機車

[拼音]：mocaxue

[英文]：tribology

研究表面摩擦行為的學科。摩擦學是研究相對運動的相互作用表面間的摩擦、潤滑和磨損，以及三者間相互關係的基礎理論和實踐（包括設計和計算、潤滑材料和潤滑方法、摩擦材料和表面狀態以及摩擦故障診斷、監測和預報等）的一門邊緣學科。世界上使用的能源大約有1/3～1/2消耗於摩擦。如果能夠盡力減少無用的摩擦消耗，便可大量節省能源。另外，機械產品的易損零件大部分是由於磨損超過限度而報廢和更換的，如果能控制和減少磨損，則既減少裝置維修次數和費用，又能節省製造零件及其所需材料的費用。不過，摩擦也有可供利用的一面。

簡史

人類對摩擦現象早有認識，並能用來為自己服務，如史前人類已知鑽木取火。《詩經·邶風·泉水》已有“載脂載舝，還車言邁”的詩句，表明中國在春秋時期已較普遍地應用動物脂肪來潤滑車軸。應用礦物油作潤滑劑的記載最早見於西晉張華所著《博物志》。書中提到酒泉延壽和高奴有石油，並且用於“膏車及水碓甚佳”。但長久以來摩擦學的研究進展緩慢。直到15世紀，義大利的列奧納多·達芬奇才開始把摩擦學引入理論研究的途徑。1785年，法國C.A.de庫侖繼前人的研究，用機械齧合概念解釋幹摩擦，提出摩擦理論。後來又有人提出分子吸引理論和靜電力學理論。1935年，英國的F.P.鮑登等人開始用材料粘著概念研究幹摩擦。1950年，鮑登提出了粘著理論。關於潤滑的研究，英國的O.雷諾於1886年繼前人觀察到的流體動壓現象，總結出流體動壓潤滑理論。20世紀50年代普遍應用電子計算機之後，線接觸彈性流體動壓潤滑的理論有所突破。對磨損的研究開展較晚，50年代提出粘著理論後，60年代在相繼研製出各種表面分析儀器的基礎上，磨損研究才得以迅速開展。至此綜合研究摩擦、潤滑和磨損相互關係的條件已初步具備，並逐漸形成摩擦學這一新的發展中的學科。

學科範圍

摩擦學研究的物件很廣泛，在機械工程中主要包括：

（1）動、靜摩擦副，如滑動軸承、齒輪傳動、螺紋聯接、電氣觸頭和磁帶-錄音頭等；

（2）零件表面受工作介質摩擦或碰撞、衝擊，如犁鏵和水輪機轉輪等；

（3）機械製造工藝的摩擦學問題，如金屬成形加工、切削加工和超精加工等；

（4）彈性體摩擦副，如汽車輪胎與路面的摩擦(見地面車輛力學)、彈性密封的動力滲漏等；

（5）特殊工況條件下的摩擦學問題，如宇宙探索中遇到的高真空、低溫和離子輻射等，深海作業的高壓、腐蝕、潤滑劑稀釋和防漏密封等。此外，還有生物中的摩擦學問題，如研究海豚面板結構以改進艦隻設計，研究人體關節潤滑機理以診治風溼性關節炎，研究人造心臟瓣膜的耐磨壽命以謀求最佳的人工心臟設計方案等。地質學方面的摩擦學問題有地殼移動、火山爆發和地震，以及山、海、斷層形成等。在音樂和體育以及人們日常生活中也存在大量的摩擦學問題。

摩擦學涉及許多學科。例如油潤滑的金屬摩擦副，處於完全流體潤滑狀態的滑動軸承的承載油膜，基本上可以運用流體力學的理論來解算。但是齒輪傳動和滾動軸承這類點、線接觸的摩擦副，在計算它的流體動壓潤滑的承載油膜時，還需要考慮接觸變形和高壓下潤滑油粘度變化的影響；在計算摩擦阻力時則需要認真考慮油的流變性質（從應力、應變、溫度和時間幾方面研究物質變形和流動的物理性質），甚至要考慮瞬時變化過程的效應，而不能把它簡化成牛頓流體。如果油膜厚度接近於接觸表面的粗糙度，還需要考慮表面紋理對潤滑油的阻遏和疏導作用，以及油溫所引起的熱效應。油膜再薄，兩摩擦表面粗糙峰點將發生接觸或碰撞，接觸峰將分擔一部分載荷，接觸峰點區域處於邊界潤滑狀態。在使用油性新增劑時，表面形成吸附膜，而在使用極壓新增劑時，表面形成反應膜。各種摩擦狀態，以及各種表面膜的生成和破裂，都與磨損的發生和發展有密切關係。為了瞭解磨損的發生發展機理，尋找各種磨損型別的相互轉化以及複合的錯綜關係，則需要對錶面的磨損全過程進行微觀研究。這樣，僅就油潤滑金屬摩擦副來說就需要研究潤滑力學、彈性和塑性接觸、潤滑劑的流變性質、表面形貌、傳熱學和熱力學、摩擦化學和金屬物理等問題，涉及物理、化學、材料、機械工程和潤滑工程等學科。隨著科學技術的發展，摩擦學的理論和應用必將由巨集觀進入微觀，由靜態進入動態，由定性進入定量，成為系統綜合研究的領域。

摩擦學系統

摩擦學問題涉及多種因素，錯綜複雜，應用系統分析的方法進行研究，可以明瞭諸因素之間的依賴和制約關係，以及分析問題的思路。圖1以油潤滑金屬摩擦副為例表示摩擦學系統的組成，它表明運動件、靜止件、潤滑油和環境大氣間的相互作用原理。圖2是摩擦學系統的過程，用功能平面和由它分解出的3個概念性平面（功平面、熱平面、材料平面）來表示。材料平面包括固體材料面、流體（潤滑油、氣體）平面和反應產物平面。圖中畫出這些概念性平面間可能發生的摩擦學過程。垂直的實線表示化學轉變過程，垂直的虛線表示由功轉到熵的過程，它們都集中到熱平面上。因此係統過程圖是分析摩擦學問題時的有力工具。