基本介紹
概況,研究簡史,學科範圍,系統,
概況
摩擦學是研究相對運動的作用表面間的摩擦、潤滑和磨損，以及三者間相互關係的理論與套用的一門邊緣學科。
摩擦學系統過程研究
摩擦學系統過程研究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，則既減少設備維修次數和費用，又能節省製造零件及其所需材料的費用。
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 的鑽木取火。《詩經·邶風·泉水》中有“載脂載宣，還車言邁”的詩句，表明中國在春秋時期已套用動物脂肪來潤滑車軸。
套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，義大利的李奧納多·達文西才開始把摩擦學引入理論研究的途徑。
摩擦學研究的對象很廣泛，在機械工程中主要包括動、靜摩擦，如滑動軸承、齒輪傳動、螺紋聯接、電氣觸頭和磁帶錄音頭等；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；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；彈性體摩擦，如汽車輪胎與路面的摩擦、彈性密封的動力滲漏等；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，如研究海豚皮膚結構以改進艦隻設計，研究人體關節潤滑機理以診治風濕性關節炎，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。如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，就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，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 也會發生接觸或碰撞，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。在使用油性添加劑時，表面形成吸附膜，而在使用極壓添加劑時，表面形成反應膜。
為了了解磨損的發生髮展機理，尋找各種磨損類型的相互轉化以及複合的錯綜關係，需要對表面的磨損全過程進行微觀研究。僅就油潤滑金屬摩擦來說，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，摩擦學的理論和套用必將由巨觀進入微觀，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。
研究簡史
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套用動物脂肪來潤滑車軸。套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，義大利的李奧納多·達文西才開始把摩擦學引入理論研究的途徑。1785年，法國C.庫侖繼前人的研究，用機械嚙合概念解釋乾摩擦，提出摩擦理論。
摩擦學系統過程
摩擦學系統過程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乾摩擦。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年代普遍套用電子計算機之後，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。然而發展成為Tribology還是1966年的事。中譯Tribology為“摩擦學”，在1980年冬才被正式確定。美國接受以Tribology代替Lubrication的地位，始於1984年。
學科範圍
摩擦學研究的對象很廣泛，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。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。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，摩擦學的理論和套用必將由巨觀進入微觀，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。
系統
摩擦學問題涉及多種因素，錯綜複雜，套用系統分析的方法進行研究，可以明了諸因素之間的依賴和制約關係，以及分析問題的思路。互相接觸的兩個物體，當有相對滑動或有相對滑動的趨勢時，在它們接觸面上出現的阻礙相對滑動的力。摩擦對工程技術和日常生活極為重要。摩擦阻礙物體的運動，使運動能量遭受損失，人類生產的總能量有很大一部分就是這樣被消耗掉的。因摩擦而損失的機械能轉化為熱，使機器中許多滑動面必須冷卻。同時，摩擦還伴隨著表面材料的損失，即發生磨損。磨損使零件的尺寸改變，失去應有的精度和功能。世界上有很大一部分生產力就是用於補充、替換因磨損而變為無用的零件的。
摩擦學系統過程
摩擦學系統過程因此，人們採取各種減小摩擦的措施，例如在相對滑動的表面上施用潤滑劑；用輪子、滾柱和滾珠使滑動改為滾動等。但摩擦也有有用的一面，許多傳動與制動設備是通過摩擦起作用的。常用的皮帶傳動功能就是通過摩擦力實現的；汽車和機車的行駛也要依靠地面和鋼軌上的摩擦力。嚴冬冰雪覆蓋路面，有時必須在汽車後輪上加裝鐵鏈或在鋼軌上噴砂，才能產生足夠的摩擦力推動車輛前進。若摩擦力完全消失，則結繩、織布、打釘、執筆以至坐立行走，都將成為不可能。因此，摩擦又是人類生存所不可缺少的。
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。因此系統過程圖是分析摩擦學問題時的有力工具。
