摩擦学是研究表面摩擦、磨损和润滑科学的统称。其中,摩擦的研究是摩擦学的基础内容,一直以来,在对摩擦的研究中,其法向载荷大多数是由人为或者固定的重物施加。在正常情况下,人们很少考虑大气对摩擦的影响,但是由于大气的存在以及摩擦副表面的接触面积的变化,有可能造成表面存在不同的压力差,此外还有不同粗糙度及其变形、承载面积、润滑剂等差异的存在,这些都会影响到表面的接触性能和摩擦学性能,从而最终影响实际摩擦过程。本文受马德堡半球实验的启示,基于大气压与真空环境形成的压差提供法向载荷,并通过调节不同的真空度以控制法向载荷大小来对不同压力差条件下接触表面间的摩擦规律加以研究。主要研究内容如下:1.分别建立了不同压差下有无润滑剂两种接触表面的摩擦模型,从能量的角度分析了接触界面气体对摩擦的影响,得出随着真空度(压差)增大,则静摩擦系数先减小后增大。基于粘着摩擦理论并借助支撑面曲线分析了不同压差下表面粗糙度对摩擦的影响,得出在不同真空度的工况条件下,在一定范围内,随着表面粗糙度的增大,静摩擦系数逐渐减小;对于不同表面粗糙度的摩擦副,随着真空度的增大,其静摩擦系数的增长率呈现增大的趋势。基于边界润滑理论分析了不同压差润滑剂作用下的摩擦规律,得出对于加入润滑剂的摩擦副,随着真空度的增大,导致静摩擦系数逐渐增大;对于润滑油参与的同种材料摩擦副,在同一真空度下,静摩擦系数随着表面粗糙度(Ra和Rq)的增大而减小;在润滑剂作用下,随着真空度增大,表面粗糙度越小的摩擦副,静摩擦系数的增长率越大。2.实验装置的搭建,基于手摇滑台丝杆传动机构搭建出不同压差下测量摩擦力的实验装置,将推拉力计固定在丝杆滑台上,使其随着滑台一起推进,实验利用半球和盖板形成密闭空间,以丝杆机构所能提供的推力范围设计半球的尺寸,并在盖板上安装阀门和真空表,阀门用于控制真空度,通过循环水真空泵抽出半球内的空气以形成真空环境。再利用压力机扩展装置进行对比实验,通过压力机施加量程内(1KN)任意大小的法向载荷,测量其半球与盖面接触的摩擦力。3.基于已搭建的装置分别就不同压差下接触界面气体和接触表面粗糙度对摩擦影响的理论分析进行验证实验,实验一对由两种金属材料及三种非金属材料组成的钢-钢、钢-铝合金、有机玻璃-钢、聚丙烯-钢、聚苯硫醚-钢、有机玻璃-铝合金、聚丙烯-铝合金及聚苯硫醚-铝合金八种摩擦副进行测量,并利用压力机搭建的扩展实验装置进行大气压对比实验,再结合理论分析得出:随着真空度(压差)的增大,接触表面间的最大静摩擦力近似呈现线性变化;随着真空度的增大,对于硬度较大的摩擦副,静摩擦系数先减小后趋于稳定,而对于硬度较小的摩擦副,静摩擦系数先减小后有增大的趋势。实验二分别用四种不同表面粗糙度(Ra和Rq)的钢-钢和钢-铝合金两类摩擦副进行实验,结合理论分析得出:同一类摩擦副(材料相同),在不同真空度(压差)下,一定范围内,随着表面粗糙度的增大,静摩擦系数逐渐减小;对于硬度值较小的摩擦副,当表面粗糙度减小时,随着真空度的增大,其静摩擦系数的增长率呈现增大的趋势,而对于硬度值较大的,其静摩擦系数增长率的变化并不明显,可以忽略。4.基于已搭建的实验装置对不同压差润滑剂作用下摩擦规律的理论分析进行实验验证,用菜籽油作为润滑剂,并利用与第三章介绍的两组和另外三种不同表面粗糙度的钢-钢和钢-铝合金两类摩擦副分别进行润滑实验,与第三章的实验结果进行对比,结合理论分析得出:随着真空度(压差)的增大,静摩擦系数逐渐增大,且慢慢向未加润滑油的逼近;当真空度较小时,表面粗糙度对润滑状态下的静摩擦系数影响较小,当真空度较大时,其静摩擦系数随表面粗糙度(Ra和Rq)的增大而略有减小;对于润滑状态下的同类金属摩擦副,随着真空度增大,表面粗糙度越小的摩擦副,其静摩擦系数增长率越大。