第四章 摩擦、磨損及潤滑概述

1、4-1 摩擦 4-2 磨損 4-3 潤滑劑、添加劑和潤滑方法 4-4 流體潤滑原理簡介 4-0 概述 q 摩擦是相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現象； q 磨損是由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉移； q 潤滑是減輕摩擦和磨損所應采取的措施。 關于摩擦、磨損與潤滑的學科構成了摩擦學(Tribology)。 摩擦學是研究相對運動的作用表面間的摩擦、磨損和潤滑，以及三者間 相互關系的理論與應用的一門邊緣學科。 隨著科學技術的發(fā)展，摩擦學的理論和應用必將由宏觀進入微觀，由靜 態(tài)進入動態(tài)，由定性進入定量，成為系統綜合研究的領域。 世界上使用的能源大約有 1/31/2 消耗于摩擦。如果能夠盡力減少

2、無用 的摩擦消耗，便可大量節(jié)省能源。另外，機械產品的易損零件大部分是由于 磨損超過限度而報廢和更換的，如果能控制和減少磨損，則既減少設備維修 次數和費用，又能節(jié)省制造零件及其所需材料的費用。 概述 摩 擦 二、摩擦的分類 內 摩 擦：在物質的內部發(fā)生的阻礙分子之間相對運動的現象。 外 摩 擦：在相對運動的物體表面間發(fā)生的相互阻礙作用現象。 靜 摩 擦：僅有相對運動趨勢時的摩擦。 動 摩 擦：在相對運動進行中的摩擦。 滑動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滑動。 滾動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滾動。 q “機械說”產生摩擦的原因是表面微凸體的相互阻礙作用； q “分子說”產生摩擦的原因是表面

3、材料分子間的吸力作用； 一、摩擦的機理 q “機械分子說”兩種作用均有。 1785年，法國的庫侖用機械嚙合概念解釋干摩擦，提出摩擦理論。后來 又有人提出分子吸引理論和靜電力學理論。1935年，英國的鮑登等人開始用 材料粘附概念研究干摩擦，1950年，鮑登提出了粘附理論。 摩 擦 三、 種滑動摩擦狀態(tài) （詳細介紹） . 干摩擦是指表面間無任何潤滑劑或保護膜的純金屬接觸時的摩擦。 . 邊界摩擦是指摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，其摩擦性質取 決于邊界膜和表面的吸附性能時的摩擦。 （詳細介紹） 摩 擦 混合摩擦是指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)?；?合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系數

4、比邊界摩擦時要小得多。 流體摩擦是指摩擦表面被流體膜隔開，摩擦性質取決于流體內部分 子間粘性阻力的摩擦。流體摩擦時的摩擦系數最小，且不會有磨損產生，是 理想的摩擦狀態(tài)。 邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統稱為不完全液體摩擦。 隨著科學技術的發(fā)展，關于摩擦學的研究已逐漸深入到微觀研究領域， 形成了微納米摩擦學理論，引發(fā)出許多新的概念，比如提出了超潤滑的概 念等。從理論上講，超潤滑是實現摩擦系數為零的摩擦狀態(tài)，但在實際研究 中，一般認為摩擦系數在0.001量級（或更低）的摩擦狀態(tài)即可認為屬于超潤 滑。關于這方面的研究也是目前微納米摩擦學研究的一個重要方面，同學 們應對此給予關注。 磨損是

5、運動副之間的摩擦而導致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。磨損會 影響機器的效率，降低工作的可靠性，甚至促使機器提前報廢。 在設計或使用機器時，應該力求縮短磨合期，延長穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈 磨損的到來。為此就必須對形成磨損的機理有所了解。 一個零件的磨損過程大致可分為三個階段，即： 磨合階段新的零件在開始使用時一般處于這一階段，磨損率較高。 穩(wěn)定磨損階段屬于零件正常工作階段，磨損率穩(wěn)定且較低。 劇烈磨損階段屬于零件即將報廢的階段，磨損率急劇升高。 摩 擦2 對磨損的研究開展較晚，20世紀50年代提出粘著理論后，60年代在相繼研 制出各種表面分析儀器的基礎上，磨損研究才得以迅速開展。 （詳細介紹） 磨

6、 損 F磨粒磨損也簡稱磨損，是外部進入摩擦表面的游離硬顆?；蛴驳妮喞?尖所引起的磨損。 F沖蝕磨損流體中所夾帶的硬質物質或顆粒，在流體沖擊力作用下而在摩 擦表面引起的磨損。 F微動磨損是指摩擦副在微幅運動時，由上述各磨損機理共同形成的復合 磨損。微幅運動可理解為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對運動。 F粘附磨損也稱膠合，當摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點處由于瞬時 的溫升和壓力發(fā)生“冷焊”后，在相對運動時，材料從一個表面遷移到另一 個表面，便形成粘附磨損。 F疲勞磨損也稱點蝕，是由于摩擦表面材料微體積在交變的摩擦力作用下， 反復變形所產生的材料疲勞所引起的磨損。 磨 損 關于磨損機理與分類的見解

7、頗不一致，大體上可概括為： （更多介紹） F腐蝕磨損當摩擦表面材料在環(huán)境的化學或電化學作用下引起腐蝕，在摩 擦副相對運動時所產生的磨損即為腐蝕磨損。 一、潤滑劑 q 潤滑油 q 潤滑脂 q 固體潤滑劑 粘度的種類有很多，如：動力粘度、運動粘度、條件粘度等。 潤滑脂的主要質量指標是：錐入度，反映其稠度大小。 粘度是潤滑油的主要質量指標，粘度值越高，油越稠，反之越?。?潤滑油的牌號與運動粘度有一定的對應關系，如：牌號為L-AN10的油在 40時的運動粘度大約為10 cSt。 滴點，決定工作溫度。 （具體說明） 潤滑劑、添加劑和潤滑方法 工程中常用運動粘度，單位是：St(斯)或 cSt(厘斯)，量綱

8、為(m2/s)； ：動植物油、礦物油、合成油。 ：潤滑油+稠化劑 ：石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。 提高油性、極壓性 延長使用壽命 改善物理性能 添加劑的作用 油性添加劑 極壓添加劑 分散凈化劑 消泡添加劑 抗氧化添加劑 降凝劑 增粘劑 添加劑的種類 潤滑劑、添加劑和潤滑方法 為了提高油的品質和性能，常在潤滑油或潤滑脂中加入一些分量雖小，但 對潤滑劑性能改善有巨大作用的物質，這些物質叫添加劑。 二、添加劑 潤滑油潤滑在工程中的應用最普遍，常用的供油方式有： 滴油潤滑、浸油潤滑、飛濺潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑等 用于低速 用于高速 油脂潤滑常用于運轉速度較低的場合，將潤滑脂涂抹于需潤滑的零件 上。

9、潤滑脂還可以用于簡單的密封。 潤滑劑、添加劑和潤滑方法 三、潤滑方法 常用的潤滑裝置 浸油與飛濺潤滑噴油潤滑 流體動力潤滑形成的必要條件： q 楔形空間； q 相對運動（保證流體由大口進入）； q 連續(xù)不斷地供油。 流體動力潤滑是指兩個作相對運動物體的摩擦表面，借助于相對速度而產 生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產生的壓力來平衡外載荷。 英國的雷諾于1886年繼前人觀察到的流體動壓現象，總結出流體動壓潤滑 理論。20世紀50年代普遍應用電子計算機之后，線接觸彈性流體動壓潤滑的理 論開始有所突破。 流體潤滑原理簡介 一、流體動力潤滑 動畫 流體潤滑原理簡介 二、彈性流體動力潤滑 彈性流體動力潤滑理論是研究在點、線接觸條件下，兩彈性物體間的流 體動力潤滑膜的力學性質。這時的計算必須把在油膜壓力下，摩擦表面的變 形的彈性方程、表述潤滑劑粘度與壓力間關系的粘壓方程與流體動力潤滑的 主要方程結合起來，以求解油膜壓力分布、潤滑膜厚度分布等問題。 （詳細說明） 流體靜力潤滑是指借助外部供入的壓力油形成的流體膜來承受外載荷的 潤滑方式。 三、流體靜力潤滑 （詳細