“摩檫學(xué)”(tribology)這個(gè)名字來(lái)源于單詞“tribos”，意思是“摩擦”，“logy”，意思是“科學(xué)”；因此，摩擦學(xué)是研究物體相互摩擦的科學(xué)。沒(méi)有摩擦，我們就不能坐在椅子上，不能用手握住一杯果汁，也不能聽(tīng)小提琴演奏的聲音。另一方面，由于摩擦太大，早上我們無(wú)法打開(kāi)抽屜拿新襪子，甚至無(wú)法打開(kāi)窗戶讓空氣進(jìn)入會(huì)議室，更不用說(shuō)通過(guò)門進(jìn)入會(huì)議室了。

       摩擦力FF是當(dāng)施加作用力F（如重力）時(shí)抵消一個(gè)物體在另一個(gè)物體上的運(yùn)動(dòng)的力。兩個(gè)物體被一個(gè)法向力FN壓在一起；例如，自己的體重。比如用抹刀將潤(rùn)滑脂涂在物體表面，想要在物體表面形成一個(gè)確定的潤(rùn)滑薄膜，需要在速度和壓力之間進(jìn)行平衡，以達(dá)到合適的潤(rùn)滑膜厚度。

圖1

流變學(xué)和潤(rùn)滑脂成膜能力有聯(lián)系嗎

       在上面的例子中，抹刀“漂浮”在潤(rùn)滑脂膜上，潤(rùn)滑脂的粘度和稠度決定了形成合適潤(rùn)滑薄膜所需的力。潤(rùn)滑脂成膜性是摩擦學(xué)的一個(gè)重要因素，其中還有流變學(xué)起著重要的作用。作為一個(gè)摩擦學(xué)系統(tǒng)，潤(rùn)滑膜的形成如 圖2 所示。用確定的法向力向下壓抹刀。為了形成潤(rùn)滑薄膜，刮刀必須傾斜并提高速度。來(lái)自油脂的向上力抵消了抹刀的作用并將其提起。如果涂抹潤(rùn)滑脂時(shí)向下（正常）用力過(guò)猛，或速度過(guò)快，就會(huì)使?jié)櫥∧な?。如果法向力大于向上的力，薄膜就?huì)破裂。如果速度太快，潤(rùn)滑脂和抹刀之間的摩擦力太大，就無(wú)法形成光滑的潤(rùn)滑薄膜。

圖2：從摩擦學(xué)家的角度看用刮刀涂抹潤(rùn)滑脂的原理

       在摩擦學(xué)中，通過(guò)“Stribeck 曲線”描述了與速度相關(guān)的潤(rùn)滑薄膜的形成和摩擦性能的變化。Richard Stribeck (1861-1950) 是一位德國(guó)科學(xué)家和工程師，他研究了滑動(dòng)軸承中潤(rùn)滑脂的成膜特性。他發(fā)現(xiàn)摩擦特性與兩個(gè)表面之間形成的潤(rùn)滑膜之間存在明顯的相關(guān)性。

圖3：Stribeck 曲線示意圖及原理

       Stribeck 觀察到，在低速下，主要是兩個(gè)表面相互作用并決定摩擦（邊界摩擦）。摩擦由摩擦系數(shù) μ 表示，它是摩擦力FF與法向力FN之間的比率。隨著滑動(dòng)速度的增加，潤(rùn)滑脂被輸送到表面之間的空間，就像刮刀和物體之間的潤(rùn)滑脂一樣，潤(rùn)滑脂向上的力將表面推開(kāi)（混合摩擦）。表面被推開(kāi)得越遠(yuǎn)，摩擦力就越小。當(dāng)表面不再接觸時(shí)，摩檫達(dá)到最小。這是彈性流體動(dòng)力摩擦狀態(tài)。如果形成潤(rùn)滑薄膜，它們可以防止或減少磨損。當(dāng)滑動(dòng)速度進(jìn)一步增加時(shí)，潤(rùn)滑薄膜變厚。就像在流動(dòng)曲線中一樣，潤(rùn)滑脂的內(nèi)摩擦隨之增加，因此整個(gè)摩擦系統(tǒng)的摩擦再次增加（流體動(dòng)力摩擦）。Stribeck 曲線隨黏度變化而變化， 如圖4 所示。

圖4：Stribeck 曲線示意圖及原理

       可以觀察到兩個(gè)主要影響：如果黏度增加，漂浮所需的速度會(huì)降低，表面就會(huì)被提前推開(kāi)。此外，流體動(dòng)力摩擦的斜率隨黏度的增加而增加，正如您在流動(dòng)曲線中所期望的那樣。隨著黏度的變化，物體表面會(huì)發(fā)生什么變化？如果往潤(rùn)滑脂中添加了更多的潤(rùn)滑油，黏度就會(huì)太低，無(wú)法形成合適厚度的潤(rùn)滑膜。

在 Stribeck 曲線中看到了什么

       Stribeck 曲線測(cè)試的測(cè)試條件可以靈活的調(diào)整以滿足您的需求。我們非常愿意為您的樣品設(shè)計(jì)合適的測(cè)量程序。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Stribeck 曲線測(cè)試程序包含兩個(gè)測(cè)量段：1. 松弛時(shí)間：測(cè)量系統(tǒng)移動(dòng)到測(cè)量位置，直到達(dá)到臨界法向力。摩擦系統(tǒng)需要時(shí)間來(lái)放松測(cè)量系統(tǒng)移動(dòng)到測(cè)量位置時(shí)產(chǎn)生的力。2. 測(cè)量系統(tǒng)按照速度斜率以對(duì)數(shù)方式增加的旋轉(zhuǎn)速度，同時(shí)法向力也受到控制。其他程序可以擴(kuò)展測(cè)量配置文件，例如：1.  如果需要，測(cè)試過(guò)程可以重復(fù)。重復(fù)顯示了磨合過(guò)程，并顯示了磨合的主要影響發(fā)生在哪里。2. 減速斜率。增加和減少速率通常不一致。

       下面是一些樣品的測(cè)試曲線。通常，摩擦系數(shù)會(huì)被繪制為滑動(dòng)速度的函數(shù)。摩擦系數(shù)作為滑動(dòng)距離的函數(shù)也是有用的，特別是當(dāng)你對(duì)摩擦學(xué)系統(tǒng)的靜態(tài)摩擦感興趣時(shí)。如果啟動(dòng)速度足夠慢是，可以確定靜摩擦。分析了各種狀態(tài)，包括邊界摩擦（包括靜摩擦）、混合摩擦和（彈性）流體動(dòng)力摩擦。如果比較不同成分或制造工藝的樣品，則可以確定關(guān)鍵參數(shù)。如果它們?cè)谶吔鐫?rùn)滑和表面相互作用占主導(dǎo)地位的情況下顯著差異，那么低速和添加劑性能就至關(guān)重要。另一方面，如果它們?cè)诨旌夏Σ梁土黧w動(dòng)力學(xué)摩擦狀態(tài)中差異更大，則潤(rùn)滑脂的流動(dòng)特性及其成膜能力就至關(guān)重要。通過(guò)這種方式，可以確定最合適的潤(rùn)滑脂、材料或表面的成分或制造工藝。請(qǐng)注意，目標(biāo)是定義適合應(yīng)用的摩擦學(xué)特性，不一定要確定高/低摩擦或磨損等。摩擦學(xué)測(cè)量模型揭示了哪些受測(cè)試產(chǎn)品變化的影響最大。摩擦學(xué)測(cè)量模型和應(yīng)用之間的比較可以顯示潤(rùn)滑脂的變化，例如，潤(rùn)滑脂如何影響應(yīng)用中的性能，以及哪些現(xiàn)象可能是造成這種情況的原因。這實(shí)現(xiàn)了有效的優(yōu)化。

潤(rùn)滑脂用于滑動(dòng)的還是用于抓握的

       縱觀這些潤(rùn)滑脂的例子，靜摩擦和動(dòng)摩擦都是很重要。在靜態(tài)情況下，可能需要潤(rùn)滑脂來(lái)固定部件，例如在蝸輪蝸桿齒輪中的自鎖性。另一方面，部件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，潤(rùn)滑脂需要快速成膜以確保低阻力的運(yùn)動(dòng)。在另一種情況下，可能需要低靜摩擦，例如，座椅中的高度調(diào)節(jié)器，客戶不希望施加很大的力來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在邊界摩擦和靜摩擦狀態(tài)下，主要的判斷依據(jù)是摩擦系數(shù)的最大值和它轉(zhuǎn)換成混合摩擦的速度。在需要低啟動(dòng)扭矩的應(yīng)用中，最大摩擦系數(shù)需要很低，最好是在動(dòng)摩擦水平。一個(gè)需要高啟動(dòng)扭矩但在運(yùn)動(dòng)中具有良好的潤(rùn)滑性的應(yīng)用，需要高靜摩擦系來(lái)自持性能，但也需要隨著速度的增加快速降低這些值。

圖5：通過(guò) Stribeck 曲線評(píng)估潤(rùn)滑脂

       潤(rùn)滑脂1 具有相對(duì)較低的靜摩擦，低速時(shí)摩擦系數(shù)較低（約 0.1） (~10^-4 rpm）。低于 10^-4 rpm的值屬于靜摩擦，因此樣品之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。摩擦系數(shù)在整個(gè)速度范圍內(nèi)是相當(dāng)恒定的。這種潤(rùn)滑脂非常適合需要低靜摩擦的應(yīng)用，但不適用于需要高靜摩擦的應(yīng)用。潤(rùn)滑脂2 具有相對(duì)較高的靜摩擦；0.2，是潤(rùn)滑脂1的兩倍。如果提高速度，摩擦系數(shù)幾乎下降到潤(rùn)滑脂1的水平；即，在 0~ 0.1 范圍內(nèi) ，潤(rùn)滑脂2 更有利于技術(shù)應(yīng)用。這種潤(rùn)滑脂非常適合需要自持性能的應(yīng)用。有效降低靜摩擦可能有多種原因，比如摩擦膜的形成、添加劑和其他分子可能在表面上發(fā)生反應(yīng)、形成保護(hù)層（如圖 6 所示）或油脂膜使表面保持分離。

圖6：試樣表面形成的摩擦膜（黑色）

       因此，可以從測(cè)量的 Stribeck 曲線中提取大量信息?？梢源_定低速和高速狀態(tài)下（分別為靜摩擦和動(dòng)摩擦）的摩擦學(xué)特性。添加劑的性能、潤(rùn)滑脂的成膜特性和磨損機(jī)制都可以通過(guò)一種測(cè)量來(lái)確定。