“摩檫学”(tribology)这个名字来源于单词“tribos”，意思是“摩擦”，“logy”，意思是“科学”；因此，摩擦学是研究物体相互摩擦的科学。没有摩擦，我们就不能坐在椅子上，不能用手握住一杯果汁，也不能听小提琴演奏的声音。另一方面，由于摩擦太大，早上我们无法打开抽屉拿新袜子，甚至无法打开窗户让空气进入会议室，更不用说通过门进入会议室了。

       摩擦力FF是当施加作用力F（如重力）时抵消一个物体在另一个物体上的运动的力。两个物体被一个法向力FN压在一起；例如，自己的体重。比如用抹刀将润滑脂涂在物体表面，想要在物体表面形成一个确定的润滑薄膜，需要在速度和压力之间进行平衡，以达到合适的润滑膜厚度。

图1

流变学和润滑脂成膜能力有联系吗

       在上面的例子中，抹刀“漂浮”在润滑脂膜上，润滑脂的粘度和稠度决定了形成合适润滑薄膜所需的力。润滑脂成膜性是摩擦学的一个重要因素，其中还有流变学起着重要的作用。作为一个摩擦学系统，润滑膜的形成如 图2 所示。用确定的法向力向下压抹刀。为了形成润滑薄膜，刮刀必须倾斜并提高速度。来自油脂的向上力抵消了抹刀的作用并将其提起。如果涂抹润滑脂时向下（正常）用力过猛，或速度过快，就会使润滑薄膜失效。如果法向力大于向上的力，薄膜就会破裂。如果速度太快，润滑脂和抹刀之间的摩擦力太大，就无法形成光滑的润滑薄膜。

图2：从摩擦学家的角度看用刮刀涂抹润滑脂的原理

       在摩擦学中，通过“Stribeck 曲线”描述了与速度相关的润滑薄膜的形成和摩擦性能的变化。Richard Stribeck (1861-1950) 是一位德国科学家和工程师，他研究了滑动轴承中润滑脂的成膜特性。他发现摩擦特性与两个表面之间形成的润滑膜之间存在明显的相关性。

图3：Stribeck 曲线示意图及原理

       Stribeck 观察到，在低速下，主要是两个表面相互作用并决定摩擦（边界摩擦）。摩擦由摩擦系数 μ 表示，它是摩擦力FF与法向力FN之间的比率。随着滑动速度的增加，润滑脂被输送到表面之间的空间，就像刮刀和物体之间的润滑脂一样，润滑脂向上的力将表面推开（混合摩擦）。表面被推开得越远，摩擦力就越小。当表面不再接触时，摩檫达到最小。这是弹性流体动力摩擦状态。如果形成润滑薄膜，它们可以防止或减少磨损。当滑动速度进一步增加时，润滑薄膜变厚。就像在流动曲线中一样，润滑脂的内摩擦随之增加，因此整个摩擦系统的摩擦再次增加（流体动力摩擦）。Stribeck 曲线随黏度变化而变化， 如图4 所示。

图4：Stribeck 曲线示意图及原理

       可以观察到两个主要影响：如果黏度增加，漂浮所需的速度会降低，表面就会被提前推开。此外，流体动力摩擦的斜率随黏度的增加而增加，正如您在流动曲线中所期望的那样。随着黏度的变化，物体表面会发生什么变化？如果往润滑脂中添加了更多的润滑油，黏度就会太低，无法形成合适厚度的润滑膜。

在 Stribeck 曲线中看到了什么

       Stribeck 曲线测试的测试条件可以灵活的调整以满足您的需求。我们非常愿意为您的样品设计合适的测量程序。一个标准的Stribeck 曲线测试程序包含两个测量段：1. 松弛时间：测量系统移动到测量位置，直到达到临界法向力。摩擦系统需要时间来放松测量系统移动到测量位置时产生的力。2. 测量系统按照速度斜率以对数方式增加的旋转速度，同时法向力也受到控制。其他程序可以扩展测量配置文件，例如：1.  如果需要，测试过程可以重复。重复显示了磨合过程，并显示了磨合的主要影响发生在哪里。2. 减速斜率。增加和减少速率通常不一致。

       下面是一些样品的测试曲线。通常，摩擦系数会被绘制为滑动速度的函数。摩擦系数作为滑动距离的函数也是有用的，特别是当你对摩擦学系统的静态摩擦感兴趣时。如果启动速度足够慢是，可以确定静摩擦。分析了各种状态，包括边界摩擦（包括静摩擦）、混合摩擦和（弹性）流体动力摩擦。如果比较不同成分或制造工艺的样品，则可以确定关键参数。如果它们在边界润滑和表面相互作用占主导地位的情况下显着差异，那么低速和添加剂性能就至关重要。另一方面，如果它们在混合摩擦和流体动力学摩擦状态中差异更大，则润滑脂的流动特性及其成膜能力就至关重要。通过这种方式，可以确定最合适的润滑脂、材料或表面的成分或制造工艺。请注意，目标是定义适合应用的摩擦学特性，不一定要确定高/低摩擦或磨损等。摩擦学测量模型揭示了哪些受测试产品变化的影响最大。摩擦学测量模型和应用之间的比较可以显示润滑脂的变化，例如，润滑脂如何影响应用中的性能，以及哪些现象可能是造成这种情况的原因。这实现了有效的优化。

润滑脂用于滑动的还是用于抓握的

       纵观这些润滑脂的例子，静摩擦和动摩擦都是很重要。在静态情况下，可能需要润滑脂来固定部件，例如在蜗轮蜗杆齿轮中的自锁性。另一方面，部件在运动过程中，润滑脂需要快速成膜以确保低阻力的运动。在另一种情况下，可能需要低静摩擦，例如，座椅中的高度调节器，客户不希望施加很大的力来进行调节。在边界摩擦和静摩擦状态下，主要的判断依据是摩擦系数的最大值和它转换成混合摩擦的速度。在需要低启动扭矩的应用中，最大摩擦系数需要很低，最好是在动摩擦水平。一个需要高启动扭矩但在运动中具有良好的润滑性的应用，需要高静摩擦系来自持性能，但也需要随着速度的增加快速降低这些值。

图5：通过 Stribeck 曲线评估润滑脂

       润滑脂1 具有相对较低的静摩擦，低速时摩擦系数较低（约 0.1） (~10^-4 rpm）。低于 10^-4 rpm的值属于静摩擦，因此样品之间没有相对运动。摩擦系数在整个速度范围内是相当恒定的。这种润滑脂非常适合需要低静摩擦的应用，但不适用于需要高静摩擦的应用。润滑脂2 具有相对较高的静摩擦；0.2，是润滑脂1的两倍。如果提高速度，摩擦系数几乎下降到润滑脂1的水平；即，在 0~ 0.1 范围内 ，润滑脂2 更有利于技术应用。这种润滑脂非常适合需要自持性能的应用。有效降低静摩擦可能有多种原因，比如摩擦膜的形成、添加剂和其他分子可能在表面上发生反应、形成保护层（如图 6 所示）或油脂膜使表面保持分离。

图6：试样表面形成的摩擦膜（黑色）

       因此，可以从测量的 Stribeck 曲线中提取大量信息。可以确定低速和高速状态下（分别为静摩擦和动摩擦）的摩擦学特性。添加剂的性能、润滑脂的成膜特性和磨损机制都可以通过一种测量来确定。