零件配合表面和摩擦副接触表面都具有一定的粗糙度,粗糙表面间的接触行为对接触部件的真实承载能力、密封性、接触刚度、摩擦磨损等性能都有重要影响,大约有80%的损坏零件是由各种形式的接触失效或磨损引起。从表面真实形貌的表征入手,利用接触力学和损伤力学的相关方法探究粗糙表面在不同工况下的微接触特性和摩擦磨损性能,为高速、重载、长寿命、高可靠性滑动摩擦接触元件的设计制造提供理论和试验依据,对国民经济发展和人类日常生活具有重要意义。本文主要研究内容和结论如下:1)确定统计学方法和分形理论的粗糙表面形貌表征参数,完成粗糙表面形貌的表征与拟合。通过分析表面粗糙度的构成,利用统计学方法和分形方法,结合轮廓仪测量结果,得到二维和三维的粗糙表面轮廓高度分布。根据轮廓高度分布以及测点数据,利用最小均方误差法和抛物面拟合法等得到拟合的二维和三维粗糙表面,为后续接触分析和摩擦学特性研究建立基础。研究结果表明,采用最小均方误差法得到的二维和三维表面轮廓与原始表面形貌的拟合度较高,有助于后续粗糙表面弹塑性加卸载接触的多级模型分析研究。2)建立粗糙表面点接触和线接触加卸载多级模型,并通过试验和仿真的方法对模型进行验证。首先根据总体级别与微凸体级别下单个微凸体上的支承载荷相等,将两个级别下的接触模型相联系,建立适用于点接触和线接触的粗糙表面接触加卸载多级模型。通过线接触和点接触的循环法向加载试验,结合和有限元仿真对模型进行验证,分析粗糙表面加卸载行为,得到真实接触面积、法向变形量与接触载荷之间的关系曲线,深入研究粗糙表面的真实接触行为。研究结果表明模型得到的结果与试验和有限元仿真结果相近,这对于从微观尺度研究粗糙表面真实接触行为具有实际的指导意义。3)在粗糙表面接触加卸载多级模型的基础上,引入切向力的作用,构建点接触滑动摩擦副多尺度摩擦力学模型。该模型针对点接触球-盘滑动摩擦副,结合微凸体级别的切向滑移,考虑宏观尺度下随着滑动循环次数的累积而造成摩擦副接触界面磨损量的增加,完成总的切向摩擦力到犁沟摩擦力和剪切摩擦力的分解。以转速和法向载荷为主要影响因素,构建周向纹理和径向纹理两种各向异性粗糙表面初始形貌,并以磨削抛光的各向同性粗糙表面作为对照组,进行粗糙表面滑动摩擦试验,研究各因素对稳态摩擦系数和摩擦切向力的影响。利用ABAQUS软件提供的二次开发接口,完成球-盘摩擦副的有限元建模,计算不同表面形貌的Mises应力、等效塑性应变、犁沟力和剪切力等,通过仿真的方法定量地验证模型和试验的正确性,解决宏观摩擦副构件和微观表面形貌微凸体存在的多尺度耦合问题。研究结果表明:滑动摩擦的稳态摩擦系数与磨损率正相关,周向纹理表面的稳态摩擦系数最大,无纹理各向同性表面次之,径向纹理表面最小;无论何种初始表面形貌,随着转速的增加,稳态摩擦系数先减小后增大,随着法向载荷的增加,稳态摩擦系数呈增长趋势;较深较宽的表面纹理具有更高的稳态摩擦系数和更大的瞬时波动;稳态摩擦系数也与摩擦副材料的选取有关。4)基于点接触滑动摩擦副的初始磨损率和稳定磨损率,提出粗糙表面滑动磨损表征方法,得到不同工况下磨损行为与摩擦特性的适配规律。从粗糙表面滑动摩擦试验中获取球-盘摩擦副的质量磨损量数据,建立磨损表征模型,得到质量磨损量、质量磨损率、磨损系数与磨损时间的关系曲线。根据不同工况下的质量磨损量试验结果,分析法向载荷、滑动速度和初始表面形貌对摩擦磨损的影响,探究磨屑形态和粒度分布与磨损状态的关系。研究结果表明,对于表面粗糙度各向异性的粗糙表面,粗糙表面的纹理方向会对滑动摩擦副的摩擦学特性产生影响,带来不同的质量磨损量,且质量磨损率、稳态摩擦系数、磨屑中值粒径等参数指标与其正相关。