摩擦學最重要的支柱之一是系統分析和系統相關的思考。

摩擦系統???123

摩擦和磨損不是材料性質。 它們是對特定摩擦學系統的響應，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中的摩擦學子系統概述了影響摩擦和磨損值的常見因素：

這種摩擦學系統由集體應力/操作投入，系統結構和功能損失輸出組成。集體壓力包括技術和物理負荷參數，包括載荷，滑動速度和持續時間，以及運動和溫度條件強調系統結構。 系統結構由包括基體，相對體和環境以及中間介質的基本元件的性質分布確定。

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

最大的挑戰是摩擦和磨損值不能輕易地從一個系統轉移到另一個系統，例如從摩擦學試驗臺到實際應用。 測量值之間的比較僅在基于非常相似的摩擦學系統時才可行。 材料的摩擦學行為可以根據建模和仿真測試的具體應用進行估算，只要應用和測試環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家Guillaume Amontons和Charles-Augustin de Coulomb的摩擦的基本規律在宏觀層面上描述。 這些物理學家發現所產生的摩擦力與施加的正常載荷之間存在線性關系。 基于此，可以推導出一個無量綱的主要參數，稱為摩擦系數。 它由所產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生在微觀層面，這意味著摩擦學的摩擦學理論也涉及表面的形貌。 摩擦學家區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。 滑動配對接觸區域內的物理和化學基本過程隨后導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系統的結構以及誘發的集體應力的強烈影響：

μ= f（摩擦結構（t），誘發集體應力（t））

w = f（摩擦結構（t），誘發集體應力（t））

摩擦和磨損機制不是以孤立的方式發生，而是通過疊加對量化和控制的挑戰的機制的疊加。 這種疊加發生在摩擦技術系統中，以不可檢測的比例和按時間和地點變化的比例發生，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測試對估計摩擦學行為至關重要。 如果我們要解釋和理解摩擦學測量的數據和機制導向的研究，我們需要對摩擦接觸中的作用機理的完整知識。

摩擦學家根據摩擦，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。 由潤滑劑產生的流體膜具有承載能力。
• 摩擦力 III:?????? 流體動力學摩擦力：通過在流體中剪切來確定摩擦系數。 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,“源于流體動力學或彈性流體動力學流體膜，而這阻止了兩個表面的直接接觸。

如何利用摩擦學改進可衡量產品

摩擦學測試使我們能夠獲得有關材料摩擦性能的信息，以推動新的更好的材料設計。 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性質。

摩擦學測試結果和表面分析方法有助于我們根據各種因素和影響，估計摩擦磨損，破壞機理，現有材料轉移膜動力學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，填料的協同效應，材料結構以及它們系統結構的其他元素的影響。?

如何利用摩擦學提高軸承材料的效率和延長使用壽命？

摩擦學優化的接觸表面

• 確定影響摩擦系統的關鍵因素
• 確定提高效率和減少磨損的解決方案，包括：
  • 使用摩擦和磨損優化材料。
  • 優化材料配對，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性能有有益影響的設計

有哪些因為摩擦學研究而帶來軸承技術進步的例子？

關于軸承技術的歷史進步，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開發的第一臺自潤滑平滑金屬聚合物軸承。

摩擦學被用在在哪些行業和應用中？

摩擦學在兩個接觸表面相互移動的應用中起著核心作用。 由于其任務關鍵性，連續運行要求或極端條件，有些行業對摩擦學系統提出了更高的要求。

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

當設計描述摩擦和磨損的實驗時，摩擦學測試可以放置在六個主要類別之一，從一類的現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場試驗，其中可能包括延長的運行條件。 這導致較差重復性，但接近摩擦學系統將面臨的現實要求。

類別 II:?????? 在工廠環境中使用完整的設備進行實驗。 這些實驗可以實現接近正常操作條件的結果，并且可以在一段時間內進行以復制延長的操作條件，同時減少環境影響。

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

類別 IV:?????使用按比例縮小的測試設備進行實驗室測試。

類別 V:??????在具有測試設備的樣品上進行實驗，以提供接近正常操作條件并具有優異的重復性。

類別 VI:????? 使用簡單的實驗室測試設備進行臺架測試。

重要的是，在第一至第三類中，原始摩擦體的系統結構需保持一致，只有集體壓力得到簡化。 類別II和III提供比I類更可重復的集體壓力。相反，在IV至VI類中，系統結構被簡化，其缺點是將測試結果的可轉移性降低到可比較的實際摩擦技術系統的可預測性。 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，但測試結果的可轉移性也增加了。

我們如何將測試類別應用于子摩擦系統軸承？

軸承材料的摩擦學測試可分為四大類：

• 產品性能描述，其中包括IV類和III類，以確保結果的可轉移性。
• 生產/制造監督，包括VI至IV類，第三類也有可能。
• 與客戶有關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用時，V類才是相關的。
• 所有類別可能用于支持材料設計師，在初選階段和較高數量類別的開發階段，較低類別可以在子組件和最終產品可用時發揮作用。?

參考文獻：

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

GGB基于摩擦學結果開發摩擦學優化的材料。 我們結合材料科學和性能的這些知識，徹底了解我們產品的摩擦學性能，以及如何與客戶保持一致應用要求。

• 在2019年，GGB推出了3種新產品：EP15工程塑料軸承，專為室外和太陽能應用而設計，具有抗紫外線性能; PyroSlide?1100是粉末金屬軸承，其設計可承受高達800°C / 1472°F的溫度; AuGlide?，專為高負荷應用而設計的無鉛雙金屬滑動軸承。 GGB還推出了聚合物涂料的新產品線，該產品線可用于幾乎任何表面，可簡化設計，具有自潤滑性，并具有化學和腐蝕保護功能。
• 2018年，GGB推出了適用于流體力學應用的摩擦自潤滑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青銅和燒結鐵軸承，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品系列，包括強大，穩定的高負載，低磨損要求的結構。
• 新型DX?10軸承獲得了2008年北美Frost＆Sullivan年度7-8級卡車軸承類別產品創新獎的殊榮，該獎項以行業新產品和技術的卓越表現而獲獎。
• 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用的需求。
• 1986年推出HI-EX?軸承材料，應對高溫應用。
• 在美國推出了第一條長絲纏繞產品，包括 GAR-MAX?，支持高靜態和動態負載。
• 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制造出第一個工業密封系統專利，以密封工業蒸汽機中的活塞桿。

潤滑劑是摩擦學的一部分，但在某些情況下，潤滑可以內置在摩擦系統部件的材料中。

因此，材料設計師為干式潤滑條件創建特定的材料，通過減少或消除液體潤滑劑，實現與摩擦和磨損相關的卓越摩擦學性能。?

因為軸是軸承子系統的摩擦學系統結構的基本要素。 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：

• 材料及其化學和物理性質
• 幾何性質，包括形貌和接觸比。

摩擦學系統的范圍在軸承選擇中至關重要。 將包括以下考慮內容：

1. 誘發壓力：

• 負載性質
• 運動性質
• 溫度
• 時間

2. 交配對象：

• 材料，包括物理和化學性質
• 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. 界面介質及其性質

4. 環境介質及其性質

5. 建筑導熱系數。