonardodaVinci秦始皇兵马俑铜车马的1号车Research——texturedsurface

Sampleoftexturedsurface

undermicroscopeWithouttexture，frictioncoefficient0.06910v15min,Withtexture，deepness3μmfrictioncoefficient0.031squaretextureDoublelayer

1Double

layer

2Surfacetexture表面织构SurfacetexturebylaserTypeoftexture，a-triangle，b-square，c-circle；1-convexly，2-concave

SurfacetextureBearings,piston—rings

17Partone,Theoryoftribology.Introduction、solidsurface,frictionandwear

Includingsurface

topographyparameters,surfacestructure,surfaceproperties.lubricant

andit’sproperties,basicfrictiontheoryandwearmeasuringmethods。wearmechanism、lawofwear,wearmeasurementandanti-weardesign，weartypeclassify,wearmechanism,wearingprocedureandpattern,conversionofwear,calculationofwear,andexperimentalmethodofwearandfriction,aswellastestingdevice。Generalmethodsofthefrictionstateanalysis,wear-outfailureanalysis,antifriction,antiwearanalysis.Maincontentsof《AutomotiveTribology

》18Parttwo,lubricationtheory

Including

Reynoldsequation,lubricationdesignoftypicalelements,Generalnumericalmethodsforlubricationcalculation,conversionoflubricationstate，namely：fromfluidlubricationtoelasto-hydrodynamiclubrication,fromelasto-hydrodynamiclubricationtothin-filmlubrication,effectsofrarefiedgas,failureoflubricationandboundarylubrication。

Maincontentsof《AutomotiveTribology

》19Friction

isoneofthreemajorpartsoftribology.Friction

phenomenonisalsotheearliestphenomenonobservedbyhumanbeings。thefrictiontheorystudiesthefrictionsurfacemorphology(形态),texture,contactstatus,layeroffrictionsurface.Introductionofthefrictiontheory20Chapterone

--frictionsurfaceanalysisSurfacetopographypropertiesandstatisticalapproach.Surfaceerroringeometricalform,surface

roughnessandsurfacetopographystatisticalparameter。Analyzingthefrictionsurfaceproperties,suchas,wettingangle,surfaceenergyandsurfaceadsorption。Analyzingthecontactproblemofroughenedsurface。Byintroducecontactarea,contactmodel，toanalyzethecontactstress,contactdeformationinthecontactelementsalongit’sdeepness，whichinvolvestatistics,

Physicalchemistry,materialsscienceandelasticity.Introductionofthefrictionstatusandthemethodsofhowtodistinguishthedifferentfrictionstatus.21RealsurfaceairBasemetalBasemetalWork-hardenedlayerAdsorbedgasBiebylayerOxideinclusion22Chapterone,

Analysis

offrictionsurface1.1Surfacetopographyparameters

andstatisticssurfacetopography（表面形貌）

surfacetopography，alsoknowas,surface

geometrycharacteristic，itindicatethemicro-,unregulargeometricalshapeofthecomponentssurface,suchas,roughness粗糙度,waviness波度、formerror形状误差,texture纹理,andsoon。231.1.1geometricalformerrorofsurface24(a)formerror(形状偏差) (b)waviness(波纹度)(c)roughness(粗糙度)图1.1Real

Surfaceprofile(实际表面轮廓)Thesurfacegeometricalcharacteristicpayimportantroleinthefriction,wearandlubricationundermixturelubrication(混合润滑)anddrycontactcondition（干摩擦）roughnesswavinessformerrorReal

SurfaceprofilePartialenlargedview(realsurfaceprofile)(geometricalprofile)261．Macro-geometricalformerror（宏观几何形状误差）Macro-geometricalformerror又称为surfaceformerror（表面形状偏差），主要是用不直度、不平度表示平面几何形状误差。不直度是指在指定方向上，其实际的轮廓线与理论直线的直度偏差，当用刀形样板平尺进行校验时，刀口与被检表面的最大空隙b，即为所检范围内的不直度。不平度是指整个平面各方向上所存在的最大不直度，如图1.1a所示。波距l大于10mm的偏差属于形状偏差。271．Macro-geometricalformerror（宏观几何形状误差）对圆柱形表面，在垂直于轴线的横剖面内最典型的误差有椭圆度，通过轴线的纵剖面内，最典型的误差有鼓形度、鞍形度、弯曲度和圆锥度。鼓形度鞍形度弯曲度圆锥度282．Surfacewaviness

表面波纹度表面波纹度又称为中间几何形状误差，是一种比宏观几何形状误差范围更小的误差，通常采用波纹度表示，它是在表面上周期性重复出现的一种几何形状误差，如图1.1b所示。波距l在1~10mm间属于波纹度范围。293．Micro-geometricalformerror

微观几何形状误差表面微观几何形状误差又称为surfaceroughness（表面粗糙度），不象表面波纹度那样有明显的周期性，其波距l小于1mm以下，如图1.1c所示。微观几何形状误差越大，表面越粗糙。一般来说，表面粗糙是影响摩擦性能最重要的表面几何形状特征。综上所述，表面粗糙度、波纹度和形状偏差三者的区别，通常以两波峰或波谷的距离（波距）的大小来区别。一般而言，波距大于10mm的属于形状偏差；波距在1~10mm间属于波纹度范围；波距小于1mm的属于表面粗糙度范围。如图1.1所示，将图1.1a、b、c叠加到一起，就是表面的实际情况。30(a)formerror(形状偏差) (b)waviness(波纹度)(c)roughness(粗糙度)图1.1Real

Surfaceprofile(实际表面轮廓)roughnesswavinessformerrorReal

SurfaceprofilePartialenlargedview311.1.2表面粗糙度

surface

roughness

在摩擦学中，最重要，也是常用的表面形貌参数是表面粗糙度，它取表面上某一个截面的外形轮廓曲线来表示。根据表示方法的不同可分为一维、二维和三维的形貌参数。一维形貌通常用profilecurve（轮廓曲线）的高度参数来表示，如图1.2所示。它描绘出沿截面水平方向（x方向）上轮廓高度z的起伏变化。选择轮廓的平均高度线亦即中心线为x轴，使轮廓曲线在x轴上下两侧的面积相等。32图1.2 surfaceprofilecurve（表面形貌轮廓）与supportingplane参数示意图真实表面属于三维几何形态，可用直角坐标系(图1)描述。xy为工作表面,z为表面高度坐标轴。1.3Threedimensionalsurfacetopography（三维表面形貌）一维形貌常用轮廓曲线的高度参数来表示。某一截面的表面轮廓平均高度线(中线)为x坐标轴(图2)（一维表面形貌参数）Onedimensionalsurfacetopography（1）profilearithmeticaveragedeviation（轮廓算术平均偏差）Ra

orcenterlineaverage(中心线平均值)

CLA（2）profilerootmeansquaredeviation（轮廓均方根偏差）RMS

Rq

orσ（3）maximumdistancebetweenpeakanddip（最大峰谷距）Rmax

在测量范围内最高峰与最低谷之间的高度差，它表示表面粗糙度的最大起伏量。stylusmethod探针法38支承面曲线是根据表面粗糙度图谱绘制的。理论的支承面曲线如图1.2所示。支承曲面主要用于计算实际接触面积。实际接触面积是名义接触面积的很小一部分，有时可以用下面的函数来表示两者的关系：（4）supportingplane

（支承面曲线)39表1.1部分常用加工表面的计算支承面百分比的参数精度等级最大峰谷距Rmaxbv加工方法5370.41.02.1~2.2铣削车削6180.50.60.91.41.6~2.0铣削内圆磨平面磨车削78~9.40.60.60.91.01.81.4~2.0铣削外圆磨内圆磨平面磨车削84.70.70.91.11.62.02.01.6~1.9珩磨外圆磨内圆磨平面磨抛光车削40（5）meanbaselineintercept

(中线截距平均值)Sma中线截距平均值是轮廓与中心线各截点之间的截距Sm在测量长度内的平均值，它反映了粗糙峰的疏密程度。如图1.2所示。41图1.3不同轮廓的Ra和

值二维形貌参数表面轮廓曲线上各点坡度即斜率绝对值的算术平均值或者均方根值surfacetopographyin2-D(a) 坡度 (b)坡度分布密度曲线图1.4 坡度及其分布密度曲线43各个粗糙峰顶曲率的算术平均值或者均方根值峰顶曲率的算术平均值均方根值反映粗糙峰的尖、平状态值越大则粗糙峰越尖，反之则平坦(三维形貌参数)1、TwodimensionalprofilecurveThreedimensionalsurfacetopography

如图1.5所示．通过一组间隔很密的二维轮廓曲线来表示形貌的三维变化。图1.5二维轮廓曲线452、contourmap图1.6等高线图(等高线图)3、autocorrelationofthesurfaceprofile1.1.3Statisticalparameterofsurfacetopography1、heightdistributionfunction2、deviationoftheheightdistributionfunction

将profilecurve(轮廓曲线)上各点的height(高度)、wavelength(波长)、gradient(坡度)

or

curvature(曲率)等用probabilitydensitydistributionfunction(概率密度分布函数)

机械加工的表面形貌包含着periodicvariationandrandomvariation(周期变化和随机变化)两个组成部分，因此采用形貌统计参数比用单一形貌参数来描述表面几何特征更加科学和反映更多的信息。(表面形貌的统计参数)(高度分布函数)(分布曲线的偏差)(表面轮廓的自相关函数)(高度分布函数)以平均高度线为X轴，轮廓曲线上各点高度为z。①找出轮廓高度平均线②取适当的，用它将高度等分；③在各个高度zj上先求出“支承率”=，则分布函数F(zj)=1-支承率=1-④求概率密度Fig1.7 the

heightdistributionfunctiondensitycurve1、heightdistributionfunction粗糙高度分布密度曲线48Fig1.8Asperitiesheadradiusdistributiondensitycurve峰顶半径分布密度曲线分布曲线的偏差（1）SkewnessS(偏态)

偏态是衡量分布曲线偏离对称位置的指标，它的定义S=0为对称态，S＞0为上偏，S＜0为下偏。（2）kurtosisK(峰态)峰态表示分布曲线的尖峭程度。定义为

K=3为正态，K＜3为低峰态，K＞3为尖峰态。图1.9偏态 图1.10峰态2、deviationoftheheightdistributionfunction表面轮廓的自相关函数自相关函数的无量纲形式变为对于一条轮廓曲线来说，它的自相关函数是各点的轮廓高度与该点相距一固定间隔l处的轮廓高度乘积的数学期望（平均）值。

自相关函数可以分为两部分：◆函数的衰减表明相关性随l的增加而减小，它代表轮廓的随机分量的变化情况；◆函数的振荡分量反映表面轮廓周期性变化因素。3、autocorrelationofthesurfaceprofile52图1.11典型的自相关函数1、profilearithmeticaveragedeviation

Ra

(算数平均偏差)2、profilerootmeansquaredeviationσ(均方根偏差)3、Skewness

S(偏态)4、kurtosis

K(峰态)概率密度分布函数541.2SurfaceandinternalstructureoftribologypartsDuringthefrictionprocedure,becauseofthefrictionforceandfrictionheat,thesurfaceswillchangecontinuously.Surfacetopographyandmicroscopiccontactsituationchangesconstantlyinthefriction,atthesametime,theadsorptionfilm(吸附膜)andoxidationfilm(氧化膜)offrictionsurfacewillberupturing(破裂),regenerating(再生)andtransferring(转移).Thishasagreatinfluenceonthesurfacefrictionandwearperformance.

Tribologicalpropertiesofthesolidsurfacedirectlyaffectedbythesurfacemorphology(形态),inadditiontogeometricmorphology,thesurfacephysicalandchemicalstateistheimportantfactorsthatcontrolthetribologicalbehaviorandprocess.551.2.1Thesurfacestructureofmetal(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。典型的金属表层结构如图1.12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，由重变形层逐渐过渡到轻变形层。变形层之上是贝氏层（Bielbylayer），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1.12金属表层结构561.2.2Thecharacteristicsof

internalstructureofmetals

(金属材料的内部结构特征)材料内部结构决定了摩擦表面的特性，因此有必要对摩擦材料的内部结构组成进行必要的研究，以帮助理解摩擦现象的机理和本质。571．Thestructureofmetals

(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，其原子有规则的排列。这种具有一定几何形状的排列的结构被称为称为空间晶格。大部分的金属晶体属于下列三种晶格形式：

(a)体心立方晶格 (b)面心立方晶格(c)密排六方晶格图1.13金属晶格582．Crystaldefect(晶体缺陷)实际晶体中，存在着大量的各种各样的晶体缺陷，随着摩擦条件的改变，由于晶体的交互作用，使得晶体缺陷也在不断地变动。晶体缺陷将影响着金属表面的物理性质、化学性质及力学性质。

59（1）Pointdefect(点缺陷)

图1.14晶体空位

图1.15间隙原子60（2）Linedefect_dislocation

(线缺陷——位错)

图1.16刃型位错图1.17螺型位错61(2)Mixturedislocation

(混合位错)若同时出现刃型位错和螺型位错，则称之为混合位错。金属晶体中的位错大量存在，成网状分布。位错可看成滑移和末滑移的分界线，则晶体的形变可以由位错的运动来实现。如果以完整的晶体来计算屈服强度，则比实验的数据高出一千倍左右，而由位错的运动解释金属晶体的塑性变形就合理得多。62（3）Planedefect(面缺陷)金属晶体的缺陷若主要是沿二维方向伸展开来，而在另一维方向上的尺寸变化相对甚小，则成为面缺陷。晶体表面、晶界、亚晶界等都是面缺陷。晶体表面上的一层原子，一面受晶体内面原子的结合作用，另一面则受环境的作用。这种受力的不对称性，必然要求表层原子适当调整它们的分布位置，表层原子的结构就与晶体内部原子的点阵发生偏差，因而晶体完整的周期性受到破坏，晶体表面具有表面张力和表面能，容易吸收外来电子，也易被外部介质所腐蚀。这表明它也是—种缺陷。在金属的各种内部界面中，晶界与亚晶界是最重要的一类。金属材料绝大部分是多晶体。631.2.3Thesurfacestructureofplastics

(塑料表面结构)虽然塑料也是固体材料，并与金属存在一些共性，如在常温下保持固定形状，比重不变，可加工性等。但是，塑料与金属在本质上有着根本区别。特别是，在微观结构两者是完全不同的，因此导致它们的摩擦学性能等也显现出完全不同的特性。图1.18塑料表层的一般结构641.3 Surfacepropertiesofthefrictionparts

(摩擦表面性质)在摩擦、磨损、润滑过程中，除了表面的几何形状影响摩擦、磨损、润滑特性外，金属表面的物理、化学以及力学性能的影响也是很大的。651.3.1wettingangle

(润湿角)在各种表面性质中，与摩擦学密切相关的主要有表面能、吸附效应和表面氧化等。产生新表面所做的功表现为表面能。液体表面分子由于表面能的作用，有从表面进入内部的趋势，这种使液面自动收缩而减少表面积的力称为表面张力。66固体的表面能还无法直接测量，但可通过与液体的接触形状推断出来。如图1.19所示，液滴在固体表面上呈现出一定的contact(接触角)或称wettingangle(润湿角)

，它是固液界面与液体表面在交点处的切平面之间的夹角。当润湿角

<90

时，固体表面张力大于液体表面张力，此时将发生润湿。

图1.19 润湿角671．Physicalabsorption

(物理吸附)当气体或液体与固体表面接触时，由于分子或原子相互吸引的作用力而产生的吸附叫做物理吸附。这种吸附并不改变吸附层的分子或电子分布，其吸附膜较弱对温度很敏感，加热可使分子解吸。图1.20是硬脂酸分子吸附在表面的示意图。被吸附的分子一般是可极化的，其氧、氢的正、负离子与金属的表面负、正离子相吸附。物理吸附一般是在常温、低速、轻载条件下形成。物理吸附与解附是完全可逆的。图1.20物理吸附692．Chemisorption

(化学吸附)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，吸附在金属的表面上所形成的吸附膜叫做化学吸附膜。图1.21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。化学吸附膜要比物理吸附膜稳定得多，并且是在同样条件下不可逆的。要在高温下才解附。化学吸附一般是在中等载荷、中等滑动速度及中等温度条件下形成。

70图1.21化学吸附713．Oxidationfilm

(氧化膜)表面氧化具有化学吸附的性质。除金以外，氧对其他金属都能形成化学吸附反应。因此，金属表面在加工过程中，新生面一旦暴露则很快就与大气中的氧起化学吸附作用而形成金属氧化膜。随着氧化膜厚度的增加氧化速度取决于氧向表面内层扩散的速度或金属离子透过氧化膜向外的扩散速度。图1.22铁的氧化膜724．Chemicalactionfilm

(化学反应膜)由于润滑剂中的硫、磷、氯等元素与金属表面进行化学反应，二者之间的价电子相互交换，而形成一种新的化合物膜层叫做化学反应膜。这种化学反应膜具有高的熔点及低的剪切强度，并且比化学吸附膜和物理吸附膜要稳定得多。这种反应是不可逆的。化学反应膜—般是在重载、高温、高速的条件下形成。化学反应膜如图1.23所示。图1.23化学反应膜731.4 thecontactoftherealsurfaces

(粗糙表面的接触)当两个摩擦表面接触时，由于表面粗糙的存在，实际接触只发生占表观面积的极小部分上。实际接触面积的大小和分布对于摩擦磨损起着决定性的影响。固体材料受载后，不是发生弹性变形，就是发生塑性变形。弹性变形的特点是应力与应变的关系是确定的，因而变形是可逆的；而塑性变形时，应力与应变关系则比较复杂，卸载后仍存在一定残余变形。实际上，接触状态大多是处于弹塑性变形的混合状态，有时表现为先弹性后塑性；有时则表现为这一部分虽处于弹性变形状，另一部分却已达到塑性变形状态了。Surfacecontactoftheelementparts

(粗糙表面的接触)当两个固体表面接触时，由于表面粗糙，实际接触只发生在表观面积的极小部分上。实际接触面积的大小和分布对于摩擦磨损起着决定性的影响。实际表面上粗糙峰顶的形状通常是椭圆体。751.4.1contactareaandcontactmodel

(接触面积与接触模型)当两个表面相互接触时，其接触部分具有不连续性和不均匀性。如图1.24所示。其中，名义（几何）接触面积（An）：An=a×b；轮廓接触面积（Ap）是物体的接触表面被压扁部分所形成的面积（如图中小圈范围内面积）的总和叫做轮廓接触面积，以Ap表示。Ap的大小与表面所承受的载荷有关；实际接触面积Ar是实际接触部分的微小面积的总和。由于表面凹凸不平，实际接触只发生在名义接触面积的很小一部分。而各接触点的直径一般为3~50微米。

76An

名义接触面积；Ap轮廓接触面积；Ar实际接触面积图1.24三种接触面积图1.25三种表面粗糙峰模型771.4.2contactstressanddeformation

(接触应力和接触变形)在摩擦学中，要研究固体表面接触问题，必须熟悉固体接触力学也就是说，要了解各种各样几何形状的物体承受任意载荷时所产生的应变与应力的性质。这种研究，不仅限于表面，常常要达到表面层下一定的深度。1．Thestressofcontactsurface(接触表面应力)现以球与球，圆柱体与圆柱体相接触来说明接触应力和接触变形。当零件表面在受载前是点接触（球轴承，圆弧齿轮）或线接触（渐开线齿轮及滚柱轴承等），受载后，在接触表面会产生局部的弹性变形，形成很小的接触面积。Hertz理论的基本假设：①两接触体在初始接触附近的表面至少二阶连续，由此表面可用微分几何的方法分析；②接触是非共形的；③小变形。即接触时变形在弹性极限以内，无残余变形；④面内不存在切向载荷，即无摩擦；⑤接触副的材料完全弹性；⑥接触材料绝对均匀且各向同性；⑦接触表面之间无介质存在。79图1.26两球形体接触式中，E1，E2——两球形体材料的弹性模量；μ1，μ2——两球形体材料的泊松比。80图1.27两圆柱体接触812．Stressandstraininthecontactparts

(接触体内应力与应变)在球状接触中，材料弹性变形范围内的最大应力pm与P之间的关系为pm3

P，在接触宽度的z轴方向上，其轴向压力pz的分布为82图1-28平面与球接触垂直应力与剪应力图1-29两圆柱体平行接触应力分布833．Criterion

ofcontactstress

(接触应力准则)通常采用的几种接触疲劳强度准则.（1）Criterion

maximumshearingstress

(最大剪应力准则)根据Z轴上的主应力可以计算出45

方向剪应力。分析证明：在这些45

剪应力中的最大值作用在Z轴上一定的深度。它是接触体受到的最大剪应力

max，所以最先被用作接触疲劳准则，即认为当最大剪应力达到一定值时将产生接触疲劳磨损。在滚动过程中，最大剪应力是脉动应力，应力变化量为

max。84（2）Criterion

ofmaximumorthogonalityshearstress

(最大正交剪应力准则)分析表明：正交剪应力

yz的最大值作用在x=0而y和z为一定数值的点；同样，

zx最大值的位置坐标为y=0而x和z等于一定值。这样，当滚动平面与坐标轴之一重合时，正交剪应力将是交变应力。例如，当滚动平面包含椭圆短袖时，在滚动过程中正交剪应力

yz的变化是：从远离接触中心处的零值增加到接近Z轴处的最大值+

yzmax，再降低到Z轴上的零值。随后应力反向，再逐步达到负的最大值-

yzmax，而后又变化到零。所以每滚过一次，正交剪应力

yz的最大变化量为2

yzmax。应当指出：虽然正交剪应力的数值通常小于最大剪应力，然而滚动过程中正交剪应力的变化量却大于最大剪应力的变化量，即2

yzmax>

max。由于材料疲劳现象直接与应力变化量有关，所以ISO（国际标准化组织）和AFBMA（美国减摩轴承制造商协会）提出的滚动轴承接触疲劳计算都采用最大正交剪应力准则。

85（3）Criterion

ofthemaximumsurfaceshearstress

(最大表面剪应力准则)通常接触表面上最大剪应力作用在椭圆对称轴的端点。例如，当滚动方向与椭圆短轴一致时，最大表面剪应力作用在长轴的端点，在滚动过程中它按脉动应力变化。虽然表面剪应力的数值小于最大剪应力和正交剪应力，但由于表面缺陷和滚动中的表面相互作用，使疲劳裂纹出现于表面和表面剪应力的影响大大加强。

86（4）Criterion

oftheequivalentstress

(等效应力准则)滚动过程中材料储存的能量有两种作用，即改变体积和改变形状。后者是决定疲劳破坏的因素，按照产生相同的形状变化的原则，将复杂的应力状态用一个等效的脉动拉伸应力来代替。

87stressstateofcontact

(接触体的应力状态)正应力

x，

y和

z为负值即压应力。正交剪应力

xy的正负符号取决于各点位置坐标x和y乘积的符号。正交剪应力

zx的正负符号取决于位置坐标x的符号，在远离接触中心和x=0处，其数值为零。接触表面上的应力状态比较复杂。881.4.3Contactanalysisofrealsurface

(粗糙表面的接触分析)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本身的曲率半径，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。在分析粗糙表面接触时，通常采用这种模型。1．Singleasperitycontact

(单峰接触)球接触赫兹理论

单个粗糙峰在弹性接触时的实际接触面积为几何接触面积的一半。实际接触面积A几何接触面积A0

90图1.30单峰弹性接触2．Idealsurfacecontact

(理想表面的接触)理想粗糙表面是指表面为许多排列整齐的曲率半径相同和高度相同的粗糙峰组成，同时，各峰承受的载荷和变形完全一样，而且相互不影响。◆载荷与总的实际接触面积的关系为◆发生塑性变形时，载荷可表示为实际接触面积与载荷成线性关系。当变形为弹性时，实际接触面积与载荷的2/3次幂有关。92图1.31 等高球形粗糙表面的接触3．Realsurfacecontact

(实际粗糙表面的接触)实际表面的粗糙峰高度是按照概率密度函数分布的，因而接触的峰点数亦应根据概率计算。◆两个粗糙表面在弹性接触状态下，实际接触面积和接触峰点数目都与载荷成线性关系。◆两表面处于塑性接触状态时实际接触面积与载荷为线性关系，而与高度分布函数φ(z)无关。94图1.32 两粗糙表面的接触●结论：实际接触面积与载荷的关系取决于表面轮廓曲线和接触状态。961.5 Stateofthefriction

(摩擦状态)根据不同摩擦机理和特征，一般的摩擦状态可以分为：（1）Hydrodynamiclubrication

(流体动压润滑)；（2）Hydrostaticlubrication(流体静压润滑)；（3）Elasto-hydrodynamiclubrication(弹性流体动压润滑,简称弹流润滑)；（4）Thin-filmlubrication(薄膜润滑)；（5）Boundarylubrication(边界润滑)；（6）Dryfriction(干摩擦)状态等六种基本状态。97表1.2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压润滑1~100

m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，如滑动轴承液体静压润滑1~100

m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、导轨等弹性流体动压润滑0.1~1

m与流体动压润滑相同中高速下点线接触摩擦副，如齿轮、滚动轴承等薄膜润滑10~100nm与流体动压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1~50nm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1~10nm表面氧化膜、气体吸附膜等无润滑或自润滑的摩擦副98图1.33 各摩擦层厚度与粗糙度高度99图1.34 摩擦系数的典型值100图1.35 Streibeck曲线滑动摩擦滑动摩擦定律（摩擦三定律）滑动摩擦理论Bowden和Tabor指出：1）当一对金属摩擦副滑动时，接触点上的压力很高，引起接触点的局部熔合；一旦发生表面滑动，接触点之间产生剪切作用，这就产生了摩擦力。可用来解释金属和陶瓷的摩擦。2）相对滑动中接触表面的微变形、硬微突体在软表面上犁削产生的塑性变形、滑动界面捕捉的磨粒在表面上的宏观变形、粘弹性材料（如聚合物）的弹性滞后损失等将消耗一定的能量。假定滑动时的粘着和变形相互独立且其效应可以叠加，总摩擦力Fi等于剪切粘着点所需力Fa与产生变形所需力Fd之和，Fi＝Fa

＋Fd

或μi＝μa

＋μd对于聚合物（尤其是粘弹性材料）和粗糙表面来说，μd将是摩擦系数的重要部分。粘着理论和变形理论有明显的区别，二者之间没有相互影响的假设过于简单。这两种情况下都有局部变形，且摩擦力的大小还受到接触表面的物理化学性质、载荷、相对滑动速度、温度等因素的影响。粘着和变形之间可能存在着连续的相互影响。粘着摩擦理论两个金属表面相互接触，接触起始于微凸体顶端，微凸体的变形支撑着载荷，接触点呈离散状态。物理或化学作用使贴近的微凸体产生粘着接触，当界面有相对运动时，接触点的粘着部位产生剪切，形成一定的切向阻力。最薄弱的粘着点将被剪断，断口要么微凸体接触界面，要么位于某个的微凸体中。接触点被剪断后，又迅速产生新的接触点。因为，粘着来自接触表面的分子力，所以粘着力与分子具有相似特性，微凸体接触界面的强度与基体材料的强度相近，滑动剪切作用将撕扯出一些碎片。摩擦力取决于基体材料的抗剪强度。若硬金属表面有一层软、薄的金属膜In、Pb、Cu、Au、Ag——滑动轴承衬材料减摩的原理，是新型润滑剂研制的理论依据轴承巴氏合金层≤2mm，越薄效果越好。实际使用要考虑其他问题实例：滑动轴承润滑油添加剂（油脂中加入微米铜粉、油中加入纳米铜粉）航天、航空的滚动轴承防护存在问题降低犁沟力的对策降低表面粗糙度选用硬度相近的材料从界面清除磨屑和污染颗粒Suh的蚀刻修整技术，滑动过程中界面上的磨粒掉入凹坑，不参与界面的犁沟摩擦。FrictionatDrySlidingInterfaceUndulatedSurfaceforEliminationofParticles滚动摩擦机理滚动摩擦机理滚动摩擦的分类纯滚动或自由滚动：在滚动体之间不出现相对滑动。这种滚动可以看作是纯滚动，也称自由滚动有表面牵引力的滚动.纯滚动的物理分析以车轮为研究对象，分析物体受到的力。当轮在水平地面上，不受外力，静止不动时物体与地面的形变都是左右对称的，物体受到竖直向下的重力G，地面给它的支持力。将支持力简化到一个点上，得到力N。物体处于平衡状态，所以N和G两个力大小相等，方向相反，在同一直线上。当物体受到一个水平推力时，物体与地面的接触部分，为偏右侧的一段“弧线”。则物体所受的支持力，分布在右侧的这段弧线上，且总是与支持面垂直。将此力系简化到一个点A上。这样就得到力N。沿竖直方向和水平方向分解N，得Nx、Ny。实际上，N与竖直方向的夹角极小，所以Nx极小；且圆心正下方的B点到Nx作用线的距离很小，故Nx对B点的力矩近似为零。Ny与G大小相等，方向相反，不在同一直线上，是一对力偶。支持力N对B点的力矩，就是Ny对B点的力矩。设Ny对B点的力臂为k，即Ny与G的水平距离为k，则力矩M=kNy=kG

当车轮滚动时，力臂k固定不变。车轮将要滚动时的k称为滚阻系数。力偶对物体不产生平动加速度，只产生转动加速度。力偶（Ny，G）的转动方向为逆时针方向，与物体运动方向相反，阻碍物体的运动，称为滚阻力偶。当物体的形变量越大时，Ny偏移得越多，即力偶臂k大(即，阻力矩越大，则所需动力越大。这一问题中，车胎打气不足时，越瘪形变量越大，人蹬车就越费力。滚动摩擦阻力产生的原因由系统几何形状造成的接触区内有滑动区的滚动主要不是由于接触面间的粘着剪切，也不是“犁削”作用在弹性范围内，主要是弹性滞后损失和微观滑移损失；在塑性范围滚动，则主要是材料塑性变形所消耗的能量。滚动摩擦的四个效应1.微观滑动（滑移）效应2.弹性滞后效应3.塑性变形效应4.黏着效应滚动摩擦主要是滑动机理造成的接触区域内的微观滑动：两种材料的应变差和接触面内的应力分布的特殊性而引起的。由微观滑动而引起的滚动摩擦系数，不会因润滑剂的存在而减小。不能因为这种微观滑移把滚动摩擦归于滑动摩擦。微观滑移对滚动摩擦系数只有很小的影响。滚动的弹性体之间的界面上有摩擦力就导致接触面积分成微观滑移区及无相对运动的滚动区。润滑埃及金字塔中搬运巨像的情况应用实例应用实例第二章润滑剂2.1润滑剂的作用与类型2.1.1润滑剂的作用润滑剂是现代机械系统的基本要素之一，它的主要作用是减少运动副之间的摩擦和磨损，提高机械效率，延长机械的工作寿命。除此之外，使用润滑循环系统还能起到冷却摩擦副、带走磨损碎屑或其它颗粒污染物以及保护金属表面免遭腐蚀等有益作用。润滑剂的物质形态已经覆盖了气体、液体和固体单相以及气-液、液-液、液-固两相甚至气-液-固三相，十分广泛。有些类型的润滑剂有时也会带来环境污染等问题，所以需要对润滑剂的知识有全面的认识和理解。润滑油一般由基础油和润滑油添加剂混合而成。基础油分为矿物油和合成油两大类。矿物油的最高使用温度为130℃，有些超精炼的矿物油使用温度可达200℃,而某些合成油则可耐370℃的高温。相对于矿物油来说，合成油属于高档润滑油，用于高温、高压、高真空和高湿度等极端环境工况。2.1.2润滑油的类型润滑剂从形态上分润滑油的性能指标

（1）粘度1）动力粘度表征流体内摩擦阻力大小的指标，Pa·s；2）运动粘度同温度下液体动力粘度与密度之比，m2/s；粘度的大小表示了液体流动时其内摩擦阻力的大小，粘度愈大，内摩擦阻力就愈大，液体的流动性就愈差。（2）润滑性（油性）润滑油中极性分子吸附于金属表面形成边界油膜的性能。吸附力强，油膜不易破裂，摩擦系数小，则说明油性好。（3）极压性润滑油中加入添加剂后，油中极性分子在金属表面生成抗磨、耐高压化学反应边界膜的性能。（4）闪点润滑油在火焰下发生闪烁时的最低温度。闪点对于高温下工作的机器是一个十分重要的性能指标。（5）凝点润滑油在试管中冷却到不能流动时的最高温度。凝点是润滑油在低温下工作的一个重要指标。（6）氧化稳定性

润滑油在高温下抗氧化的性能。(7)酸值（总酸值、中和值）润滑油中有机酸的总含量。中和1g石油产品所需的KOH毫克数，mgKOH/g.可用来衡量润滑油的氧化安定性或作为换油指标。（8）总碱值规定的条件下滴定时，中和1g试样中全部碱性组分所需高氯酸的量。以相同物质的量的KOH毫克数表示。（9）水溶性酸和碱用一定体积的中性蒸馏水和润滑油在一定温度下混合、振荡，使蒸馏水将润滑油中的水溶性的酸和碱抽出来然后测定蒸馏水溶液的酸性和碱性。新油：润滑油精制时酸碱分离不好贮存和使用：润滑油被污染或氧化分解汽轮机油：抗乳化度降低变压器：腐蚀设备，耐电压下降（10）机械杂质油中不溶于汽油或苯的沉淀和悬浮物，经过滤而分出的杂质，称为机械杂质。灰尘，混沙，金属碎屑，氧化物和锈末等将加速机械零件的研磨、拉伤和划痕等磨损，堵塞油路，拉伤和划痕等，堵塞油路油嘴和滤油器，造成润滑失效。(11)灰分指润滑油在规定条件下完全燃烧后，剩下的残留物（不燃物）。以质量分数表示。灰分的成分：金属盐类，金属氧化物含添加剂的油的灰分较高。灰分使润滑油在使用胄积炭增加，灰分过高，造成机械零件的磨损。(12)残炭隔绝空气时，油经蒸发分解生成焦炭状的残余物。用质量分数表示。残炭是油中胶状物质和不稳定化合物含量的间接指标，也是矿物油基础油精制深浅程度的标志。含S、O、N多时，残炭高，结焦倾向大，增加摩擦磨损。压缩机油残炭高时，在压缩机气缸、胀圈和排气阀座上的积炭就多，磨损，高温时会发生爆炸。(13)水分

质量分数表示。油品中应不含水分。标准方法：其一定量的试样与无水溶剂混合，蒸馏，测定含水量。水含量<0.03%,称为痕量。影响：◆破坏润滑油膜，润滑效果变差◆加速油中酸对金属的腐蚀◆机械设备的锈蚀◆润滑油的添加剂失效◆低温流动性变差，结冰，堵塞油路◆润滑油乳化，温度高时，形成汽泡，破坏润滑，气阻润滑油的循环◆变压器油，则会绝缘性能下降检查方法：◆试管中取油，浑浊，乳化，不透明；◆试管加热，气雾，管壁上有气泡，、水珠或有劈啪响声◆盛在试管中的油中加入少量无水硫酸铜（白色粉末）◆用细铜线绕成圈，在火上烧红，放入有油的试管中，有劈啪响声矿物油是以石油为原料经过蒸馏和精炼制成的，它的主要成分是由碳和氢两种元素构成的烃，烃的分子结构有烷烃（也称石蜡烃）、环烷烃和芳香烃。烷烃有直链和枝链两种类型，碳原子间只有单键结合，如图（a）、（b）所示。环烷烃中的碳原子间也是单键结合，但不是链状而是呈环状，如图2.1（c）所示；芳香烃中的碳原子链也呈环状，不过碳原子间是单双键交替结合，因此，氢含量较少，如图2.1（d）所示。由于分子结构的不同，润滑油的性能也有显著差异。烷烃含量高的润滑油密度较环烷烃油小，而粘温性能较好。矿物油的粘压性能也与其环烷烃的含量多少有关。芳香烃的含量则与润滑油的边界润滑性能有关。当矿物油在粘性、抗氧化性、热稳定性及挥发性等方面无法满足使用工况的条件时，需要采用性能更优越（价格也更高）的合成润滑油。表2.1比较了矿物油和一些常用合成油的理化性能，可以看出，合成油的闪点、热稳定性较矿物油高，饱和蒸汽压较低，有些合成油的粘度随温度的变化较矿物油小。

常用的合成油有以下几类：1．碳氢化合物

通过合成方法可以生产不含芳香烃和环烷烃的碳氢化合物用作润滑油，如聚丁烯、聚

烯合成油（PAO）。与矿物油相比，合成的碳氢化合物在粘-温特性、低温特性、挥发性和氧化稳定性方面有一定程度的改善，可以用于对低温性能要求严格的严寒区用长寿命内燃机油、倾点低且冷冻剂溶解度小的冷冻机油、对高低温性能要求较严格的喷气发动机油、对氧化安定性和抗剪切安定性要求较高的齿轮油、对粘度指数、低温性能和热氧化稳定性要求严格的自动变速传动液等场合。2．酯

通过酸与醇的组合可以合成出种类繁多的酯用作润滑剂，包括有机酸酯、氟代酯、磷酸酯和硅酸酯等。酯作为润滑剂的特点是粘-温性能、抗挥发性能突出，但容易通过氧化、热反应或水解反应而发生降解。由二元酸、单元酸与甲醇、乙醇或丙醇反应合成的二元酯（也称双酯）广泛用于航空发动机润滑。季戊四醇酯的耐热性优于双酯，加入合适的抗氧化剂后可以用于200℃应用场合，如汽轮机润滑油。聚乙二醇酯是一种不溶于水的化合物，具有良好的热稳定性和润滑性，用于液压油。由有机羧酸和氟乙酰胺醇合成的氟代酯具有较好的抗氧化性和阻燃性，但粘-温性能较差。磷酸酯（如磷酸三甲苯酯，TCP）广泛用于矿物油和其它合成润滑油的抗磨添加剂。硅酸酯具有热稳定性好、低粘度、低挥发性的优点，但水解稳定性较差，主要用于低温条件下的润滑。3．硅氧烷硅氧烷也称为硅油，有很好的化学惰性、热稳定性、优良的粘-温性能、低挥发性和低表面张力，适用于流体动力润滑，但边界润滑性能较差。常用的硅氧烷润滑油有二甲基硅油、甲苯基硅油和氯化甲苯基硅油。硅油可用于高低温条件下的润滑，在空间飞行器等极端环境下应用较多。4．聚苯醚

聚苯醚是一类芳香族化合物，具有优异的抗辐射能力和抗氧化性，但粘度特性较差，常用于强辐照工况下（如宇宙飞行、反应堆或以原子能为动力的装置）机械部件的润滑。5．全氟聚醚

全氟聚醚（PFPE）具有优良的抗氧化性、低挥发性和较好的边界润滑特性，其分子量、极性基团可以在一定范围内调整以获得不同的粘度和表面迁移性能。全氟聚醚被广泛用于硬盘表面的润滑，也用于高温、高真空条件下的润滑。2.1.3润滑脂润滑脂也是广泛使用的润滑剂材料。润滑脂密封简单，不须经常加添，不易流失，所以在垂直的摩擦表面上可以使用。润滑脂对载荷和速度的变化有较大的适应范围，受温度的影响不大，但摩擦损耗较大，机械效率低，故不宜用于高速。且润滑脂易变质，不如油稳定。总的来说，一般参数的机器，特别是低速而带有冲击的机器，都可以使用润滑脂润滑。润滑脂是由基础油、稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属皂）、添加剂和填充剂混合稠化而成。基础油是常用的矿物油或合成油，添加剂的功能和类型也与一般润滑油添加剂相同或相似，填充剂则是一些起溶胶、分散或固体润滑作用的辅助成分，稠化剂是润滑脂的最主要成份，常用的是脂肪酸的金属皂，如硬脂酸锂和硬脂酸钙，相应的润滑脂也就常称为锂基润滑脂和钙基润滑脂。1.润滑脂的种类按基础油组成分类，如分为石油基润滑脂和合成油润滑脂；按用途分类，如分为减摩润滑脂，防护脂和密封脂；按润滑脂的某一特性分类，如高温脂，耐寒脂和极压脂等。润滑脂中的稠化剂的类型，是决定润滑脂工作性能的主要因素。润滑脂的分类方法几类润滑脂特性的简要介绍：（1）烃基润滑脂

以石蜡稠化基础油制成的润滑脂称为烃基润滑脂。具有良好的可塑性，化学安定性和胶体安定性，不溶于水，遇水不产生乳化。其缺点是熔点低。烃基润滑脂主要用于保护场合。（2）皂基润滑脂

皂基润滑脂占润滑脂产量的

90%左右，使用最广泛。最常使用的有钙基，钠基，锂基，钙一钠基，复合钙基等润滑脂。复合铝基、复合锂基润滑脂也占有一定的比例。钙基润滑脂：不溶于水，滴点低，适用于温度较低，环境潮湿的轴承部件中。钠基润滑脂：耐高温，但易溶于水，适用于温度较高，环境干燥的轴承部件中。锂基润滑脂：抗水性较好，滴点较高，适用于潮湿和与水接触的机械部位。铝基润滑脂：高耐水性，适用于与水接触的部位，集中润滑系统和航运机械部位的润滑及防蚀。钡基润滑脂：有良好的抗水性，滴点较高，不溶于汽油和醇等有机溶剂，适用于油泵，水泵等摩擦部位的润滑。目前使用最多的是钙基润滑脂，它有耐水性，常用于60

C以下的各种机械设备中的轴承润滑。钠基润滑脂可用于115~145

C以下，但不耐水。锂基润滑脂性能优良，耐水，在-20~150

C范围内广泛适用，可以代替钙基、钠基润滑脂。（3）无机润滑脂

主要有膨润土润滑脂及硅胶润滑脂两类。硅胶润滑脂是由表面改质的硅胶稠化甲基硅油制成的润滑脂，可用于电气绝缘及真空密封。膨润土润滑脂是由表面活性剂处理后的有机膨润土稠化不同粘度的石油润滑油或合成润滑油制成。适用于汽车底盘、轮轴承及高温部位轴承的润滑。（4）有机润滑脂

各种有机化合物稠化石油润滑油或合成润滑油，各具有不同的特性，这些润滑脂大都用作特殊用途。如阴丹士林、酞青铜稠化合成润滑油制成高温润滑脂可用于200~250℃；含氟稠化剂如聚四氟乙烯稠化氟碳化合物或全氟醚制成的润滑脂，可耐强氧化剂，作为特殊部件的润滑。又如聚脲润滑脂可用于抗辐射条件下的轴承润滑等。2．润滑脂的性能润滑脂的主要性能包括：流动性（针入度）、触变性、粘度、强度极限、低温流动性、滴点、蒸发性、胶体安定性、氧化安定性等。润滑脂的最主要性能是流动性，以针入度表示。针入度数值越大表示润滑脂越软。

3．润滑脂使用（1）润滑脂的填充量

润滑脂的填充量，以填充轴承和轴承壳体空间的1/3到1/2为宜。若加脂过多，由于搅拌发热，会使脂变质恶化或软化。高速时应仅填充至1/3或更少。当转速很低时，为防止外部异物进入轴承内，可以填满壳体空间。（2）润滑脂的补充和更换润滑脂的使用寿命是有限的，由于剪切作用和工作时间增加，润滑脂会出现老化，使其润滑性能降低。为了避免产生过多的摩擦损耗和材料磨损，摩擦副中须隔一定时间补充或更换一次润滑脂。润滑脂的补充时间间隔与摩擦副的结构、尺寸、转速和环境条件有关。不同滚动轴承的润滑脂补充时间间隔上图是在轴承外径表面温度为70ºC情况下绘出的，因此适用于轴承温度70ºC以下，若超过70ºC，每上升15ºC，补充周期应减半。如轴承用于尘埃很多，且密封不可靠的场合，补充周期可缩短到图示值的一半到十分之一。（3）润滑脂的混合原则上，牌号不同的润滑脂不能混合，含有不同种类稠化剂的脂相混合会破坏润滑脂的结构和稠度，不同基油的脂相混合会造成两元相流体而影响连续润滑。因此，一般应避免混合使用各种润滑脂，若必须更换牌号相异的润滑脂时，应把轴承内原有的润滑脂完全清除后，再填入新的润滑脂。2.1.4固体润滑剂1．固体润滑剂的性能

固体润滑是指利用固体粉末、薄膜或整体材料来减少作相对运动两表面的摩擦与磨损并保护表面免于损伤的作用。固体润滑剂的基本性能有以下要求：

（1）能与摩擦表面牢固地附着，有保护表面功能；

（2）具有较低的抗剪强度；

（3）稳定性好，包括物理热稳定，化学热稳定，时效稳定和不产生腐蚀及其他有害的作用；

（4）要求固体润滑剂有较高的承载能力。由于固体润滑剂不能像润滑油那样可以把摩擦界面上的摩擦热导出一部分，而且在使用过程中很难补充，因此在选用时应根据固体润滑剂的特点，考虑采取相应的补救措施。固体润滑剂的使用方式◆整体使用，如将尼龙或聚四氟乙烯塑料制成齿轮、轴承和凸轮等；◆以各种覆盖膜的形式使用，如粘结膜、转化膜、等离子喷镀膜和溅射膜等；◆以复合材料或组合材料的形式使用，如以金属为基体的复合材料和将金属液浸渍到石墨孔隙中的金属石墨组合材料等；◆直接使用粉末固体润滑剂，或将粉末如石墨粉和二硫化钼粉等添加到油、脂中使用等。2．固体润滑剂的种类

固体润滑剂一般可分为以下几类：

层状晶体结构固体润滑剂：它们是易于劈开的化合物或具有减摩作用的单体物质。按结合形式、结晶体系和成分可分为：硫化物，硒化物，碲化物，氟化物，卤化物，单质（石墨等），氮化物，氧化物，有机物等；非层状无机物：如硫化物，碲化物，氟化物，陶瓷和超硬合金；软金属薄膜：如Au，Ag，In，Ca，Cd，Pb，Sn及其合金；高分子材料：如聚四氟乙烯，聚缩醛，尼龙，聚酰胺，聚酰亚胺，环氧树脂，酚醛树脂，硅树脂等；

化学生成膜与化学合成膜：如磷酸盐，以及在镀钼的金属表面通以硫蒸气，生成MoS2膜等。最常用的固体润滑剂有：石墨、二硫化钼（MoS2）、聚四氟乙烯（PTFE）和尼龙等。石墨性能稳定，在350

C以上才开始氧化，并可在水中工作。二硫化钼与金属表面吸附性强，摩擦系数低，使用温度范围也广（-60~300

C），但遇水则性能下降。使用固体润滑剂，一定要了解固体润滑剂的特性，根据工作条件合理使用，才能达到预期的效果。聚四氟乙烯3．固体润滑剂的使用方式(1)作为固体润滑粉末来使用将固体润滑粉末（如MoS2）以适量添加到润滑油或润滑脂中，可提高润滑油脂的承载能力及改善边界润滑状态等，这也是较常用的使用方法，如MoS2油剂、MoS2油膏、MoS2润滑脂及MoS2水剂等。以粒度小于0.5

m的固体润滑剂加入到发动机润滑油中，这些小颗粒能通过滤器进到摩擦面，当摩擦面因某种原因暂时缺油时，固体润滑剂的小颗粒起润滑作用，起到短时间应急的作用。(2)在一些特殊条件下，脂润滑和油润滑的使用受到限制时可采用混合润滑剂。方法有：将固体润滑剂加入润滑脂中，一般是在润滑脂中加入3%或5%的一号二硫化钼；用粘接剂将固体润滑剂加入工程塑料和粉末冶金材料中，制成有自润滑性能的轴承零件；在轴承的滑动部位刻制小槽或小沟，嵌入相应形状的固体润滑剂组合材料；也可在保持架兜孔、引导面或滚道上直接镶嵌固体润滑剂组合材料。用电镀、高频溅射、离子镀层、化学沉积、溶射等技术使固体润滑剂或软金属（金，银，铅等）在轴承零件摩擦面上形成一层均匀