摩擦与润滑科普分析.pptx

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1、01摩擦摩擦对对人人类类影响影响第1页/共24页随处可见的摩擦现象：（随处可见的摩擦现象：（a a）北极熊在低摩擦的冰面上滑倒）北极熊在低摩擦的冰面上滑倒*；（；（b b）摩擦使得推动笨）摩擦使得推动笨 重的重的家具变得困难，并导致磨损，用放大镜看，家具与地板的接触面实际上是粗糙的（家具变得困难，并导致磨损，用放大镜看，家具与地板的接触面实际上是粗糙的（b b）中小图）；（中小图）；（c c）膝关节的磨损带来疼痛；（）膝关节的磨损带来疼痛；（d d）利用齿轮传动的鼓车（）利用齿轮传动的鼓车（e e）风车）风车摩擦对人类的影响摩擦无摩擦无处处不在，并影响着人不在，并影响着人类类生活的方方面面生活

2、的方方面面(d)(e)第2页/共24页摩擦对人类的影响绳结绳结绳结绳结体育体育体育体育乐器乐器乐器乐器自行车链条自行车链条自行车链条自行车链条第3页/共24页02摩擦摩擦认识进认识进展展第4页/共24页（a a）中国海南省的一些少数民族仍然保留着钻木取火的）中国海南省的一些少数民族仍然保留着钻木取火的 古老习俗；（古老习俗；（b b）存在了）存在了 4000 4000 多年的多年的 Djehoutyhotep Djehoutyhotep 墓壁展现墓壁展现 古埃及文明对摩擦知识的应用古埃及文明对摩擦知识的应用人人们们很早就懂得利用摩擦解决很早就懂得利用摩擦解决问题问题。传说1万多年前，燧人氏发明

3、了钻木取火（通过摩擦生热取火），从而开启了华夏文明。古埃及人在没有任何机械辅助的情况下，是如何将几十米之巨大的石雕像运送到沙漠中的金字塔附近的？对此，存在近4000 年的Djehoutyhotep墓壁，提供了重要线索：古埃 及人将塑像放在木制沙舟上，由一群人拉着在沙地里滑行，而舟头所站之人，正不断将舟前的沙子淋湿，以降低摩擦。摩擦认识进展第5页/共24页蒸汽机的蒸汽机的应应用，开始了工用，开始了工业业革命，摩擦革命，摩擦认识获认识获得新的得新的发发展展天基反导天基反导天基反导天基反导 星间激光通信星间激光通信星间激光通信星间激光通信 摩擦认识进展航空发动机航空发动机航空发动机航空发动机蒸汽机展

4、示模型蒸汽机展示模型蒸汽机展示模型蒸汽机展示模型水电站水电站水电站水电站第6页/共24页摩擦认识进展列奥纳多列奥纳多列奥纳多列奥纳多 达达达达 芬奇芬奇芬奇芬奇1452-15191452-1519测平面和表面上测平面和表面上测平面和表面上测平面和表面上摩擦力摩擦力摩擦力摩擦力考察接触面考察接触面考察接触面考察接触面的影响的影响的影响的影响滚珠和半轴承上摩擦力滚珠和半轴承上摩擦力滚珠和半轴承上摩擦力滚珠和半轴承上摩擦力矩矩矩矩首次做了一系列摩擦、磨首次做了一系列摩擦、磨损损与与润润滑的滑的实验实验，设计轴设计轴承，并定承，并定义义了摩擦系数。了摩擦系数。阿蒙顿阿蒙顿阿蒙顿阿蒙顿1663-1705

5、1663-1705最早最早对对摩擦摩擦现现象象进进行定量研究行定量研究计算做水平运动所需力的装置计算做水平运动所需力的装置计算做水平运动所需力的装置计算做水平运动所需力的装置第7页/共24页欧拉欧拉欧拉欧拉1703-17831703-1783从静摩擦研究到从静摩擦研究到动动摩擦，引入摩擦，引入 做做为为摩擦系数的符号，摩擦系数的符号，=tana,a 为为斜面与水平面之斜面与水平面之间夹间夹角角库伦库伦库伦库伦1736-18061736-1806他他严谨严谨扎扎实实地地进进行和行和记录记录摩擦摩擦实验实验相关数据，是研究客相关数据，是研究客观规观规律的典范，并第一个研究了律的典范，并第一个研究了

6、滚动滚动摩擦。摩擦。测定滑动摩擦力的装置测定滑动摩擦力的装置测定滑动摩擦力的装置测定滑动摩擦力的装置研究滚动摩擦的装置研究滚动摩擦的装置研究滚动摩擦的装置研究滚动摩擦的装置摩擦认识进展第8页/共24页摩擦概念摩擦概念摩擦是在外力作用下，发生相对运动或具有相对运动趋势的物体，受到与其相接触的物质或介质（液体或气体）的阻力作用，在其界面上产生的一种能量转换的现象。l注意注意：在界面上作用的切向阻力是摩擦力，而不是摩擦。因为摩擦本质不是一种力，是一种能量转化的现象。因此摩擦和摩擦力既是有密切联系而又本质区别的不同概念干摩擦干摩擦边界摩擦边界摩擦流体摩擦流体摩擦混合摩擦混合摩擦塑性变形弹性变形液体边界

7、膜摩擦认识进展第9页/共24页摩擦及其引摩擦及其引发发的的磨磨损损典型的磨典型的磨损过损过程程磨合磨损阶段稳定磨损阶段剧烈磨损阶段IIIIIIq t 时间t磨损量qO摩擦认识进展磨损过程示意图磨损过程示意图磨损过程示意图磨损过程示意图第10页/共24页（a a）血管中的微小机器人想象图）血管中的微小机器人想象图*；（；（b b）随着尺寸减小，单位体积的）随着尺寸减小，单位体积的表面积则越大表面积则越大*；（；（c c）微米齿轮机构极易发生磨损产生碎）微米齿轮机构极易发生磨损产生碎 屑而失效屑而失效现现代制造代制造业业的一个重要的一个重要趋势趋势就是精密化和小型化就是精密化和小型化机器越小，其单

8、位体积的表面积则越大，摩擦磨损带来的影响也就越大，这不仅消耗更多的能量，而且会导致这种微小型机器的寿命太短，无法得到实际应用。摩擦认识进展第11页/共24页03润润滑滑第12页/共24页驱动汽车行驶的功率，约1/31/2用以克服各种摩擦，包括发动机内、传动部件之间，车体与空气、轮胎与路面间的摩擦。据统计，全球约1/3的一次性能源浪费在摩擦过程中，约80%的机械零部件失效由摩擦磨损造成，导致工业化国家经济损失高达GDP的5%7%（若按中国2015年GDP约75万亿人民币元计算，摩擦造成的损失约合3.75 万亿5.25 万亿人民币元）汽车摩擦损失汽车摩擦损失摩擦及其引摩擦及其引发发的的磨磨损损，对

9、对当今世界范当今世界范围围内的能源、内的能源、环环境、技境、技术术和和经经济济等等层层面都有着巨大影响面都有着巨大影响润滑第13页/共24页润润滑概念滑概念润润滑：将一种具有滑：将一种具有润润滑性能的物滑性能的物质质加入到摩擦副表面之加入到摩擦副表面之间间，以达到抗磨减摩的作用，以达到抗磨减摩的作用润润滑原理：滑原理：给给滑滑动负动负荷提供一个减摩的油膜荷提供一个减摩的油膜润滑示意图润滑示意图润滑费用润滑费用设备磨损设备磨损停产损失停产损失合理合理润润滑，可使滑，可使设备维设备维修修费费和和购购置置费节约费节约20%，停，停产损产损失失约约40%，设备设备寿命延寿命延长约长约10%润滑第14页

10、/共24页超超润润滑概念滑概念摩擦现象的分类特征摩擦现象的分类特征 1990年，日本科学家M.Hirano（平野元久）等根据纳米摩擦学的 Frenkel-Kontorova模型，从理论上预测两个晶面非公度接触时的静摩擦力有可能为零（或几乎为零），并把这一现象命名为超润滑。润滑第15页/共24页04超超润润滑滑第16页/共24页液体超滑液体超滑超润滑磷酸超滑模型磷酸超滑模型超滑图超滑图超滑测量装置超滑测量装置超滑机制：氢离子诱导使得表面正电位和润滑剂分子能够与水分子形成 形成氢键网络.第17页/共24页（a a）用扫描隧道显微镜可看到铅笔笔迹的黑色主要由数不清的微米石墨薄片堆叠而）用扫描隧道显微

11、镜可看到铅笔笔迹的黑色主要由数不清的微米石墨薄片堆叠而成（蓝色框框中的图像）；（成（蓝色框框中的图像）；（b b）石墨层状结构）石墨层状结构*；（；（c c）石墨烯蜂窝状晶格结构）石墨烯蜂窝状晶格结构*（a a）*、（、（b b）公度；（）公度；（c c）*、（、（d d）非公度，（）非公度，（e e）、（）、（f f）公度和非）公度和非公度晶格的滑移势垒及受力情况（公度晶格的滑移势垒及受力情况（b b）、（）、（d d）（f f）引自文献）引自文献）超润滑石墨石墨烯烯石墨烯不仅具有已知最高的面内抗拉伸刚度和强度，且面内碳原子与面外的 原子相互作用不是化学键，而是极弱的物理相互作用，即范德华（

12、van der Waals）力。第18页/共24页超润滑类类富勒富勒烯烯碳薄膜碳薄膜薄膜超低摩擦行为薄膜超低摩擦行为高分辨透射电镜照片高分辨透射电镜照片率先引入类富勒烯碳结构到含氢碳薄膜内，并首次实现大气环境中超滑（0.008）类富勒烯结构演变机制类富勒烯结构演变机制第19页/共24页05类类富勒富勒烯烯碳薄膜碳薄膜应应用用第20页/共24页开发的FLC 在柱塞、活塞环、活塞销、气门杆的沉积工艺技术设计制备了在大气环境中具有超低摩擦特性的类富勒烯结构固体润滑薄膜，发动机部件应用在一汽集团获得验证。21/51类类富勒富勒烯烯碳薄膜碳薄膜产业产业化化类富勒烯碳薄膜应用第21页/共24页机械运动部件都会面临摩擦、磨损问题，润滑材料及技术是降低摩擦、减小磨损、提高效率、可靠运行、延长寿命的最有效手段。设计制备了在大气环境中具有超低摩擦特性的类富勒烯结构固体润滑薄膜，突破了具有工程应用价值的超低摩擦固体润滑技术，发展了具有自主知识产权的超低摩擦碳基固体润滑薄膜及成套设备。作为发动机节能减排与可靠性关键固体润滑技术在一汽集团获得验证。空气环境下摩擦系数小于0.008，寿命大于106次。类富勒烯碳薄膜应用第22页/共24页谢谢 谢！谢！第23页/共24页感谢您的观看。第24页/共24页