第4章摩擦 磨損 潤(rùn)滑

1、摩 擦 1 磨 損 2 潤(rùn) 滑 3 流體摩擦潤(rùn)滑原理簡(jiǎn)介 4 第4章 摩擦磨損潤(rùn)滑 v一、摩擦的分類 動(dòng) 摩 擦 1 按運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)分： 滑動(dòng)摩擦 滾動(dòng)摩擦 2按運(yùn)動(dòng)的形式分： 干摩擦 邊界摩擦 流體摩擦 混合摩擦 3 滑動(dòng)摩擦按潤(rùn)滑狀態(tài)分： 液體動(dòng)力潤(rùn)滑 液體靜力潤(rùn)滑 靜 摩 擦 零件的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 是在相互摩擦下進(jìn)行的。 有益的摩擦：摩擦傳動(dòng)、 摩擦制動(dòng)和摩擦聯(lián)接等 摩擦在大多數(shù)情況下是有 害的：造成能量損耗、效 率降低、溫度升高、表面 磨損 4.1 摩擦 v（1 1）干摩擦）干摩擦 摩擦面間不加任何潤(rùn)滑劑的摩擦 特點(diǎn)：摩擦系數(shù)大，發(fā)熱多，磨損嚴(yán)重，零件壽命短等 4.1 摩擦 v（2）邊界摩擦

2、邊界膜 潤(rùn)滑劑與金屬表面的吸附作用或化學(xué)反應(yīng)作用， 在摩擦表面上生成一層薄膜。 干摩擦邊界摩擦流體摩擦混合摩擦 塑性變形彈性變形 4.1 摩擦 v（3）流體摩擦 兩摩擦表面被一液體層（油膜）完全隔開(kāi)， 表面微觀凸峰不直接接觸， 摩擦的性質(zhì)取決于液體黏性阻力， 由液體的壓力傳遞兩個(gè)表面間的相互作用力 干摩擦邊界摩擦流體摩擦混合摩擦 塑性變形彈性變形 4.1 摩擦 v（4）混合摩擦 摩擦表面間有潤(rùn)滑油，但不能保證液體摩擦?xí)r， 有部分接觸是邊界摩擦，其余部分是液體摩擦 干摩擦邊界摩擦流體摩擦混合摩擦 塑性變形彈性變形 4.1 摩擦 v定義：由于摩擦的機(jī)械作用使接觸表面物質(zhì)逐漸 損耗的過(guò)程 4.2 摩

3、損 磨損過(guò)程 磨損曲線 磨損量 時(shí)間 磨合階段-包括摩擦表面輪廓峰的形 狀變化和表面材料被加工硬化兩個(gè)過(guò) 程。 穩(wěn)定磨損階段-零件在平穩(wěn)而緩慢的 速度下磨損。 劇烈磨損階段-在經(jīng)過(guò)穩(wěn)定磨損階段后，零件表面遭到破壞，運(yùn)動(dòng)副間隙增大 引起而外的動(dòng)載荷和振動(dòng)。零件即將進(jìn)入報(bào)廢階段。 設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)，要求縮短磨合期、延長(zhǎng)穩(wěn)定期、推遲劇烈磨損 期的到來(lái)。 穩(wěn)定磨損階段 磨合階段 劇烈磨損階段 機(jī)器壽命 4.2 摩損 v粘著磨損 由于粘著作用，使摩擦表面的材料由一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另 一個(gè)表面所引起的磨損 載荷愈大、溫度愈高、材料愈軟，粘著現(xiàn)象也就愈嚴(yán)重。 輕微磨損 涂抹 劃傷 撕脫 咬死 磨損程度 膠合 潘存云教

4、授研制 4.2 摩損 v磨粒磨損 也簡(jiǎn)稱磨損，外部進(jìn)入摩擦面間的游離硬顆粒（如空氣中 的塵土或磨損造成的金屬微粒）或硬的輪廓峰尖在軟材料 表面上犁刨出很多溝紋時(shí)被移去的材料，一部分流動(dòng)到溝 紋兩旁，一部分則形成一連串的碎片脫落下來(lái)成為新的游 離顆粒，這樣的微粒切削過(guò)程就叫磨粒磨損。 潘存云教授研制 4.2 摩損 v疲勞磨損 也稱點(diǎn)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(fù)變形所產(chǎn)生的材料疲勞所引起的機(jī)械磨損。 產(chǎn)生初始疲勞裂紋擴(kuò)展 微粒脫落，形成點(diǎn)蝕坑。 點(diǎn)蝕過(guò)程 潘存云教授研制 4.2 摩損 v腐蝕磨損 當(dāng)摩擦表面材料在環(huán)境的化學(xué)或電化學(xué)作用下引起腐蝕， 在摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)

5、生的磨損即為腐蝕磨損。 4.2 摩損 v減小磨損的主要方法 （1）潤(rùn)滑是減小摩擦、減小磨損的最有效的方法； （2）合理選擇摩擦副材料； （3）進(jìn)行表面處理； （4）注意控制摩擦副的工作條件等。 4.2 摩損 v定義：凡是能減小摩擦阻力，減小磨損的物質(zhì)都 可作為潤(rùn)滑劑。 v作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、 防銹等。 v分類： 石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。 動(dòng)植物油、礦物油、水、液態(tài)金屬 俗稱黃油。由潤(rùn)滑油+稠化劑混合而成。 1）液體潤(rùn)滑劑： 2）潤(rùn)滑脂： 3) 固體潤(rùn)滑劑： 4）氣體潤(rùn)滑劑：如空氣、氮?dú)?、二氧化碳等?4.3 潤(rùn)滑劑 v一、潤(rùn)滑油的主要性質(zhì) 1）粘度：選擇潤(rùn)滑油的重要

6、指標(biāo)，粘度值越高，油越 稠，內(nèi)摩擦力愈大，反之越稀 dy du h表征流體黏性的比例常數(shù)，稱為流體的動(dòng)力黏度 單位是：Ns/m2或 Pas v 動(dòng)力粘度 ， mm2/s 或 cm2/s r潤(rùn)滑油的密度， kg/m3 * 運(yùn)動(dòng)粘度是劃分潤(rùn)滑油牌號(hào)的主要依據(jù) 4.3 潤(rùn)滑劑 粘度的影響因素粘度的影響因素 溫度：溫度：溫度升高粘度降低。溫度升高粘度降低。 粘溫特性曲線粘溫特性曲線 壓力：壓力：壓力增大，粘度增加壓力增大，粘度增加 100MPa時(shí)，影響嚴(yán)重時(shí)，影響嚴(yán)重 5MPa是，影響不明顯是，影響不明顯 v一、潤(rùn)滑油的主要性質(zhì) 4.3 潤(rùn)滑劑 4.3 潤(rùn)滑劑 v一、潤(rùn)滑油的主要性質(zhì) 2）油性：是潤(rùn)滑

7、油吸附于摩擦表面形成邊界膜的能 力。油性越好，吸附能力就越強(qiáng)。 3）閃點(diǎn)：潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)一起內(nèi)加熱蒸發(fā)的油氣遇到火 焰發(fā)出閃光的最低溫度。是衡量潤(rùn)滑油易燃性的尺度。 4）凝點(diǎn)：在規(guī)定的條件下，潤(rùn)滑油不能自由流動(dòng)時(shí)所 達(dá)到的最高溫度。是衡量潤(rùn)滑油在低溫下工作的一個(gè) 指標(biāo)。 v二、潤(rùn)滑脂 4.3 潤(rùn)滑劑 n潤(rùn)滑脂是以潤(rùn)滑油作為基礎(chǔ)油，再加入稠化劑制成的膏狀物質(zhì) 潤(rùn)滑脂 類型： 鈣基潤(rùn)滑脂 （耐熱能力差 5565） 鈉基潤(rùn)滑脂 （抗水性能差 可達(dá)120） 鋰基潤(rùn)滑脂 （良好的耐熱、抗水性能、機(jī)械安定性） 潤(rùn)滑脂的主要 性能指標(biāo)： 滴點(diǎn)：決定工作溫度。 錐入度：反映其稠度大小。 v三、添加劑 4.3 潤(rùn)滑

8、劑 為了改善潤(rùn)滑劑某些方面的性能，在潤(rùn)滑劑中加入的化學(xué)合 成物，稱為添加劑。 添加劑的種類很多，例如：油性添加劑、極壓添加劑、降凝劑、 增粘劑等。 極壓添加劑可以在金屬表面上形成一層保護(hù)膜，以減輕磨損。 降凝添加劑可以降低油的凝點(diǎn) 。 v四、潤(rùn)滑劑的選用原則 4.3 潤(rùn)滑劑 （1）類型選擇: 一般情況下多選用潤(rùn)滑油，橡膠、塑料制成的零件宜用 水潤(rùn)滑。 潤(rùn)滑脂常用于不宜用油潤(rùn)滑或重載低速場(chǎng)合。 氣體潤(rùn)滑劑多用于高速輕載場(chǎng)合。 固體潤(rùn)滑劑一般用于不易使用潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂的特殊條件下， 如高溫、高壓、極低溫、真空、強(qiáng)輻射，不允許污染及無(wú)法給 油燈場(chǎng)合，或作為潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂的添加劑等。 v四、潤(rùn)滑劑的選

9、用原則 4.3 潤(rùn)滑劑 （2）工作條件 工作載荷大時(shí)，應(yīng)選用黏度大且油性和極壓性能好的潤(rùn)滑油。 承受重載、間斷或沖擊載荷時(shí)要加入油性劑或極壓潤(rùn)滑劑。 高速時(shí)以選用黏度小的潤(rùn)滑油或錐入度大的潤(rùn)滑脂。 低溫時(shí)選用黏度小、凝點(diǎn)低的潤(rùn)滑油。高溫時(shí)選用黏度大、 閃點(diǎn)高及抗氧化性好的潤(rùn)滑油。 低速時(shí)以選用黏度大的潤(rùn)滑油或錐入度小的潤(rùn)滑脂。 v四、潤(rùn)滑劑的選用原則 4.3 潤(rùn)滑劑 （3）結(jié)構(gòu)條件及工作特點(diǎn) 垂直潤(rùn)滑面、開(kāi)式齒輪、鏈條等應(yīng)采用高黏度或 潤(rùn)滑脂或固體潤(rùn)滑劑。 多塵、潮濕環(huán)境下，宜采用抗水的鈣基、鋰基或鈉 基潤(rùn)滑脂。 在酸堿化學(xué)介質(zhì)環(huán)境及真空、輻射條件下宜采用 固體潤(rùn)滑劑。 4.4 流體摩擦潤(rùn)滑

10、v流體摩擦潤(rùn)滑分類 液體摩擦潤(rùn)滑 氣體摩擦潤(rùn)滑 按照工作介質(zhì)分 流體動(dòng)力潤(rùn)滑 彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑 流體靜力潤(rùn)滑 按照油膜形成原 理分： 4.4 流體摩擦潤(rùn)滑 v流體摩擦潤(rùn)滑分類 1）流體動(dòng)力潤(rùn)滑 靠?jī)赡Σ帘砻娴南鄬?duì)運(yùn)動(dòng)建立壓力油膜（稱為動(dòng)壓油膜）， 兩表面被壓力油膜完全分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)流體潤(rùn)滑。 2）流體靜力潤(rùn)滑 兩摩擦表面被外部供油裝備輸入的壓力油完全分開(kāi)，強(qiáng)迫形 成壓力油膜，實(shí)現(xiàn)流體潤(rùn)滑。 3）彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑： 是指理論上為點(diǎn)、線接觸的摩擦副，在考慮表面的彈性變形 等因素的基礎(chǔ)上建立的流體動(dòng)力潤(rùn)滑。 4）邊界潤(rùn)滑和混合潤(rùn)滑：即邊界摩擦和混合摩擦。 4.4 流體摩擦潤(rùn)滑 一、流體動(dòng)力潤(rùn)滑 流體動(dòng)力

11、潤(rùn)滑是指兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的摩擦表面，借助于相對(duì)速度而產(chǎn)生 的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開(kāi)，由流體膜產(chǎn)生的壓力來(lái)平衡外載荷。 形成動(dòng)壓油膜的條件：形成動(dòng)壓油膜的條件： 平行間隙不能平行間隙不能 形成動(dòng)壓油膜形成動(dòng)壓油膜。 形成動(dòng)壓油膜的條件： O x y A B max p 油壓分布曲線油壓分布曲線 楔形間隙能夠形成動(dòng)壓楔形間隙能夠形成動(dòng)壓 油膜。油膜。 1）兩摩擦表面之間必須能形成收斂的楔形間隙；）兩摩擦表面之間必須能形成收斂的楔形間隙； 3）兩表面之間必須有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。）兩表面之間必須有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。 2）兩表面之間必須連續(xù)充滿具有一定粘度的液體）兩表面之間必須連續(xù)充滿具有一定粘度的液體； 4.4 流體摩擦潤(rùn)滑原理簡(jiǎn)介 3 0 6 h hh x p 4.4 流體摩擦潤(rùn)滑 二、彈性流體潤(rùn)滑 彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論是研究在點(diǎn)、線接觸條 件下，兩彈性物體間的流體動(dòng)力潤(rùn)滑膜的力學(xué)性質(zhì)。 這時(shí)的計(jì)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(rùn)滑劑粘度與壓力間關(guān)系的粘壓 方程與流體動(dòng)力潤(rùn)滑的主要方程結(jié)合起來(lái)，以求解 油膜壓力分布、潤(rùn)滑膜厚度分布等問(wèn)題。 彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑的特點(diǎn)： n潤(rùn)滑油膜的壓力很高，達(dá)到1000MPa以上。 n油膜厚度很薄，達(dá)到m級(jí)。 n接觸區(qū)的彈性變形很大，與油膜厚度處于同一數(shù)量級(jí)。 n在接觸區(qū)