潤滑劑、添加劑和潤滑方法

1、4-1 4-1 摩擦摩擦 4-2 4-2 磨損磨損 4-3 4-3 潤滑劑、添加劑和潤滑方法潤滑劑、添加劑和潤滑方法 4-4 4-4 流體潤滑原理簡介流體潤滑原理簡介 4-0 4-0 概述概述 第第4 4章章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論 4-0 4-0 概概 述述 摩擦學(xué)摩擦學(xué)-研究相對運動的作用表面間的摩擦、磨損和潤滑，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(guān)系的理論與應(yīng)用的一門邊緣學(xué)科。以及三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門邊緣學(xué)科。 摩擦摩擦- -相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象； 磨損磨損- -由于摩擦而造成的物體

2、表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移； 潤滑潤滑- -減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。 世界上使用的能源大約有世界上使用的能源大約有 1/31/2 1/31/2 消耗于摩擦。消耗于摩擦。 機械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過限度而機械產(chǎn)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。報廢和更換的。 減少摩擦減少摩擦 節(jié)省能源；節(jié)省能源； 減少磨損減少磨損 降低設(shè)備維修次數(shù)和費用，節(jié)省制造零降低設(shè)備維修次數(shù)和費用，節(jié)省制造零 件及其所需材料的費用。件及其所需材料的費用。 二二、摩擦的分類摩擦的分類 內(nèi)內(nèi) 摩摩 擦：在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻

3、礙分子之間相對運擦：在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對運 動的現(xiàn)象。動的現(xiàn)象。 外外 摩摩 擦：在相對運動的物體表面間發(fā)生的相互阻礙擦：在相對運動的物體表面間發(fā)生的相互阻礙 作用現(xiàn)象。作用現(xiàn)象。 靜靜 摩摩 擦：僅有相對運動趨勢時的摩擦。擦：僅有相對運動趨勢時的摩擦。 動動 摩摩 擦：在相對運動進(jìn)行中的摩擦。擦：在相對運動進(jìn)行中的摩擦。 滑動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滑動?；瑒幽Σ粒何矬w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。滾動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滾動。 “ “機械說機械說” ” - -摩擦原因是表面微凸體的相互阻礙作用；摩擦原因是表面微凸體

4、的相互阻礙作用； “ “分子說分子說” ” - -摩擦原因是表面材料分子間的吸力作用；摩擦原因是表面材料分子間的吸力作用； 一、摩擦的機理一、摩擦的機理 “ “機械分子說機械分子說”兩種作用均有。兩種作用均有。 4-1 4-1 摩擦摩擦 1. 1. 干摩擦干摩擦 兩零件表面直接接觸后，因為微觀局部壓兩零件表面直接接觸后，因為微觀局部壓 力高而形成許多冷焊點，運動時被剪切。力高而形成許多冷焊點，運動時被剪切。 不允許出現(xiàn)干摩擦！不允許出現(xiàn)干摩擦！ 2. 2. 邊界摩擦邊界摩擦 三、三、 滑動摩擦狀態(tài)滑動摩擦狀態(tài) 功耗功耗 磨損磨損 溫度溫度 燒毀軸瓦燒毀軸瓦 運動副表面有一層厚度運動副表面有一層

5、厚度1 m1 m的薄油膜，的薄油膜， 不足以將兩金屬表面完全分開，其表面不足以將兩金屬表面完全分開，其表面 部分微觀高峰部分仍將相互搓削。部分微觀高峰部分仍將相互搓削。 比干摩擦的磨損輕比干摩擦的磨損輕，f f 0.1 0.30.1 0.3 v 有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開， 彼此不直接接觸。彼此不直接接觸。是理想的摩擦狀態(tài)。 3. 3. 液體摩擦液體摩擦 摩擦和磨損極輕摩擦和磨損極輕，f f 0.001 0.01 0.001 0.01 v vv 4. 4. 混合摩擦混合摩擦 v 混合摩擦是指摩擦表面間處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于

6、邊界摩擦和流體摩擦的混合狀 態(tài)?；旌夏Σ聊苡行Ы档湍Σ磷钁B(tài)。混合摩擦能有效降低摩擦阻 力，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦?xí)r要力，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦?xí)r要 小得多。小得多。 f f n/p n/p o o 邊界摩擦邊界摩擦 混合摩擦混合摩擦 液體摩擦液體摩擦 摩擦特性曲線摩擦特性曲線 稱無量綱參數(shù)稱無量綱參數(shù)n/pn/p為軸承為軸承 特性數(shù)。特性數(shù)。 邊界摩擦和混合摩擦在邊界摩擦和混合摩擦在 工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng) 稱為不完全液體摩擦。稱為不完全液體摩擦。 摩擦學(xué)研究的最新進(jìn)展：摩擦學(xué)研究的最新進(jìn)展： 微納米摩擦學(xué)理論微納米摩擦學(xué)理論 可實現(xiàn)：可實現(xiàn)： f f 0.0010.00

7、1 - -超潤滑摩擦狀態(tài)。超潤滑摩擦狀態(tài)。 機器的壽命機器的壽命 磨損磨損由于摩擦而導(dǎo)致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。由于摩擦而導(dǎo)致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。 磨損曲線磨損曲線 磨合階段磨合階段 磨損量磨損量 時間時間 劇烈劇烈 磨損磨損 階段階段 穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段 4-2 4-2 磨磨 損損 磨損過程大致如圖所示：磨損過程大致如圖所示： 磨合階段磨合階段-包括摩擦表面輪包括摩擦表面輪 廓峰的形狀變化和表面材料被廓峰的形狀變化和表面材料被 加工硬化兩個過程。加工硬化兩個過程。 穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段-零件在平穩(wěn)零件在平穩(wěn) 而緩慢的速度下磨損。而緩慢的速度下磨損。 劇烈磨損階段劇烈

8、磨損階段-在經(jīng)過穩(wěn)定磨損階段后，零件表面遭到破在經(jīng)過穩(wěn)定磨損階段后，零件表面遭到破 壞，運動副間隙增大引起而外的動載荷和振動。零件即將進(jìn)壞，運動副間隙增大引起而外的動載荷和振動。零件即將進(jìn) 入報廢階段。入報廢階段。 后果后果降低機器的效率和可靠性，甚至促使機器提前報廢。降低機器的效率和可靠性，甚至促使機器提前報廢。 設(shè)計機器時，要求縮短磨合期、延長穩(wěn)定期、推遲劇烈磨設(shè)計機器時，要求縮短磨合期、延長穩(wěn)定期、推遲劇烈磨 損期的到來。損期的到來。 磨粒磨損磨粒磨損 磨損的分類：磨損的分類： 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損磨損 類型類型

9、按磨損機理分按磨損機理分 按磨損表面按磨損表面 外觀可分為外觀可分為 點蝕磨損點蝕磨損 膠合磨損膠合磨損 擦傷磨損擦傷磨損 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 磨粒磨損磨粒磨損也簡稱磨損，也簡稱磨損，外部進(jìn)入摩擦面間的游離硬顆外部進(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被移去的材料，廓峰尖在軟材料表面上犁刨出很多溝紋時被移去的材料， 一部分流動到溝紋兩旁，一部

10、分則形成一連串的碎片脫一部分流動到溝紋兩旁，一部分則形成一連串的碎片脫 落下來成為新的游離顆粒，這樣的微粒切削過程就叫磨落下來成為新的游離顆粒，這樣的微粒切削過程就叫磨 粒磨損。粒磨損。 潘存云教授研制 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 粘附磨損粘附磨損也稱膠合，當(dāng)摩擦表面的輪廓峰在相互作也稱膠合，當(dāng)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)生用的各點處由于瞬時的溫升和壓力發(fā)生“冷冷 焊焊”后，在相對運動時，材料從一個表面遷后，在相對運動時，材料從一個表面遷

11、 移到另一個表面，便形成粘附磨損。移到另一個表面，便形成粘附磨損。嚴(yán)重嚴(yán)重 的粘附磨損會造成運動副咬死。的粘附磨損會造成運動副咬死。 潘存云教授研制 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 疲勞磨損疲勞磨損也稱點蝕，是由于摩擦表面材料微體積在也稱點蝕，是由于摩擦表面材料微體積在 交變的摩擦力作用下，反復(fù)變形所產(chǎn)生的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械磨損。點蝕過程：材料疲勞所引起的機械磨損。點蝕過程： 產(chǎn)生初始疲勞裂紋產(chǎn)生初始疲勞裂紋擴展擴展 微粒脫落，形微

12、粒脫落，形 成點蝕坑。成點蝕坑。 潘存云教授研制 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 沖蝕磨損沖蝕磨損流動的液體或氣體中所夾帶的硬質(zhì)物體或硬流動的液體或氣體中所夾帶的硬質(zhì)物體或硬 質(zhì)顆粒沖擊零件表面所引起的機械磨損。利質(zhì)顆粒沖擊零件表面所引起的機械磨損。利 用高壓空氣輸送型砂或高壓水輸送碎石時，用高壓空氣輸送型砂或高壓水輸送碎石時， 管道內(nèi)壁所產(chǎn)生的機械磨損是實例之一。管道內(nèi)壁所產(chǎn)生的機械磨損是實例之一。 潘存云教授研制 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲

13、勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 腐蝕磨損腐蝕磨損當(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，在摩擦副相對運動時所產(chǎn)用下引起腐蝕，在摩擦副相對運動時所產(chǎn) 生的磨損即為腐蝕磨損。生的磨損即為腐蝕磨損。 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 微動磨損微動磨損是指摩擦副在微幅運動時，由上述各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(fù)合磨損。微幅運動可理機理共

14、同形成的復(fù)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。解為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對運動。 應(yīng)用實例應(yīng)用實例：軸與孔的過盈配合面、滾動軸承套圈的配合面、：軸與孔的過盈配合面、滾動軸承套圈的配合面、 旋合螺紋的工作面、鉚釘?shù)墓ぷ髅娴?。旋合螺紋的工作面、鉚釘?shù)墓ぷ髅娴取?一、一、 潤滑劑潤滑劑 作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。 分類分類 液體潤滑劑液體潤滑劑-潤滑油潤滑油 半固體潤滑劑半固體潤滑劑-潤滑脂潤滑脂 固體潤滑劑固體潤滑劑 1. 1. 潤滑油潤滑油 礦物油來源充足、成本低廉、穩(wěn)定性好、因而應(yīng)用廣。礦物油

15、來源充足、成本低廉、穩(wěn)定性好、因而應(yīng)用廣。 種類：種類： 氣體潤滑劑氣體潤滑劑-空氣空氣 有機油有機油-動、植物油動、植物油 礦物油礦物油-石油產(chǎn)品，石油產(chǎn)品， 化學(xué)合成油化學(xué)合成油 4-3 4-3 潤滑劑、添加劑和潤滑方法潤滑劑、添加劑和潤滑方法 A A 液體層與層之間摩擦切應(yīng)力：液體層與層之間摩擦切應(yīng)力： = dudu dydy - -流體中任意點處的切應(yīng)力與該處的速度梯度成正比。流體中任意點處的切應(yīng)力與該處的速度梯度成正比。 -液體的動力粘度，簡稱粘度液體的動力粘度，簡稱粘度 量綱：力量綱：力時間時間/ /長度長度2 2 單位：單位： N N s /m s /m2 2 (Pa (Pa s

16、) s) 稱為泊稱為泊 。 或厘泊：或厘泊：1P=1 dyn1P=1 dyn s /cm s /cm2 2 實驗結(jié)果：實驗結(jié)果： o ox x y y y y dydy dudu B B 粘度粘度-重要指標(biāo)，重要指標(biāo)，粘度值越高，油越稠，反之越稀；粘度值越高，油越稠，反之越??； 粘度的種類粘度的種類 動力粘度動力粘度 運動粘度運動粘度 條件粘度條件粘度 1) 1) 動力粘度動力粘度 - - 牛頓液體流動定律牛頓液體流動定律 1 1泊泊=100=100厘泊厘泊 工程中常用運動粘度：工程中常用運動粘度： = = 單位：單位： mm2 2 / / s s 稱為斯稱為斯St St：cmcm2 2 /s

17、 /s 或厘斯或厘斯cStcSt：1St=100 cSt1St=100 cSt 2) 2) 運動粘度運動粘度 3) 3) 條件粘度條件粘度 指在一定條件下，利用某種規(guī)格的粘度計，通過測指在一定條件下，利用某種規(guī)格的粘度計，通過測 定潤滑油穿過規(guī)定孔道的時間來進(jìn)行度量的粘度。定潤滑油穿過規(guī)定孔道的時間來進(jìn)行度量的粘度。 常用的有：常用的有： 恩氏度（恩氏度（ E Et t） -中國慣用中國慣用 賽氏通用秒（賽氏通用秒（SUSSUS）-美國慣用美國慣用 雷氏秒雷氏秒 -英國慣用英國慣用 運動粘度與條件粘度之間的換算關(guān)系：運動粘度與條件粘度之間的換算關(guān)系： cSt E EVE t ttt 64. 8

18、 0 . 82 . 335. 1時，當(dāng) cSt E EVE t ttt 0 . 4 6 . 72 . 3 時，當(dāng) cStEVE ttt 14. 72 .16 時，當(dāng) 潤滑油的牌號與運動粘度有一定的對應(yīng)關(guān)系，如：牌潤滑油的牌號與運動粘度有一定的對應(yīng)關(guān)系，如：牌 號為號為L-AN10L-AN10的油在的油在4040時的運動粘度大約為時的運動粘度大約為10 cSt10 cSt。 潘存云教授研制 潤滑油的特性：潤滑油的特性： 1 1）粘）粘-溫相關(guān)性溫相關(guān)性 溫度溫度 t t 壓力壓力p p 但但p p 10 Mpa 350 t 350 才開始氧化，才開始氧化， 可在水中工作?？稍谒泄ぷ?。 -摩擦系

19、數(shù)低，使用溫度范圍廣摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣 (-60300 (-60300 ) )，但遇水性能下降。，但遇水性能下降。 -摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。 使用方式：使用方式： 1. 1.調(diào)和在潤滑油中；調(diào)和在潤滑油中； 2.2.涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜； 3.3.混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型?；烊虢饘倩蛩芰戏勰┲袩Y(jié)成型。 油性添加劑油性添加劑 種類種類 添加劑添加劑-為了改善潤滑劑品質(zhì)和性能而添加的物質(zhì)。為了改善潤滑劑品質(zhì)和性能而添加的物質(zhì)。 二、添加劑二、添加劑 非極壓油非極壓油 軟化溫度軟化溫度t/ t/ 摩擦系數(shù)摩擦系

20、數(shù) f f 含脂肪酸和極壓添加劑的油含脂肪酸和極壓添加劑的油 含脂肪含脂肪 酸的油酸的油 含極壓添含極壓添 加劑的油加劑的油 作用作用-提高油性、極壓性、延長使用壽命、改善性能。提高油性、極壓性、延長使用壽命、改善性能。 極壓添加劑極壓添加劑 分散凈化劑分散凈化劑 消泡添加劑消泡添加劑 抗氧化添加劑抗氧化添加劑 降凝劑降凝劑 增粘劑增粘劑 潤滑油潤滑在工程中的應(yīng)用最普遍，其供油方式有：潤滑油潤滑在工程中的應(yīng)用最普遍，其供油方式有： 三、潤滑方法三、潤滑方法 潤滑方式潤滑方式 人工給油；人工給油； 油杯滴油；油杯滴油； 浸油潤滑、飛濺給油；浸油潤滑、飛濺給油； 用油泵強制潤滑和冷卻。用油泵強制潤

21、滑和冷卻。 低速傳動低速傳動 高速傳動高速傳動 甩油環(huán)甩油環(huán) 噴油潤滑噴油潤滑 油泵油泵 冷冷 卻卻 器器 滴油潤滑滴油潤滑 浸油潤滑浸油潤滑 飛濺潤滑飛濺潤滑 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 針閥針閥 式油式油 杯杯 旋蓋式油杯旋蓋式油杯 潘存云教授研制 壓注式油杯壓注式油杯 彈簧蓋油杯彈簧蓋油杯 四、潤滑裝置四、潤滑裝置 1. 1. 油杯油杯 2. 2. 油環(huán)油環(huán) 潘存云教授研制 一、流體動力潤滑一、流體動力潤滑 F F F F F F F F v v F F 4-4 4-4 流體潤滑原理簡介流體潤滑原理簡介 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(chǎn)

22、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(chǎn) 生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷。生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷。 動壓油膜動壓油膜-因運動 而產(chǎn)生的壓力油膜。 v v v vv v h h1 1 a a a a h h2 2 c c c c v vv v 兩平形板之間不能形成壓力油膜！兩平形板之間不能形成壓力油膜！ F F p pmax max F F 形成動壓油膜的必要條件：形成動壓油膜的必要條件： 1. 1.兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；兩工件之間的間隙必須有楔形間隙； 2.2.兩工件表面之間必須連

23、續(xù)充滿潤滑油或其它液體；兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤滑油或其它液體； 3.3.兩工件表面必須有相對滑動速度。其運動芳方向必兩工件表面必須有相對滑動速度。其運動芳方向必 須保證潤滑油從大截面流進(jìn)，從小截面出來。須保證潤滑油從大截面流進(jìn)，從小截面出來。 F Fy y =F =F F Fx x 0 0 F Fy y =F =F F Fx x = 0= 0 應(yīng)用實例應(yīng)用實例- -向心滑動軸承動壓油膜的形成過程：向心滑動軸承動壓油膜的形成過程： 靜止靜止 爬升爬升 將軸起抬將軸起抬 質(zhì)心左移質(zhì)心左移 穩(wěn)定運轉(zhuǎn)穩(wěn)定運轉(zhuǎn) e e -偏心距偏心距 e 二、彈性流體動力潤滑二、彈性流體動力潤滑 彈性流體動力潤滑

24、理論彈性流體動力潤滑理論-研究在點、線接觸條件下，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(xué)性質(zhì)。兩彈性物體間的流體動力潤滑膜的力學(xué)性質(zhì)。 求解油膜壓力分布、潤滑膜厚度分布等問題求解油膜壓力分布、潤滑膜厚度分布等問題 在油膜壓力下，摩擦表面的變形的彈性方程；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(guān)系的粘壓方程；表述潤滑劑粘度與壓力間關(guān)系的粘壓方程； 流體動力潤滑的主要方程。流體動力潤滑的主要方程。 流體動力潤滑理論的前提：流體動力潤滑理論的前提： -適應(yīng)于低副中兩零件之間的潤滑問題，適應(yīng)于低副中兩零件之間的潤滑問題， 潤滑劑粘度不隨壓力變化；潤滑劑粘度不隨壓力變化； 零件摩擦表面為剛體；零件摩擦表面為剛體； 依靠潤滑劑的粘附作用，兩圓柱體相互滾動時將依靠潤滑劑的粘附作用，兩圓柱體相互滾動時將 潤滑劑帶入間隙。由于接觸壓力較高使接觸面發(fā)生局潤滑劑帶入間隙。由于接觸壓力較高使接觸面發(fā)生局 部變形，接觸面積增大，并形成了一個平行縫隙，在部變形，接觸面積增大，并形成了一個平行縫隙，在 出油口處的接觸面邊緣出現(xiàn)了使間隙變小的突出部分，出油口處的接觸面邊緣出現(xiàn)了使間隙變小的突出部分， 稱為縮頸現(xiàn)象，此處形成了最小油