摩擦學(xué)最重要的支柱之一是系統(tǒng)分析和系統(tǒng)相關(guān)的思考。

摩擦系統(tǒng)???123

摩擦和磨損不是材料性質(zhì)。 它們是對特定摩擦學(xué)系統(tǒng)的響應(yīng)，通常包括軸承，軸和潤滑劑組合，因此受到各種因素的影響。 圖1中的摩擦學(xué)子系統(tǒng)概述了影響摩擦和磨損值的常見因素：

這種摩擦學(xué)系統(tǒng)由集體應(yīng)力/操作投入，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能損失輸出組成。集體壓力包括技術(shù)和物理負荷參數(shù)，包括載荷，滑動速度和持續(xù)時間，以及運動和溫度條件強調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由包括基體，相對體和環(huán)境以及中間介質(zhì)的基本元件的性質(zhì)分布確定。

參考文獻：

1?Horst Czichos, Karl-Heinz Habig: Tribologie Handbuch: Tribometrie, Tribomaterialien, Tribotechnik, Vieweg+Teubner Verlag, 2010

2?Theo Mang, Kirsten Bobzin, Thorsten Bartels: Industrial Tribology: Tribosystems, Friction, Wear and Surface Engineering, Lubrication, Wiley-VCH, 2011

3?Theo Mang et al.: Encyclopedia of Lubricants and Lubrication, Springer Verlag, 2014

最大的挑戰(zhàn)是摩擦和磨損值不能輕易地從一個系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個系統(tǒng)，例如從摩擦學(xué)試驗臺到實際應(yīng)用。 測量值之間的比較僅在基于非常相似的摩擦學(xué)系統(tǒng)時才可行。 材料的摩擦學(xué)行為可以根據(jù)建模和仿真測試的具體應(yīng)用進行估算，只要應(yīng)用和測試環(huán)境的具體操作條件相同。

什么是摩擦力?

摩擦力 是接觸兩個身體之間抵抗運動的力。 摩擦可以通過物理學(xué)家Guillaume Amontons和Charles-Augustin de Coulomb的摩擦的基本規(guī)律在宏觀層面上描述。 這些物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生的摩擦力與施加的正常載荷之間存在線性關(guān)系。 基于此，可以推導(dǎo)出一個無量綱的主要參數(shù)，稱為摩擦系數(shù)。 它由所產(chǎn)生的摩擦力和施加的法向力的比率定義。

然而，滑動摩擦的實際機理發(fā)生在微觀層面，這意味著摩擦學(xué)的摩擦學(xué)理論也涉及表面的形貌。 摩擦學(xué)家區(qū)分實際接觸面積和標稱接觸面積（幾何尺寸），其考慮了固體元件的任何空隙或非接觸部分。 負責近地表能量轉(zhuǎn)換過程的機制包括：

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什么是磨損?

磨損?被定義為相互作用的表面的不可逆材料損失。 滑動配對接觸區(qū)域內(nèi)的物理和化學(xué)基本過程隨后導(dǎo)致摩擦伴侶的材料和形狀的改變被稱為磨損機制。 這些磨損機制包括：

摩擦和磨損機制受到摩擦學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及誘發(fā)的集體應(yīng)力的強烈影響：

μ= f（摩擦結(jié)構(gòu)（t），誘發(fā)集體應(yīng)力（t））

w = f（摩擦結(jié)構(gòu)（t），誘發(fā)集體應(yīng)力（t））

摩擦和磨損機制不是以孤立的方式發(fā)生，而是通過疊加對量化和控制的挑戰(zhàn)的機制的疊加。 這種疊加發(fā)生在摩擦技術(shù)系統(tǒng)中，以不可檢測的比例和按時間和地點變化的比例發(fā)生，使得幾乎不可能在摩擦接觸中計算摩擦和磨損過程。 這就是為什么摩擦學(xué)測試對估計摩擦學(xué)行為至關(guān)重要。 如果我們要解釋和理解摩擦學(xué)測量的數(shù)據(jù)和機制導(dǎo)向的研究，我們需要對摩擦接觸中的作用機理的完整知識。

摩擦學(xué)家根據(jù)摩擦，磨損和潤滑條件進行以下分類：

• 摩擦力 0: 固體摩擦：直接接觸固體表面之間產(chǎn)生摩擦，無任何潤滑劑。
• 摩擦力 I: 邊界摩擦：固體摩擦，其中摩擦配合物的表面被不具有承載能力的分子潤滑劑膜覆蓋。 潤滑劑對摩擦和磨損特性有影響。
• 摩擦力 II: 混合摩擦：摩擦力I和III共存。 摩擦值是固體和流體動力摩擦的組合。 由潤滑劑產(chǎn)生的流體膜具有承載能力。
• 摩擦力 III:?????? 流體動力學(xué)摩擦力：通過在流體中剪切來確定摩擦系數(shù)。 流體膜的承載能力防止兩個固體表面之間的直接接觸。
• 磨損力 a: 高磨損率源于固體摩擦和表面的直接接觸。
• 磨損力 b: 較低的磨損值源于分子流體膜。
• 磨損力 c: ?輕度磨損源于表面通過較厚的流體膜部分分離
• 磨損力 d: ?“零磨損,“源于流體動力學(xué)或彈性流體動力學(xué)流體膜，而這阻止了兩個表面的直接接觸。

如何利用摩擦學(xué)改進可衡量產(chǎn)品

摩擦學(xué)測試使我們能夠獲得有關(guān)材料摩擦性能的信息，以推動新的更好的材料設(shè)計。 從而我們可以將材料組合物定位以獲得特定和更好的摩擦學(xué)性質(zhì)。

摩擦學(xué)測試結(jié)果和表面分析方法有助于我們根據(jù)各種因素和影響，估計摩擦磨損，破壞機理，現(xiàn)有材料轉(zhuǎn)移膜動力學(xué)和新原型的摩擦性能。 這些信息有助于我們了解和理解變量，如各種材料成分的影響，包括填料，填料濃度，填料的協(xié)同效應(yīng)，材料結(jié)構(gòu)以及它們系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的其他元素的影響。?

如何利用摩擦學(xué)提高軸承材料的效率和延長使用壽命？

摩擦學(xué)優(yōu)化的接觸表面

• 確定影響摩擦系統(tǒng)的關(guān)鍵因素
• 確定提高效率和減少磨損的解決方案，包括：
  • 使用摩擦和磨損優(yōu)化材料。
  • 優(yōu)化材料配對，以降低摩擦和磨損水平。
  • 正確選擇和使用潤滑劑。
  • 變更為對整體摩擦系統(tǒng)性能有有益影響的設(shè)計

有哪些因為摩擦學(xué)研究而帶來軸承技術(shù)進步的例子？

關(guān)于軸承技術(shù)的歷史進步，請閱讀這篇刊登在Eureka雜志上的報道。它涵講述了古埃及人使用的原始滾子軸承，羅馬人40BC使用的滾珠軸承，硬化鋼和氧化物陶瓷的熱處理作用。 它還涉及了GGB開發(fā)的第一臺自潤滑平滑金屬聚合物軸承。

摩擦學(xué)被用在在哪些行業(yè)和應(yīng)用中？

摩擦學(xué)在兩個接觸表面相互移動的應(yīng)用中起著核心作用。 由于其任務(wù)關(guān)鍵性，連續(xù)運行要求或極端條件，有些行業(yè)對摩擦學(xué)系統(tǒng)提出了更高的要求。

這很大程度上取決于應(yīng)用程序。 一些應(yīng)用需要低摩擦（例如軸承材料），而其它應(yīng)用需要高摩擦（例如制動系統(tǒng)）。 對于大多數(shù)應(yīng)用，材料的最小磨損是主要目標。 對于許多應(yīng)用來說，低摩擦水平和良好的耐磨性能之間定義的優(yōu)點通常是針對性的。 ?

當設(shè)計描述摩擦和磨損的實驗時，摩擦學(xué)測試可以放置在六個主要類別之一，從一類的現(xiàn)場測試到第六類最簡單的實驗室模型測試。

類別 I:???????? 在正常運行條件下進行現(xiàn)場試驗，其中可能包括延長的運行條件。 這導(dǎo)致較差重復(fù)性，但接近摩擦學(xué)系統(tǒng)將面臨的現(xiàn)實要求。

類別 II:?????? 在工廠環(huán)境中使用完整的設(shè)備進行實驗。 這些實驗可以實現(xiàn)接近正常操作條件的結(jié)果，并且可以在一段時間內(nèi)進行以復(fù)制延長的操作條件，同時減少環(huán)境影響。

類別 III:????? 組件，子系統(tǒng)或組件在實驗室中接近正常擴展操作條件進行測試，重復(fù)性中等。

類別 IV:?????使用按比例縮小的測試設(shè)備進行實驗室測試。

類別 V:??????在具有測試設(shè)備的樣品上進行實驗，以提供接近正常操作條件并具有優(yōu)異的重復(fù)性。

類別 VI:????? 使用簡單的實驗室測試設(shè)備進行臺架測試。

重要的是，在第一至第三類中，原始摩擦體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需保持一致，只有集體壓力得到簡化。 類別II和III提供比I類更可重復(fù)的集體壓力。相反，在IV至VI類中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被簡化，其缺點是將測試結(jié)果的可轉(zhuǎn)移性降低到可比較的實際摩擦技術(shù)系統(tǒng)的可預(yù)測性。 類別IV到VI提供了較好的子摩擦接觸計量，更低的成本和更嚴格的測試時間;1?因此，隨著測試類別的升序，測試時間以及測試成本顯著增加，但測試結(jié)果的可轉(zhuǎn)移性也增加了。

我們?nèi)绾螌y試類別應(yīng)用于子摩擦系統(tǒng)軸承？

軸承材料的摩擦學(xué)測試可分為四大類：

• 產(chǎn)品性能描述，其中包括IV類和III類，以確保結(jié)果的可轉(zhuǎn)移性。
• 生產(chǎn)/制造監(jiān)督，包括VI至IV類，第三類也有可能。
• 與客戶有關(guān)的軸承測試可能包括III至V類，要注意的是只有當測試可以盡可能接近應(yīng)用時，V類才是相關(guān)的。
• 所有類別可能用于支持材料設(shè)計師，在初選階段和較高數(shù)量類別的開發(fā)階段，較低類別可以在子組件和最終產(chǎn)品可用時發(fā)揮作用。?

參考文獻：

1?Horst Czichos, Karl-Heinz Habig: Tribologie Handbuch: Tribometrie, Tribomaterialien, Tribotechnik, Vieweg+Teubner Verlag, 2010

GGB基于摩擦學(xué)結(jié)果開發(fā)摩擦學(xué)優(yōu)化的材料。 我們結(jié)合材料科學(xué)和性能的這些知識，徹底了解我們產(chǎn)品的摩擦學(xué)性能，以及如何與客戶保持一致應(yīng)用要求。

• 在2019年，GGB推出了3種新產(chǎn)品：EP15工程塑料軸承，專為室外和太陽能應(yīng)用而設(shè)計，具有抗紫外線性能; PyroSlide?1100是粉末金屬軸承，其設(shè)計可承受高達800°C / 1472°F的溫度; AuGlide?，專為高負荷應(yīng)用而設(shè)計的無鉛雙金屬滑動軸承。 GGB還推出了聚合物涂料的新產(chǎn)品線，該產(chǎn)品線可用于幾乎任何表面，可簡化設(shè)計，具有自潤滑性，并具有化學(xué)和腐蝕保護功能。
• 2018年，GGB推出了適用于流體力學(xué)應(yīng)用的摩擦自潤滑EP30工程塑料材料。
• 在2015年，推出了具有可加工襯套的 HPMB? 自潤滑細絲纏繞軸承 和 GGB-SZ無鉛雙金屬軸承。
• 在2014年推出了一系列自潤滑的燒結(jié)青銅和燒結(jié)鐵軸承，包括GGB-BP25，GGB-FP20和GGB-SO16。
• GGB軸承在美國宇航局好奇號的2012年登陸中發(fā)揮了作用。 自潤滑 DU? 金屬聚合物軸承 作為流動車主軸的主要懸掛部件。
• 2010年，推出了在輕度潤滑或干燥條件下具有卓越性能的材料，包括無鉛金屬聚合物材料DP10和DP11。
• 2009年推出了歐洲和亞洲市場的長絲纏繞產(chǎn)品系列，包括強大，穩(wěn)定的高負載，低磨損要求的結(jié)構(gòu)。
• 新型DX?10軸承獲得了2008年北美Frost＆Sullivan年度7-8級卡車軸承類別產(chǎn)品創(chuàng)新獎的殊榮，該獎項以行業(yè)新產(chǎn)品和技術(shù)的卓越表現(xiàn)而獲獎。
• 2003年，引進 無鉛DP31金屬聚合物材料 在潤滑條件下具有改進的性能，降低摩擦，更好的耐磨性和改善的疲勞強度。
• 推出EP，一系列注塑成型的熱塑性固體聚合物軸承。
• 1995年，推出了無鉛，鋼背的DP4?金屬聚合物材料，以滿足汽車減震器和其他液壓應(yīng)用的需求。
• 1986年推出HI-EX?軸承材料，應(yīng)對高溫應(yīng)用。
• 在美國推出了第一條長絲纏繞產(chǎn)品，包括 GAR-MAX?，支持高靜態(tài)和動態(tài)負載。
• 1965年，推出了邊緣潤滑DX?金屬聚合物材料 -適用于脂潤滑或油潤滑應(yīng)用。
• 1956年，GGB推出了DU?第一款具有青銅和PTFE襯里的鋼背金屬聚合物軸承材料，具有出色的低摩擦和耐磨性。同年，該公司推出了DU-B，具有青銅背襯，以提高耐腐蝕性。
• 1887年，Olin J. Garlock制造出第一個工業(yè)密封系統(tǒng)專利，以密封工業(yè)蒸汽機中的活塞桿。

潤滑劑是摩擦學(xué)的一部分，但在某些情況下，潤滑可以內(nèi)置在摩擦系統(tǒng)部件的材料中。

因此，材料設(shè)計師為干式潤滑條件創(chuàng)建特定的材料，通過減少或消除液體潤滑劑，實現(xiàn)與摩擦和磨損相關(guān)的卓越摩擦學(xué)性能。?

因為軸是軸承子系統(tǒng)的摩擦學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本要素。 其性能對摩擦和磨損以及軸承/軸接觸的所有其他情況都有直接的影響。 基本軸屬性包括：

• 材料及其化學(xué)和物理性質(zhì)
• 幾何性質(zhì)，包括形貌和接觸比。

摩擦學(xué)系統(tǒng)的范圍在軸承選擇中至關(guān)重要。 將包括以下考慮內(nèi)容：

1. 誘發(fā)壓力：

• 負載性質(zhì)
• 運動性質(zhì)
• 溫度
• 時間

2. 交配對象：

• 材料，包括物理和化學(xué)性質(zhì)
• 幾何特征包括接觸比和形貌（粗糙度，各向同性和各向異性）

3. 界面介質(zhì)及其性質(zhì)

4. 環(huán)境介質(zhì)及其性質(zhì)

5. 建筑導(dǎo)熱系數(shù)。