摩檫學

摩擦學(Tribology),研究有相對運動的相互作用表面的科學和工程。它包括研究和套用摩檫、潤滑和摩損原理。摩擦學是機械工程的一個分支。

基本介紹

  • 中文名:摩擦學
  • 套用學科:物理
  • 適用領域範圍:有相對運動的相互作用表面的科學和工程
  • 適用領域範圍:機械工程
基礎,摩檫機制,歷史,套用,

基礎

摩擦學導論和材料及環境相互作用的固體介面由於摩擦的相互作用可造成材料從表面損失,導致材料損失的過程稱為“摩損”。摩損的主要類型包括摩損,摩檫,侵蝕。可用一或多種“表面工程”過程改善固體表面性質或用潤滑劑減少摩損。
估計美國每年由於直接和間接與摩損有關的損失約占1-2%GDP,表面工程包括修改設備的原有表面和更新表面。這樣可節省大量資金、材料、能源和保護環境。
減少摩損的方法包括正確地找出摩損的原因以及找出合適的解解辦法。重要的方法包括:
1、設備維修工藝學。用有關各種學問的工程和經營技術去保護設備和機械的退化。
2、霍斯特·傑礎斯(Czichos) 近似系統。在已知工作環境下選擇抗摩損的合適材料。
3、從材料的評估進行有效的管理。為了保持設備處於良好狀態和24小時內,隨時都能工作,美國軍方防禦遠景研究規劃局已引用了類似設備維工藝學的概念。良好狀態監測系統結合適當的應急方法在維護和修理階段就已改進儀器(如儲備的硬體等)的性能,可靠性和延長壽命。
近年(截至2011年)來,微米和納米摩擦學已占據主導地位。為了發展在電子學、生命科學、化學和感測器方面的新產品,微觀小成份的摩檫相互作用已變得日漸重要,而且延伸使用所有現代技術。

摩檫機制

在“斯特里伯克曲線”(Stribeck curve)基礎上滑動的潤滑表面的摩檫機制已被分為:
(1)固體/邊界摩檫
(2)液體
(3)混雜摩檫
斯特裏白克曲線清楚顯示,當固體接觸面間有潤滑液膜和二個固體緊密(asperity)相互作用時摩檫值最小[2]。
斯特里伯克和其他人系統地研究了二個液體潤滑表面間的摩檫隨無量綱的潤滑參數nN/P的變化。這裡n是動力粘滯係數,N是滑動的速度,而P是加到幾何表面上的負荷。
斯特里伯克曲線是摩擦學課程中的經典教材。

歷史

歷史上,萊納多·芬奇(1452-1519)第一次描述兩條條摩檫定律。按照芬奇的結果:兩不同的物體,它們的重量相同,但接觸的寬度和長度不同,它們受到的摩檫抵抗力相同。他還觀察到,當重量加倍時,需要克服摩檫的力也要加倍。查爾斯-奧古斯丁·庫侖(1736-1806)也做了類似的觀察。查爾斯·哈切特用曲拐機械去評估金幣的摩損,做出了第一個可靠的摩損試驗。他發現,二金幣間有砂粒的摩損率要比無砂粒的要快。達文西的工作比現今(2011年)稱為摩擦學,科學的分支形成之前,早幾個世紀。
20世紀前半,用“斯特里伯克”曲線去區分二個表面間的摩檫性質。理查·斯特里伯克(1861-1950)教授在柏林皇家普魯技術試驗研究所進行研究。約1885年阿道夫·馬頓斯教授在同一研究所進行類似的試驗。此後,斯特里伯克曲線“成為摩擦學中的經典教材。
1966年隨著約斯特紀錄,摩擦學被廣泛套用。這一年在英國每年由於摩損和腐蝕而造成大量資金損失,結果在英國成立了幾個國際摩檫中心。此後,擴散到國際工程領域,在此領域內工作的也稱為摩擦學專家。
現在,有大量的國家和國際協會,如在美國有摩檫和潤滑工程協會,在英國的機械工程研究所中有摩檫組等大多技術大學都有摩擦學的工作組,大都設在機械工程系內。摩檫相互作用的極限不僅與機械設計有關,而與材量也有關。因此,摩擦學也涉及許多材料工程師,從事機械工程的物理學家和化學家。

套用

摩擦學一般在軸承上套用。但也延伸至現代技術的其它方面,甚至達到一些不像可延伸的領域,如護髮素和口紅、粉末等方面。
任何一種涉及一種材料滑過或摩檫另一種材料的產品都受複雜的摩檫相互作用的影晌,一般在介面植入潤滑片或在高溫使用時,製造密實的氧化釉去抵抗摩損。
摩擦學在製造工業中起了重要的作用。在金屬製品中摩檫增大摩損和增大工作的功率,結果造成經常更換零件而增加資金;一層潤滑劑可以消除表面接觸,實際消除工具摩損和減少所需的功耗的三分之一。

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