表面形貌

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表面形貌
surface topography

   摩擦副表面的几何形态和性质。当相关的工作表面间存在薄的润滑油膜时，工作表面靠近会使两表面的峰谷阻遏或疏导润滑油的流动，这将影响摩擦力和油膜厚度的计算结果。两表面再靠近，则两面峰顶发生接触或碰撞，由此而产生的摩擦热不仅对油有热效应，而且会影响边界膜的形成和破裂。至于接触着的摩擦副表面的磨合和磨损过程，当然更与表面的原始形貌和磨痕形貌有关。表面形貌对于研究摩擦学问题十分重要，但直到20世纪60年代人们才逐渐认识，到70年代后期才将它与表面损伤联系起来研究。
   表面形貌的表征方式  真实表面属于三维几何形态，可用直角坐标系(图1[三维表面形貌])描述为工作表面,为表面高度坐标轴。某一截面的表面轮廓平均高度线(中线)为坐标轴(图2[截面的表面轮廓])，对高度均值有多种表达方法，如轮廓算术平均值[0027-05]和均方根值[0027-06]，式中L是取样长度。它们是表征 方向尺寸的一维参数。表征轮廓起伏的间距和频率,则是方向尺寸的一维参数，如轮廓曲线在中线上相邻交点间的截距均值S m或中线交点密度均值[0027-01]。表征截面轮廓的二维形貌，需要用和两个方向的参数组成。但为了表征轮廓的变化差异，还需要用更多的参数描述。如果表面形貌分布属于正态型的，若选配合理仅用 3个一维参数组即足以表达。P.R.纳雅克根据随机理论，推荐用[6]、[0027-01]和[0027-02]3个参数。其中[0027-01]是单位长度内轮廓曲线跨越中线次数的均值（即中线交点密度）；[0027-02]是单位长度内峰顶数目的均值（即峰顶密度）。
   对于摩擦学问题，不仅需要了解轮廓高度变化规律，还需要了解轮廓分布不对称于中线的程度、轮廓各点的斜率均值、平均峰顶曲率和平均峰高等。
   表面形貌的综合效应  对于摩擦学问题，必须考虑组成摩擦副的两个表面的综合效应。对于真实（考虑粗糙度效应的）表面的接触和摩擦磨损问题，不仅要研究干摩擦工作情况，更应考虑界面间有润滑剂或各种表面膜存在的工况。
   ①  表征油膜厚薄常用无量纲参数膜厚比[a1]＝/[6]。式中是油膜厚度;[0027-07]是综合粗糙度存在润滑膜的摩擦副,[a1]＞3属于完全弹性流体动压润滑状态,由油膜承担绝大部分载荷，不会粘着[a1]＜1属于边界润滑状态，容易粘着,即使发热不大也可能发生粘着1≤[a1]≤3，属于部分弹性流体动压润滑状态，表面起伏会影响润滑油的流动，可能发生粘着。
   ②  接触表面峰顶碰撞,如为塑性变形,可能会导致粘着。判别变形是否进入塑性，可用塑性指数[4]作为依据。峰顶物理模型若取成球面，根据弹塑性理论可导出
              [0028-01]式中是峰顶材料的综合弹性模量
          [0028-02]其中E1和E 2是组成摩擦副两零件的材料弹性模量,1和2是它们的泊松比，H 表示峰顶材料的布氏硬底，[6]是平均峰高（平均峰顶位置高度的均方根植）,是平均峰顶的曲率半径。
　　　　　　　　　　　　　　　　　郑林庆