“摩擦”一詞，表述的是兩個(gè)物體表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象：機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、物體的變形、化學(xué)變化、失效的機(jī)理等等。而汽車一般可以分解為好些個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)又都由上千個(gè)零部件組成，其中的多數(shù)都存在著相互運(yùn)動(dòng)，這都是我們恰好需要潤(rùn)滑的原因。
1.你真的知道什么是“摩擦”？
自從打開了微觀世界的大門，我們知道了物體的表面是不平整的，而物體也因此給了我們特別的觸感。比如圖a，物體表面肉眼看到的可能是光滑的，但微觀上起伏不平，有無(wú)數(shù)的“小山丘”。當(dāng)然，更精細(xì)的方法可以在微觀上得到光滑的平面，比如圖b，藍(lán)寶石、鉆石都可能斷裂形成這樣的結(jié)果，每一個(gè)臺(tái)階都是光滑的，但臺(tái)階和臺(tái)階之間依然存在凸起。工程上為此定義了“粗糙度”這個(gè)參數(shù)。
物體表面接觸的方式
當(dāng)兩個(gè)物體相接觸時(shí)，可能出現(xiàn)c中的情況，實(shí)際接觸的是無(wú)數(shù)個(gè)“小山丘”，這些“小山丘”首先會(huì)受到力的作用出現(xiàn)變形；也有可能出現(xiàn)d中的情況，另一個(gè)物體被臺(tái)階所阻礙而難以位移，最后也會(huì)因?yàn)樽枇Χa(chǎn)生變形。
不論如何，在兩個(gè)物體要發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，這種“小山丘”或者“小臺(tái)階”，就好像有無(wú)數(shù)牙齒咬在一起，對(duì)運(yùn)動(dòng)形成阻礙，而材料的變形會(huì)積蓄勢(shì)能，在壓力消失恢復(fù)原狀時(shí)勢(shì)能轉(zhuǎn)化為熱能消散，微觀上的表現(xiàn)就是分子之間的撞擊導(dǎo)致了熱運(yùn)動(dòng)的加劇，這就是摩擦損失的本質(zhì)。只要壓力足夠大，“小山丘”受到擠壓發(fā)生的變形就無(wú)法逆轉(zhuǎn)，最終會(huì)使物體表層更加褶皺，更或者導(dǎo)致整個(gè)物體內(nèi)部失效。
潤(rùn)滑的意義就是使用機(jī)油，將有微觀接觸的兩個(gè)面分開，更柔和的傳遞兩個(gè)物體之間的作用力，適當(dāng)?shù)母纳谱冃魏湍p的情況。
微觀圖解
磨損作為零部件表面失效最直觀的現(xiàn)象，也就被用來(lái)評(píng)價(jià)潤(rùn)滑的狀態(tài)了。磨損失效有很多種類型，但可以通過(guò)多種方式進(jìn)行歸類，比如磨損的傷痕外觀上可以分為拖痕、刮傷還是溝槽；比如造成損傷的原因是一次強(qiáng)烈的沖擊帶來(lái)的磨損，還是千萬(wàn)次沖擊最終導(dǎo)致的疲勞。
粘性磨損
舉個(gè)例子上中黃色部分的是焊接材料，當(dāng)上半部分黑色的物體相對(duì)下方灰色的物體發(fā)生移動(dòng)時(shí)，一部分焊接材料被拖動(dòng)，中間出現(xiàn)了斷裂，這就會(huì)導(dǎo)致上下兩個(gè)物體焊接不牢。再比如下圖中，紅色物體作為外來(lái)的，較為堅(jiān)硬的顆粒，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)較軟的材料造成了損傷，等等。
異物磨損
2.原來(lái)保養(yǎng)周期就是依照磨損程度來(lái)定義！
不曉得大家對(duì)4S店門外經(jīng)常貼著的幾個(gè)保養(yǎng)階段說(shuō)明是否還有印象？其實(shí)那就是依據(jù)磨損的程度來(lái)進(jìn)行定義的。
汽車上的幾大系統(tǒng)
第一個(gè)階段是所謂的磨合：
零部件表面我們所看不到的“小山丘”，固然是無(wú)法完全消除的，但在出廠之期，兩個(gè)零件進(jìn)行相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，“小山丘”的隨機(jī)性就會(huì)使當(dāng)中的一部分顯得鶴立雞群，與對(duì)面的“小山丘”匹配得不是那么好，牙齒和牙齒咬得更緊，摩擦就變得更大。磨合不能用力過(guò)猛，也是擔(dān)心這部分“小山丘”引起的不穩(wěn)定會(huì)傷害正常表面。
這部分鶴立雞群的“小山丘”由于更容易受到碰撞，也就優(yōu)先被磨損掉，直至彼此接觸的棱角消除圓滑世故，達(dá)到一種契合。這個(gè)階段的磨損因此顯得比較快速，多余被削掉的材料分散進(jìn)入機(jī)油，導(dǎo)致雜質(zhì)積累的速度也比較快，所以首保要求的里程也比較少。
第二階段是我們正常的使用階段：
即零部件壽命的關(guān)鍵。“小山丘”在機(jī)油的保護(hù)下，磨損依然長(zhǎng)期進(jìn)行，不過(guò)相對(duì)平緩很多。
但金屬都有一種叫做“疲勞”的特性。不知道大家是否有所體會(huì)，一根鐵絲第一次對(duì)折是比較費(fèi)力的，掰直以后進(jìn)行第二次第三次對(duì)折就越來(lái)越輕松，直到第七次第八次對(duì)折的時(shí)候，會(huì)突然斷裂。
3.兩個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)看磨損
當(dāng)微觀表面的“小山丘”在千萬(wàn)次的形變中出現(xiàn)了疲勞，最后即使只施加輕微的受力，都會(huì)成為擊垮它的最后一根稻草。所以進(jìn)入第三階段以后，千萬(wàn)座“小山丘”開始紛紛倒下，磨損開始加速，導(dǎo)致零部件迅速的進(jìn)入生命的結(jié)尾，也就是維修率大幅提升的階段。
零部件不同壽命階段的磨損速度
下面的例子包含了兩個(gè)物品的兩項(xiàng)試驗(yàn)，從上到下分別是磨合、穩(wěn)定以及失效的三個(gè)階段，微觀上的磨損、劃痕都是一步步開始，越演越烈，直至走向滅亡的。
零部件不同壽命階段的磨損狀態(tài)
那么，機(jī)油又是如何對(duì)磨損進(jìn)行保護(hù)的呢？19世紀(jì)末到20世紀(jì)這段歷程中，許多科研工作者對(duì)機(jī)油的研究工作，相關(guān)理論也不斷的成熟起來(lái)。Stribeck是當(dāng)中一位先驅(qū)，他的貢獻(xiàn)是一條以他名字命名的曲線。
機(jī)油對(duì)運(yùn)動(dòng)件的保護(hù)存在三種狀態(tài)。假如運(yùn)動(dòng)件相互之間間隙很小，則稱為邊界潤(rùn)滑，此時(shí)摩擦系數(shù)一般在0.1~0.15之間；當(dāng)運(yùn)動(dòng)件之間間隙足夠大，以至于被油膜分開時(shí)，稱為流體潤(rùn)滑，摩擦系數(shù)一般在0.01左右；這兩種之間的過(guò)度狀態(tài)稱為混合潤(rùn)滑，針對(duì)機(jī)械工作狀態(tài)以及特定的環(huán)境，需要選擇相應(yīng)的潤(rùn)滑方式。
Stribeck 曲線
但不論是哪一種方式，既然“小山丘”之間會(huì)像牙齒一樣咬緊、發(fā)生碰撞，形成摩擦，只要機(jī)油適當(dāng)?shù)膶⒔佑|的兩個(gè)物體分開，“小山丘”和“小山丘”之間被填充，就能保證它們之間不再相互碰撞。零部件之間這樣一個(gè)平滑、穩(wěn)定的環(huán)境，也就是潤(rùn)滑了。如果一款機(jī)油的粘度過(guò)低，就無(wú)法在運(yùn)動(dòng)件之間形成有效的油膜，“小山丘”和“小山丘”最后還是會(huì)發(fā)生碰撞；而如果一款機(jī)油的粘度過(guò)高，則粘滯會(huì)形成額外的阻力。
4.至于合成機(jī)油和礦物機(jī)油的差異究竟在哪里？
機(jī)油粘度大體上是由分子大小所決定的，分子越大則粘度越高。礦物油的分子大小以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，受到外界影響后，當(dāng)中一部分分子的大小結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)變異，最終使粘度發(fā)生變化。而合成機(jī)油的分子非常一致，相比之下可靠性好太多。
礦物油與合成機(jī)油的微觀對(duì)比
當(dāng)然，機(jī)油的作用不僅僅是解決摩擦問(wèn)題而已，它還起到冷卻、清潔以及密封的作用。
鉆木取火是摩擦生熱的結(jié)果，如果說(shuō)冷卻系統(tǒng)帶走的是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒生成的多余熱量，那么機(jī)油帶走的實(shí)際上就是零部件之間高速運(yùn)動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱量。針對(duì)機(jī)構(gòu)之間運(yùn)動(dòng)的劇烈程度以及環(huán)境溫度，選擇不同級(jí)別的機(jī)油是比較好的做法。
機(jī)體內(nèi)部的雜質(zhì)來(lái)源就非常多了，比如前面提到的磨合階段或者正常工作時(shí)磨損掉落的材料，比如發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)物殘留等等，都會(huì)對(duì)“小山丘”造成不必要的傷害，所以也需要機(jī)油來(lái)充當(dāng)“清道夫”的角色。細(xì)小的微粒會(huì)被分散在機(jī)油里，而已經(jīng)生成的大顆粒，或者附著在活塞等位置的積碳，最終都會(huì)被機(jī)油沖刷掉，帶到油底殼接受過(guò)濾。
機(jī)油清潔度的評(píng)價(jià)及測(cè)試業(yè)內(nèi)都有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，一般認(rèn)為顆粒的尺寸與部件運(yùn)動(dòng)間隙相當(dāng)時(shí)，會(huì)引起嚴(yán)重的磨損，直徑在50~100μm以上的大顆粒根本進(jìn)不到零件之間的間隙，只有5~15μm的顆粒危害是******的，這種尺寸是什么概念呢？一根頭發(fā)的直徑約為80μm。對(duì)每100ml機(jī)油中直徑******的顆粒進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可以對(duì)被測(cè)油樣進(jìn)行一個(gè)評(píng)級(jí)。
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