摩擦与磨损特性：从摩擦因数到滑动摩擦力

摩擦与磨损属于材料表面力学性能的范畴，两者有密切联系，有摩擦必然会产生磨损，但对某一材料而言，摩擦因数小的料，其耐磨损性不一定也小，如PTFE的摩擦因数虽小，约为0.1但耐磨性不良，磨损系数高达74.22×10^-8mm³/（N·mm），所以摩擦及磨损要分开来研究。

1.摩擦特性

两个相互接触的物体在切向力作用下发生相对运动时在接触表面间产生的阻止切向运动的阻力，即为摩擦力，这种现象称为摩擦。两表面间的切向力与作用于接触表面的法向力之比，称为摩擦因数，它是表示材料摩擦特性的指标。在相同条件下，两种材料之间的摩擦因数大，则摩擦力大。摩擦因数对每一种材料而言不是常数，它随各种条件的变化而变化。

摩擦形式很多，按运动形式可分为滑动摩擦、滚动摩擦；按运动状态可分为静摩擦、动摩擦；按润滑方式可分为无润滑的干摩擦，以及有润滑剂形成润滑膜的边界摩擦、流体摩擦、混合摩擦（由干摩擦、边界摩擦、流体摩擦组成的混合状态的摩擦）、固体润滑材料的固体摩擦等。按摩擦零件的工作形式可分为斜面摩擦、平面摩擦、螺纹连接摩擦、齿轮摩擦、轴承摩擦、滚动摩擦等。不同摩擦形式工作的零件各有不同工作特性和要求，如螺纹连接零件要求旋紧后有足够的摩擦力满足自锁条件；滑动轴承零件要求摩擦转矩小，以降低功耗和摩擦热等。需要装拆的塑料组装件，需要选择摩擦因数适当的材料，以便于装拆。对制动片或摩擦焊的塑料制品，则要选用摩擦因数大、摩擦特性稳定的材料。由此可见，任何工作形式的零件在工作时都存在着摩擦现象，并应按工作要求选用大小不同的摩擦因数，所以摩擦因数是表示摩擦特性的主要指标。

我国测试摩擦因数的试验的标准有：GB 3960—1983《塑料滑动摩擦磨损试验方法》，GB/T 5478—2008《塑料 滚动磨损试验方法》；GB 10006—1988《塑料薄膜和薄片摩擦系数测定方法》等。

（1）静摩擦与静摩擦因数f_s 当两个静止的塑件表面在正压力（法向力）作用下，沿接触界面的表面分子间会互相吸附，加工痕迹形成的峰尖、峰谷会互相嵌合，并产生塑性或弹性变形，因此如需使其产生相对位移，则必须施加切向力，用以克服粘附力及犁削峰谷的阻力，这种阻碍静止物体产生相对运动趋向的阻力称为静摩擦力，这种状态即为静摩擦状态。静摩擦力的大小与接触表面间的状态及正压力大小有关，静摩擦力与正压力的关系式为

N/F=f_s

式中N是正压力（法向力，N）；F是静摩擦力（N）；f_s是静摩擦因数，是表示接触表面摩擦特性的因数，且随各种因素的影响而变化。

（2）滑动摩擦与动摩擦因数f_k 当静止的两物体在切向力作用下克服了静摩擦力开始发生相对位移滑动时，则变成滑动摩擦状态，其摩擦称其滑动摩擦，此时静摩擦因数转为动摩擦因数，若要维持滑移运动，则需要克服滑动摩擦力。滑动摩擦因数也是法向力与滑动摩擦力之比。通常静摩擦力及静摩擦因数比动摩擦力及动摩擦因数大。但有的塑料例外，如F4的f_k≈f_s，故常利用它作机床导轨可防止爬行。

在一定条件下，多数塑料的摩擦因数较低，且随负荷的增大而降低，随滑动速度增大而增大。摩擦因数的大小与材料性能有密切的关系，而且与对磨材料的品种及上下位置有关，表7-3及表7-4所列为部分塑料的静、动摩擦因数值。

表7-317 种材料组合的静摩擦因数f_s

注：本表中静摩擦因数f_s是接触压力为184Pa滑板以13°/s的速度增加倾角，公称接触面为4cm×4cm，测试温度为20℃，相对湿度为60%，界面为干燥环境下试验测得的。

表7-4 14种材料组合的动摩擦因数fk

注：本表中的数据是接触压力为80Pa；滑动速度为6.2cm/s，于常规环境条件下测得的。

（3）滚动摩擦 在塑料制品中常见用钢球（珠）或钢柱在塑料制品表面上做滚动运动的，此时钢球对塑料表面产生滚动摩擦，其受力情况如图7-1所示。

图7-1 钢球的受力图

当钢球受负载N作用时，塑料表面产生凹陷的弹性变形，钢球向前滚动必须克服塑料弹性变形的阻力，形成了滚动摩擦力F，如果要驱动滚珠前进，则必须克服摩擦力矩M，其力平衡关系为

M=Fr=Nl

滚动摩擦因数f_r=F/N=l/r

式中，各符号意义如图7-1所示。

滚动摩擦的特点如下：

1）滚动摩擦因数f_r比滑动摩擦因数f_k小，且与塑料弹性模量的立方根E¹/3、钢球半径r成反比。

2）塑料表面硬度高，表面粗糙度值小，则f_r及M减小；温度高、滚动速度高、空气阻力大，则f_r及M增大。

（4）影响摩擦特性的因素 各种资料中介绍的摩擦因数都是在设定的条件下测得的，而且分散性较大，所以这些数据仅能作为参考。在对比不同材料摩擦特性或选用数据时必须要注意数据的测试条件。影响摩擦特性的主要因素有以下一些：

1）材料性能。材料的极性、结晶度，剪切强度、压缩强度、弹性模量、自润滑性、润湿性及添加剂（如MoS₂、硅油、青铜粉、PTFE粉等）都会影响材料的摩擦特性。

通常，对称分子链排列的塑料（如PE、PTFE），交联热固性塑料，硬度高及刚性大的塑料，相对分子质量低的塑料，结晶型塑料及结晶度高的塑料，玻璃纤维或碳纤维增强塑料，含硅油、PTFE、石墨、MoS₂的填充塑料，自润滑性塑料（如PA，即使在无润滑条件下，其摩擦因数仅为0.1～0.3）等塑料的摩擦因数及摩擦阻力均较小，主要品种有PC、ABS、PA、PVC、POM、PE、PTFE、MPPO、PI、PPS、UHMWPE及热固性塑料。一般热固性塑料对钢的f_k平均值为0.51，无定形塑料对钢的f_k平均值为0.48～0.22，（其中，PC、ABS、PVC对钢的fk较低），结晶型塑料对钢f_k为0.31～0.11（其中PE、PTFE对钢的f_k最低）。填料对动摩擦因数的影响见表7-5。

表7-5 填料对动摩擦因数的影响

注：组分中的百分含量指质量分数；试样经抛光或切削加工，塑料对磨。

滑动摩擦因数与材料的取向有关，平行方向的f_k小于垂直方向的。

2）对磨材料。各种塑料与不同材料对磨时，其f_s及f_k也不同，而且与材料在上面和下面有关，见表7-3和表7-4。

3）接触压力。当接触压力增大时f_k按非线性关系上升，当压力上升到临界值时，f_k按指数曲线迅速下降。

4）滑动速度。提高滑动速度，f_k随之增大，当速度增大到临界值时，因塑料表面形成熔融薄膜而成为边界润滑状态，则f_k下降，但磨损增大。通常，在室温下和中、低速范围内，速度增大，摩擦持续时间长，则f_k随之增大。

5）环境温度。温度变化对f_k影响很大，在80℃以下，f_k随温度的升高而增大，当温度升高到临界值后，f_k随温度升高而下降，但PTFE等对温度变化不敏感的塑料，f_k变化较小。

低温状态时，f_k通常会下降；但有润滑剂时，低温下如果润滑膜破裂，则润滑作用下f_k增大，会发生摩擦面咬粘、磨损变大等现象。

6）湿度与介质。吸湿性塑料，（如PA）随着湿度的增大，f_k也变大；吸水性小或憎水性塑料，则刚好相反；而一般塑料，湿度的变化对f_k影响不大。

摩擦表面受粉尘污染、介质侵蚀或老化都会增大f_k，且易发生咬合；在真空环境中f_k也会增大。

7）表面粗糙度。表面粗糙度Ra值小、表面平整，则f_k小，而且摩擦状态稳定。但与材料粘附性有关的，如PTFE与低表面粗糙度值小的钢表面对磨时f_k会增大，只有与适当表面粗糙度的钢表面摩擦时，f_k才会随表面粗糙度的下降而下降。

8）润滑状态。要根据对磨材料、摩擦状态选择合适的润滑剂才有效果。通常，润滑剂的极性强，分子链长，则降低摩擦的效果好，所以油脂类润滑剂的润滑效果比矿物油好。但是，必须注意润滑剂不能对塑料有腐蚀作用，否则会因溶胀等现象而导致摩擦增大及咬合。另外，为了提高材料的抗摩擦及抗磨耗性，也可在塑料中加入润滑耐磨性填料组成内润滑结构，如在PTFE中加入硅油可形成耐高温润滑脂，适用于高速运转场合。表7-6所列为几种塑料在20℃以下，接触压力为20kN时所得到的润滑与f_k的关系。

表7-6 动摩擦因数f_k与润滑的关系

9）其他。如果塑件在能量场内做摩擦运动，如在交变电场中工作的制品，因电致热效应使材料温度升高，从而会导致摩擦因数变化。

2.磨损特性

磨损是指两个相互接触的塑料制品或塑料与其他材料组成摩擦副发生相对运动时零件摩擦表面发生的质量损失现象。它可最终导致破坏工作表面及精度，产生冲击振动和噪声，或致使制品破损。磨损是摩擦运动的必然产物，因此需要研究各种材料的抗磨损性能及磨损特性。

（1）磨损过程 通常磨损过程可分为三个阶段，如图7-2所示。

图7-2 磨损过程

Ⅰ—磨合阶段 Ⅱ—稳定磨损阶段 Ⅲ—加剧磨损阶段

1）磨合阶段。在摩擦初期，对磨表面粗糙度发生变化，且表面形成硬化层，随着摩擦时间的延长，最后对磨表面形成新的表面粗糙度及互相吻合的硬化层，摩擦表面处于稳定状态。该过程称为磨合，对磨面称为磨合面。这一过程占全磨损过程比率很小，但却非常重要，它直接影响后续的磨损特性。磨合效果好，则耐磨性好。磨合过程是摩擦零件使用时必然会经历的过程，所以使用者应合理地控制磨合过程，以取得较好的磨合效果。影响磨合质量的有两个因素：

①磨合后的表面粗糙度。在磨合阶段应人为地选择适当的接触压力、温度、润滑剂、滑动速度和时间，使磨合面获得优于原始表面的最佳和稳定的表面粗糙度值。

②磨合后表层材料的性能。磨合时的接触压力、滑动速度与时间对表层材料的性能影响很大，压力大、速度快、时间长，则表层材料因摩擦热增大而产生塑性变形的成分增大，成为塑性接触，表面性能下降，磨损增大，表面粗糙度值下降，因此磨合规范应保持负载不超过屈服强度。形成弹性接触磨合，则磨合面质量较好。

2）稳定磨损阶段。无论磨合效果如何，摩擦面经磨合后都要进入磨损相对较稳定的摩擦阶段。该阶段磨损会缓慢发展，产生细粉状微粒，磨损速度较平稳，磨损量缓慢上升。该阶段在整个磨损过程中占比较大，其持续时间长短决定于磨合质量及摩擦工作条件。

3）剧烈磨损阶段。经过相当长时间的磨损后，表面状态恶化，材质发生变化，出现热疲劳、裂纹、划痕、剥蚀等弊端，且其交织在一起会出现木屑状碎片，使材料失去抗磨性能，发生剧烈磨损而导致制品失效。

（2）磨损类型 各种摩擦条件可形成多种磨损形式，按参与磨损的物质可分为固体磨损（包括磨粒磨损）、流体磨损（气体或液体）、混合磨损（如液体、气体、磨粒混合物的输送管道等）；按摩擦界面间的介质可分为干磨损、边界磨损、磨粒磨损；按摩擦面的变形可分为弹性变形磨损、塑性变形磨损、微切削磨损；按磨损机理可分为粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损。塑料制品常见的磨损形式有如下一些：

1）滑动磨损（包括往复运动的微动磨损）。滑动摩擦时无论是干摩擦还是有润滑摩擦，在运转过程中都会发生滑动磨损，按磨损机理属于粘着磨损。这类制品，如滑动轴承、动密封圈、导轨、活塞环、制动零件等。这种磨损是磨损量最大的一种磨损类型。

粘着磨损是指当对磨表面在适当的滑移速度、温度和时间范围条件下，材料表面在粘着剪切作用下会产生向对磨表面转移的薄膜，其厚度约为2～3nm，能起到润滑界面的作用，使磨损速率趋于稳定。不同的塑料生成转移膜的能力不同，PTFE、UHMWPE、HDPE、LDPE能生成连续片状的转移膜，PA66、POM只能生成断续膜，PP、PMMA则不易生成转移膜。随着剪切过程继续发展，转移膜会发生破裂而形成纤维状细条，最终变成细丝磨屑，使磨损速率增大。粘着磨损的磨损量与载荷、滑动距离成正比，而与摩擦副中较软材料的硬度成反比。磨损速率还与温度、表面粗糙度等有关。

2）滚动磨损（疲劳磨损）。如齿轮、凸轮类制品在工作过程中发生滚动摩擦，摩擦面上会产生弹性变形，在长期交变接触应力和应变作用下表面会产生表面疲劳，出现细微裂纹、银丝、斑点等瑕疵。而且随着摩擦过程的继续发展，微小裂纹向四周及纵深延伸贯联成薄鳞片裂纹，使接触表面形成接触压痕和不规则的塑性变形，进而使分子链断裂导致材料粉化剥落。

3）磨粒磨损。当两种不同硬度的材料或不同表面粗糙度的表面对磨或摩擦表面间夹入硬质杂质时，在摩擦过程中硬质颗粒物对软质材料表面形成磨粒磨损。摩擦形式不同，磨粒磨损的形式也不同，如润滑剂中有杂质，摩擦面有粉尘，则会发生刮削磨损、而输送水泥的管道，则表面会受流体磨粒磨损和颗粒冲击管道表面的冲击磨损。磨粒磨损的速率与材料压痕硬度、划痕硬度、表面破裂强度、摩擦形式及条件、硬粒料尺寸形状等诸多因素有关。

4）腐蚀磨损。它是指塑件与腐蚀介质接触时，由于表面材料发生溶胀、溶解或降解脆化而导致材料剥蚀的磨损。

除上述主要磨损形式外，塑料制品还会存在老化磨损、蠕变磨损等多种形式，且在实际工作中经常遇到的是由多种磨损类型组成的综合性磨损，因此一定要分清主次，针对不同的磨损类型采取相应的措施来提高制品的耐磨性。

（3）磨损质量指标 关于测定材料的磨损性能，我国已制订了相关的标准、GB/T 5478—2008《塑料滚动磨损试验方法》和GB 3960—1983《塑料滑动摩擦磨损试验方法》，并规定与ISO 9352：1995《塑料用磨轮测定耐磨耗性能的方法》标准相类似，采用Taber磨耗试验机用规定尺寸和材质的磨轮，以设定的转速及压力带动试样旋转对磨，经设定的试验时间后，测量试样的各种磨损程度，如磨痕宽度、磨耗深度、磨损体积或质量及性能变化等各种指标数据用作度量材料的磨耗性能。常用的耐磨性度量指标有下列几种：

1）磨损量。用测量磨损面法向尺寸磨耗前后的尺寸变化量或体积变化值（常用于比较不同密度的材料，单位为mm³/kr）或质量变化值（常用于比较相同或相近密度材料时，单位为kg/kr）作为度量指标。这些指标统称为磨损量。

2）磨损率。磨损率是磨损量与经历磨损的时间之比，用以度量材料的磨损速率。

3）磨损度。它是磨损量与滑动距离或摩擦功之比。这是度量材料磨损时需花费的能量大小的。磨损度大则表示单位磨耗功产生的磨损量大，材料耐磨性差。各种磨损度的定义见表7-7。

表7-7 各种磨损度的定义

注：各式中，Δh是法向线尺寸的变化值；L是滑移距离；ΔV是磨损前后制品体积变化值；Δm是磨损前后质量变化值；N是法向力；F及f分别是摩擦力及摩擦因数，A_a是表观摩擦接触面积。

4）磨耗深度 及磨痕宽度可借用摩擦面的磨耗深度或磨痕宽度来表达磨损量，其中磨耗深度对鉴别径向尺寸磨损量有实际意义。

5）[pv]值 它是指两对磨制品接触面之间的接触压力p和相对滑动速度v之积的极限值。这是从塑料聚积热能特性来度量磨损性的指标。由于塑料耐热性差，在负载p及速度v作用下产生的摩擦热会使材料温度上升，从而使摩擦表面软化，甚至熔融而失效。因此，常用负荷p与速度v之积来表示材料聚集的热能，pv值越高，则材料聚集的热能越多。为了表征材料在最恶劣工况条件下的耐磨性，常将材料在短期内破坏的pv值为极限pv值，用[pv]来表示，并用它来表示材料的耐磨性。[pv]值是判断不同材料耐磨性的重要参数，尤其对塑料轴承类制品是一项重要的技术指标，其单位为MPa·m/s。但[pv]值不是常数，同一种材料在不同p、v及温度和摩擦副结构下，[pv]值也不同，需按实际情况确定。

塑料的耐磨性通常由试验测定，并用适当形式的指标给予表征。由于影响材料耐磨性的因素很多，所以采用的指标也有差异，在评定材料的磨损性能时必须注意区分测试数据的试验条件，条件相近的才有鉴别意义。本书收集了几种测试条件下测得的磨损数量，供读者参考分析。

（4）磨损值的计算 在制品设计时需要参考有关资料提供的磨损性指标的数据，并进行制品的磨损量计算，如预测磨损寿命或校核设计可行性等。

制品的允许磨损量是由制品工作条件决定的，如轴承类制品的允许磨损量就是由径向间隙决定的，所以不同的制品有不同的计算方法，本节只介绍几种常见的形式。

1）磨损量计算。以质量变化或体积变化来表示的磨损量，计算公式为

ΔV=KNs

Δm=ρKNs(https://www.xing528.com)

式中，ΔV是体积磨损量（mm³）；Δm是质量磨损量（g）；K是磨损系数（又称磨耗比例常数），其定义是载荷为1N，滑动距离为1mm时的体积磨耗量，试验所得磨损系数见表7-8；N是平均法向力（N）；s是滑动摩擦距离（mm）；ρ是预测材料的密度（g/mm³）。

部分塑料的磨损量见表7-9。

表7-8 几种塑料的磨损系数K [单位：10^-8mm³/（N·m）]

注：本表内的数据是用旋转钢盘端面对塑料试样圆销端面短时快速试验测得，测试条件为：s=100m，N=33N，v=0.208m/s。

表7-9 部分塑料的磨损量（试验负载9.8N）

2）磨耗深度计算。在我国的磨损量测试标准中，磨耗深度也是规定的指标之一，它是度量摩擦面磨耗深度的，其计算式为

式中，Δd是磨耗深度（mm）；ΔV是磨耗量（mm³）；A是表观接触面积（mm²）；p为接触压力（MPa）；v是相对运动速度（m/s）；t是摩擦时间（s）；s是摩擦距离（mm），s=vt；N是接触正压力（N），N=pA；K是磨损系数。

3）径向尺寸磨损量计算。由于塑料有耐磨、消声、防振、耐蚀等优点，故常用于制作摩擦零件，如滑动轴承的轴瓦、轴套、动静密封圈、活塞环、滚动轴承的保持圈等。这些零件在使用中都必须保证严格的径向尺寸及配合间隙。但在运行中因磨损的缘故，必然导致径向尺寸及间隙变化。为了保证正常工作及使用寿命，工作中允许的最大径向尺寸变化值（即间隙值）就是允许的最大磨损量，故需用径向尺寸磨损量作为磨损度量指标。磨损量的大小及磨损速度与负荷大小、轴转速、内、外直径、运转时间成正比。但与轴瓦的宽度成反比，并与磨损系数有关。有两个以不同测试数据计算径向尺寸磨损量的近似计算公式：

ΔD=10³K′pvt

ΔD=KNnt/B=60KNvt/（πBD）

式中，ΔD值是径向直径方向尺寸磨损量（mm或m）；N是轴瓦上的负载（径向负载，N）；p是径向压力（MPa）；v是轴表面速度（m/s）；n是轴转速（r/s）；t是工作时间（或磨损寿命，s）；B、D为轴瓦宽度和直径（m）；K及K′是磨损系数，部分塑料的K值及K′见表7-10及表7-11。

表7-10 几种塑料K值

注：本表中的数据是在无润滑状态下测定的。

表7-11 几种塑料K′值 （单位：10^-10mm²/N）

注：本表中百分数为质量分数。

4）[pv]值的确定。一些资料中介绍的[pv]值都是在特定条件下对应一定的线速度而言的，是指一对摩擦材料在摩擦运动表面允许承受的接触压力和相对运动速度之积的最大值，超过极限值时塑料件的摩擦表面即软化失效，所以要满足下列关系式：

式中，T、[T]是实际工作温度及允许工作温度；p、p_max是指滑动摩擦投影面上的表面压力及允许最大压力（MPa）；v、v_max是滑动摩擦体相对滑移线速度及允许最大线速度（m/s）；pv、[pv]是工作中的pv值与允许的pv值；K是安全修正系数，根据工作环境及条件而定，如工作温度、湿度、连续或间歇工作、有无润滑等。

为安全起见，K常取1/2～2/3，对连续长期工作，一般取0.3～0.5。例如，PA轴承的[pv]=0.09MPa·m/s，在连续干摩擦时，[pv]取0.035MPa·m/s；在用油或水润滑时，[pv]取0.07～0.09MPa·m/s；在间歇或偶然工作时，[pv]取0.35MPa·m/s。此外，[pv]值还随不同摩擦状态而变化，如果齿轮和轴承的摩擦特性不同也会影响[pv]值，可靠的方法是做模拟试验确定[pv]值。几种塑料的[pv]值见表7-12和表7-13。

表7-12 几种塑料[pv]值

注：本表中百分数指质量分数。

表7-13 塑料圆柱体外圆与钢（静止）对磨时[pv]值

（续）

注：本表中百分数指质量分数。

图7-3所示为部分工程塑料的pv值。

5）磨痕宽度的计算。磨损宽度是测定耐磨性的指标，几种塑料的磨痕宽度数据见表7-14和表7-15。

图7-3 部分工程塑料的pv值（23℃，RH50%）

a）1—铸型尼龙 2—尼龙+MoS₂ 3—尼龙66 4—氟塑料+陶瓷粉 5—氯化聚醚 6—聚四氯乙烯 b）1—铸型尼龙 2—尼龙+MoS₂ 3—氟塑料+陶瓷粉 4—尼龙66 5—氯化聚醚6—聚四氟乙烯

表7-14 几种塑料的磨痕宽度

表7-15 几种塑料磨损特性

6）能量磨损度的计算。PTFE广泛用作机床设备的拖板导轨，与机床的金属长导轨发生滑动摩擦。其工作环境恶劣，摩擦面上有尘土、切屑、油污等，润滑条件不良，属于混合磨损状态，而且移动速度变化多，停歇起动换向频繁，各段使用程度不同，磨损不均匀，磨损率较高，故常采用能量磨损度来度量磨损性能。其表达式为

K=ΔV/（NL）=ΔV/（Nvt）

式中，K是能量磨损度，其值为体积磨损量与摩擦功之比（mm³/（N·m））；ΔV是体积磨损量（mm³）；N是负荷（N）；v是平均滑动速度（m/min）；t是运行时间（min）；L是滑行距离（m），L=vt。

目前，我国已有用PTFE及其复合材料制成的导轨软带和环氧树脂导轨涂料。一般纯PTFE软带的K≤1×10^-6mm³/（N·m）（f_k<0.05），环氧涂料的K≤5×10^-3mm³/（N·m）（f_k<0.06，磨痕宽度<3mm）。

导轨的磨损量也可用磨损深度及磨损率来表示

Δh=K₁t或Δh=K₁′NL=K₁′Nvt

式中，K₁是磨损率；K′₁是磨损系数；N是导轨平均负荷；L是滑动距离；v是滑动速度；t是工作时间（或机床使用时间）；Δh是磨损深度。

7）滚动摩擦磨损量。塑料滚轮、滚子、滚动导轨体等制品在工作中都会发生滚动磨损。摩擦形式不同，磨损形式及磨损量的计算方法也不同。

①被动磨损量。滚动导轨的导轨体，工作时仅受滚子的纯滚动摩擦作用，其表面会发生表面疲劳磨损，常用导轨的寿命来度量磨损性能，计算公式为

式中，T是导轨寿命（h）；N是疲劳极限时的循环次数，常取N=10⁷；n是每分钟循环次数；s是一个行程中接触次数s=L/2p（L是行程长度，p是滚子体节距）；F₁是在N循环次数时导轨承受的负荷（疲劳极限）；F₂为导轨承受的负荷。

该公式是以纯滚动摩擦为前提而设置的，实际工作时还会发生滑动磨损和磨粒磨损等，从而会大大地降低导轨的寿命。

②滚子磨损量。通常，塑料滚子常用作脚轮、滑轮、导轮类制品，工作要求不同，计算磨损的方法也不同，如滑轮与导轨有配合间隙要求时，则要计算径向尺寸磨损量；而对滚轮有抗表面疲劳磨损时，则要计算磨损深度。

（5）制品磨损的计算与耐磨性的校核 各类摩擦零件在设计中经强度设计及蠕变、疲劳或冲击强度计算后都需根据工作情况进行磨损量计算并校核磨损寿命，如齿轮、滑动轴承、动密封圈、活塞环、导轨等都需要按不同内容校核磨损性。既可在确定工作条件下校核磨损寿命，也可在确定的寿命指标下校核滑动速度、负载等。有时可能要校核几项参数，如滑动轴承制品要校核径向尺寸磨损量及pv值等有关参数。

例：用60%青铜粉填充的PTFE塑料轴承套，选用pv=0.3MPa·m/s<[pv]=0.5～0.7MPa·m/s。已知径向磨损系数K=2.3×10^-10mm²/N，允许径向磨损量Δd=0.15mm，试校核使用寿命T。

解：T=Δd/（Kpv10³·3600）=[0.15/（2.3×10^-10×0.3×10³×3600）]h=603h

（6）影响磨损的因素 影响磨损的因素很多，凡对摩擦有影响的因素都会影响磨损性。常见的影响磨损的因素见表7-16。

表7-16 常见的影响磨损的因素

1）材料性能。材料性能是决定磨损特性的主要因素。其中，表面硬度是影响磨损率的最重要的材料性能，在粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损条件下选用表面硬度高的材料可有效地控制磨损程度。

弹性模量对磨损率影响较大，当材料断裂强度相同时，弹性模量大，则磨损率亦大，尤其对不平而粗糙的表面影响更大。

摩擦因数与磨损率呈指数关系，摩擦因数大，磨损率会成倍增长。

疲劳强度对齿轮类制品疲劳磨损影响很大，对模数大于1的塑料齿轮，疲劳磨损是主要的失效形式，其磨损速率大，表面疲劳点不断被磨去，可决定齿轮的使用寿命。

摩擦副材料搭配对磨损性能也有较大的影响。通常，只有通过试验才能知悉效果，设计人员应尽量参考经验资料来选择搭配材料。经齿轮试验证明，当无内润滑性的塑料与钢配对时磨损较大，如钢/PC等；同种材料配对时磨损因数也较高，尤其是PC、改性PPO更明显；选择不同材料适当配对，可有效地降低磨损系数，如POM/PA66配对无需加入内润滑剂也可降低磨损系数；当然加入内润滑剂，如填充PTFE的PC、POM、PPO等填充改性塑料都可有效地降低磨损系数。

塑料的耐热性、热导率、线胀系数对轴承、动密封圈、活塞环、齿轮等较高速度下工作零件的磨损性有很大影响，耐热性低的塑料不仅磨损量大，而且还会发生咬合等现象。

2）表面粗糙程度及平整度。当未磨合表面摩擦时表面粗糙或表面不平都会增大磨损量，尤其是软硬材料对磨时，表面粗糙和硬材料会犁削、刮削软材料使磨损增大，但如果软材料能粘附填满硬材料表面的峰谷凹坑，则也会减轻磨损程度。

当摩擦表面有排屑或导油槽时，沟槽边缘应倒角或加工成圆角，以免刮掉润滑剂，防止边缘唇口加剧磨损。

3）负载形式。摩擦表面承受大负载、交变负载或负载不均匀（如轴和轴承套不同轴）则会破坏润滑膜，增大摩擦面塑性变形成分导致应力集中及疲劳，随之增大磨损率。

4）滑动摩擦因数、滑动速度、移动距离及时间与磨损率成正比。速度大、行程长、时间长，则摩擦热大，从而会降低材料的耐磨性，破坏润滑膜导致磨损增大，尤其在微动（振动）摩擦时更严重。

5）表面温度。摩擦表面温度高会导致材料软化、降解、氧化、油膜破裂、润滑剂粘度下降等，从而形成磨粒磨损和粘着磨损，进而会加剧磨损。因此，当使用温度较高时必须考虑散热、冷却措施。

6）环境条件。工作环境中温度、湿度、尘埃、腐蚀介质、老化、电磁场、辐射、静电等因素都使材料性能下降，进而增大磨损，所以在制品设计时必须要考虑工作环境条件。

降低不同磨损类型的磨损程度宜选用的措施见表7-17。

表7-17 不同磨损类型宜选用的减摩措施

注：表中√、△、×分别表示该因素控制磨损程度有效、一般、无效。