第4章 摩擦磨損潤(rùn)滑1

1、第四章第四章 摩擦、磨損與潤(rùn)滑摩擦、磨損與潤(rùn)滑 本章學(xué)習(xí)要求：本章學(xué)習(xí)要求： 1） 明確摩擦學(xué)所包含的主要內(nèi)容；明確摩擦學(xué)所包含的主要內(nèi)容； 2） 了解干摩擦、邊界摩擦、混合摩擦、流體摩擦的物理特了解干摩擦、邊界摩擦、混合摩擦、流體摩擦的物理特 征；征； 3） 對(duì)于磨損的一般規(guī)律及各種磨損的機(jī)理和物理特征有一對(duì)于磨損的一般規(guī)律及各種磨損的機(jī)理和物理特征有一 定的了解；定的了解； 4） 熟悉潤(rùn)滑的作用及潤(rùn)滑劑的主要質(zhì)量指標(biāo)；熟悉潤(rùn)滑的作用及潤(rùn)滑劑的主要質(zhì)量指標(biāo)； 5） 了解常用的潤(rùn)滑方法了解常用的潤(rùn)滑方法 引引 言言 4-0 基本概念 摩擦學(xué)：研究有關(guān)摩擦、磨損、潤(rùn)滑的一門科學(xué)和學(xué)科。摩擦學(xué)：研

2、究有關(guān)摩擦、磨損、潤(rùn)滑的一門科學(xué)和學(xué)科。 潤(rùn)滑：摩擦界面添加介質(zhì)（油、脂等），以減小摩擦、磨損，潤(rùn)滑：摩擦界面添加介質(zhì)（油、脂等），以減小摩擦、磨損， 降低材料損耗，保證機(jī)器可靠工作的手段。降低材料損耗，保證機(jī)器可靠工作的手段。 磨損：摩擦?xí)r，摩擦表面材質(zhì)損失或轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象磨損：摩擦?xí)r，摩擦表面材質(zhì)損失或轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象 摩擦力：摩擦?xí)r產(chǎn)生的阻力。摩擦力：摩擦?xí)r產(chǎn)生的阻力。 摩擦：在正壓力作用下，相互接觸的兩物體受切向力作用而發(fā)摩擦：在正壓力作用下，相互接觸的兩物體受切向力作用而發(fā) 生相對(duì)滑動(dòng)（或相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，接觸面上產(chǎn)生阻礙滑動(dòng)的生相對(duì)滑動(dòng)（或相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，接觸面上產(chǎn)生阻礙滑動(dòng)的 阻力現(xiàn)象。

3、阻力現(xiàn)象。 4-1 4-1 摩摩 擦擦 3-13-1摩摩 擦擦 mRR mh RR h qq qq 根偏差，兩表面形貌輪廓的均方、 最小公稱油膜厚度膜厚比： 21 min 2 2 2 1 min ; 一、摩擦的分類一、摩擦的分類 靜靜 摩摩 擦擦 動(dòng)動(dòng) 摩摩 擦擦 1 1 按運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)不同分為：按運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)不同分為： 滑動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦 滾動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦 2 2 按運(yùn)動(dòng)的形式不同分為：按運(yùn)動(dòng)的形式不同分為： 干摩擦干摩擦 邊界摩擦邊界摩擦 流體摩擦流體摩擦 混合摩擦混合摩擦 3 3 滑動(dòng)摩擦按潤(rùn)滑狀態(tài)不同分為：滑動(dòng)摩擦按潤(rùn)滑狀態(tài)不同分為： 31 3 1 摩摩 擦擦2 2 摩 擦 二、滑動(dòng)摩擦的四

4、種摩擦狀態(tài)二、滑動(dòng)摩擦的四種摩擦狀態(tài) 1）干摩擦：是指表面間無任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜，表面金屬直 接接觸時(shí)的摩擦。 研究干摩擦的理論主要 有：“機(jī) 械 理論”、“機(jī)械分子理論”、“粘 附理論” 等。 其摩擦阻力最大，磨損最嚴(yán)重。 簡(jiǎn)單粘附理論：兩金屬表面在法向 載荷作用下的接觸面積： 真實(shí)接觸面積Ar（很?。?接觸區(qū)應(yīng)力很高 材料發(fā)生塑性變形 摩 擦 表面污染膜遭到破壞 基體金屬發(fā)生粘著現(xiàn)象 冷焊結(jié)點(diǎn) 發(fā)生滑動(dòng)時(shí) 先將結(jié)點(diǎn)剪斷 同時(shí)較硬的凸峰在較軟的材料上滑過時(shí)，將切出溝槽 Brf AF 摩 擦 度極限較軟基體的壓縮屈服強(qiáng) 限較軟基體的剪切強(qiáng)度極 sy Bj n f F F f 修正粘附理論：接觸

5、區(qū)域同時(shí)存在壓應(yīng)力和切應(yīng)力，材料的塑性變形 必須由復(fù)合應(yīng)力來確定： 法向力 作用下 結(jié)點(diǎn)，接觸區(qū)面積 切向力若增大至 結(jié)點(diǎn)發(fā)生塑性流動(dòng) 接觸面積增大 即：復(fù)合應(yīng)力作用下，發(fā)生結(jié)點(diǎn)增長(zhǎng)現(xiàn)象 f F ri A riri AA n F 修正粘附理論認(rèn)為：做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)金屬表面間的摩擦系數(shù)為： 2）邊界摩擦：是指兩摩擦面被吸附在 表面的邊界膜（吸附在金屬表面的分子 膜）隔開，摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表 面吸附性能的摩擦。 摩 擦 邊界膜極薄，所以邊界摩擦?xí)r，不能 完全避免金屬的直接接觸。 存在 1 . 0f 摩摩 擦擦3 3 摩 擦 潤(rùn)滑劑中的極性分子與金屬表面相互吸引，形成定向排列的分 子?xùn)?，稱為物

6、理吸附膜。 潤(rùn)滑油靠吸附形成邊界膜的能力，稱為油性。 潤(rùn)滑劑中的活性分子靠離子鍵吸附在金屬表面上形成的吸附膜， 稱為化學(xué)化學(xué)吸附膜。 吸附膜 反應(yīng)膜 邊界膜分為： 物理吸附膜 化學(xué)吸附膜 在潤(rùn)滑劑中添加入硫、磷、氯等元素，它們與表面金屬發(fā)生化 學(xué)反應(yīng)生成的邊界膜，稱為反應(yīng)膜。 邊界摩擦靠邊界膜起潤(rùn)滑作用，邊界膜的類型如下： 摩摩 擦擦4 4 摩 擦 ）流體摩擦：是指摩擦表面完全 被流體膜隔開，摩擦性質(zhì)取決于流體 內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦。 能生成反應(yīng)膜的潤(rùn)滑油稱為極壓油。 注：溫度對(duì)邊界膜的影響很大。溫度越高，邊界膜越容易破壞。 反應(yīng)膜在高溫下破裂后，能生成新的化合物，形成新的反應(yīng)膜， 這種能

7、力稱為極壓性。 其摩擦系數(shù)最小，且不會(huì)產(chǎn)生磨 損，是理想的摩擦狀態(tài)。 摩摩 擦擦5 5 邊界摩擦和混合摩擦在工程實(shí)際中 很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為邊界摩擦。 4 4）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)。 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要小得多。 摩 擦 磨損主要是運(yùn)動(dòng)副中的摩擦導(dǎo)致零件表面材料的逐漸喪失或遷 移。磨損會(huì)影響機(jī)器的效率，降低工作的可靠性，促使機(jī)器提前報(bào) 廢。 3-23-2磨磨 損損 4-2 磨 損 單位時(shí)間（或單位行程、轉(zhuǎn)等）材料的損失量，稱為磨損率。 耐磨性：是指材料抵抗脫落的能力。與磨損率成倒數(shù)關(guān)系。 一、典型磨損過程一、典型磨損過程 磨

8、損量 時(shí)間 O 磨合穩(wěn)定磨損劇烈磨損 一個(gè)機(jī)械零件的磨損 過程大體可分為三個(gè)階段： 1）磨合階段 磨合（跑合）：是指 新零件在運(yùn)轉(zhuǎn)初期的磨損。 磨磨 損損1 1 新的摩擦副表面比較粗糙，真實(shí)微觀接觸面積比較小，壓強(qiáng)大， 因此運(yùn)轉(zhuǎn)初期的磨損比較快。但是，磨損以后表面的微觀凸峰降低， 接觸面積增大，壓強(qiáng)減小，磨損的速度逐漸減慢。 新摩擦表面的微觀形貌 2）穩(wěn)定磨損階段 這個(gè)階段屬于零件的正常工作 階段，磨損率穩(wěn)定且較低。這一階 段的長(zhǎng)短直接影響機(jī)器的壽命。 3）劇烈磨損階段 零件經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間工作磨損以后，表面精度下降，效率降低，溫度 升高，沖擊振動(dòng)加大，導(dǎo)致磨損加劇，最終導(dǎo)致零件報(bào)廢。 磨 損 注：

9、應(yīng)該力求縮短磨合期，延長(zhǎng)穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損的到來。 磨磨 損損2 2 二、磨損的類型 磨 損 按磨損的機(jī)理不同，機(jī)械零件的磨損大體分為四種基本類型： 1）粘著磨損也稱膠合 2）疲勞磨損即疲勞點(diǎn)蝕 3）磨粒磨損也稱磨料磨損 摩擦表面的微觀凸峰粘在一起后（冷焊），在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，材 料從一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面，便形成粘著磨損。 是外界的硬顆?；虼植诘挠脖砻嬖谙鄬?duì)運(yùn)動(dòng)中，在較軟材料的 表面上犁刨出很多溝紋的現(xiàn)象。 是高副（點(diǎn)、線接觸）機(jī)械零件的常見磨損形式。 磨磨 損損3 3 摩擦表面在摩擦過程中，伴隨有表面材料被腐蝕的現(xiàn)象，這種 情況下產(chǎn)生的磨損即為腐蝕磨損。 三、減小磨損的主要方法三、減小

10、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 磨 損 除了上述四種基本磨損類型以外，還有侵蝕磨損、微動(dòng)磨損等 其他形式，不多講。 4）腐蝕磨損 3-33-3潤(rùn)滑潤(rùn)滑 4-3 潤(rùn) 滑 潤(rùn)滑：是指在兩個(gè)摩擦表面之間加入潤(rùn)滑劑，以減小摩擦和磨損。 此外，潤(rùn)滑還可起到散熱降溫，防銹、防塵，吸振、密封等作用。 潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑一、潤(rùn)滑劑一、潤(rùn)滑劑 ：石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。 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。 1 潤(rùn)滑劑的分類 1）液體潤(rùn)滑劑： 主要有：動(dòng)植物油、礦物油、水等。 2）潤(rùn)滑脂

11、：俗稱黃油。由潤(rùn)滑油+稠化劑混合而成。 潤(rùn)滑脂的主要性能指標(biāo)是： 錐入度，反映其稠度大小。 滴點(diǎn)，決定工作溫度。 3) 固體潤(rùn)滑劑 4）氣體潤(rùn)滑劑：如空氣、氮?dú)狻⒍趸嫉取?潤(rùn)滑油的主要性質(zhì)潤(rùn)滑油的主要性質(zhì) 潤(rùn) 滑 2 潤(rùn)滑油的主要性質(zhì) 1）油性：是潤(rùn)滑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)。 2）粘度：是表示油液內(nèi)部相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦阻力大小的性能 指標(biāo)。 （粘度是選擇潤(rùn)滑油的主要依據(jù)）。 下面分析粘度的物理意義： du y u dy Ox y A B 兩個(gè)平行的平板之間充滿 潤(rùn)滑油，B板靜止，A板以速度 運(yùn)動(dòng)，各油層的速度呈直線 分布。相鄰油層之間有相對(duì)運(yùn) 動(dòng)，會(huì)

12、產(chǎn)生內(nèi)摩擦阻力（切應(yīng)力）。 粘度粘度 潤(rùn) 滑 研究表明：油液內(nèi)摩擦切應(yīng)力 與速度梯度 成正比。 dy du 即 dy du 式中： 即為潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘度。其國(guó)際單位為： （帕秒） sPa 動(dòng)力粘度 與同溫度下該流體的密度 之比，稱為運(yùn)動(dòng)粘度 。 即運(yùn)動(dòng)粘度 運(yùn)動(dòng)粘度 的國(guó)際單位是： ， s m 2 此單位太大，常用 s mm 2 注：我國(guó)潤(rùn)滑油的牌號(hào)就是用40下運(yùn)動(dòng)粘度的平均值表示的。 s mm 2 （ 數(shù) ） 影響粘度的主要因素： a) 溫度 溫度 潤(rùn)滑油的粘度 （見圖4-7） 添加劑添加劑 潤(rùn) 滑 b) 壓力 當(dāng)壓力20MPa時(shí)，對(duì)粘度的影響不大，可不予考慮。 當(dāng)壓力20MPa時(shí)，粘度隨壓力升高明顯增加，不能忽略其影響。 p e 0 式中： 為一個(gè)大氣壓下的粘度； 為粘壓指數(shù)； 為壓強(qiáng)。 0 p 二、添加劑二、添加劑 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。 3）閃點(diǎn)：是衡量油液易燃性的重要尺度，主要針對(duì)于高溫下工作 的機(jī)器。 潤(rùn) 滑 三、潤(rùn)滑方法三、潤(rùn)滑方法 壓配式注油杯旋套式注油杯 旋蓋式油脂杯 潤(rùn) 滑 針閥油杯 油芯油杯 潤(rùn) 滑 油環(huán)、油鏈