第11章 摩擦學(xué)設(shè)計(jì)-1

1、 是近是近 40 年來發(fā)展起來的年來發(fā)展起來的 。有關(guān)有關(guān)摩擦摩擦、磨損磨損與與潤滑科學(xué)潤滑科學(xué)的總稱，的總稱，相互接觸的摩相互接觸的摩 擦表面之間的擦表面之間的摩擦摩擦和和磨損磨損的有關(guān)科學(xué)和技術(shù)的的有關(guān)科學(xué)和技術(shù)的。 由于在由于在機(jī)械產(chǎn)品機(jī)械產(chǎn)品及其及其零部零部件的設(shè)計(jì)中，需要應(yīng)用和處理大量的件的設(shè)計(jì)中，需要應(yīng)用和處理大量的 ，因而也就誕生了，因而也就誕生了摩擦學(xué)設(shè)計(jì)摩擦學(xué)設(shè)計(jì)。 主要介紹了主要介紹了： 摩擦學(xué)的概念及摩擦學(xué)設(shè)計(jì)內(nèi)容摩擦學(xué)的概念及摩擦學(xué)設(shè)計(jì)內(nèi)容 金屬表面的金屬表面的摩擦和磨損摩擦和磨損 摩擦學(xué)設(shè)計(jì)中的減摩和耐磨材料的選擇摩擦學(xué)設(shè)計(jì)中的減摩和耐磨材料的選擇 潤滑和潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2、潤滑和潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摩擦學(xué)系統(tǒng)的監(jiān)測與診斷技術(shù)摩擦學(xué)系統(tǒng)的監(jiān)測與診斷技術(shù) 是近是近40 年來發(fā)展起來的年來發(fā)展起來的一門新的邊緣學(xué)科一門新的邊緣學(xué)科。 有關(guān)有關(guān)摩擦摩擦、磨損磨損與與潤滑科學(xué)潤滑科學(xué)的總稱，的總稱，是研究是研究相互接觸的摩擦表相互接觸的摩擦表 面之間的面之間的摩擦摩擦和和磨損磨損的有關(guān)科學(xué)和技術(shù)的一門學(xué)科。的有關(guān)科學(xué)和技術(shù)的一門學(xué)科。 是現(xiàn)象，是現(xiàn)象，是是的結(jié)果，的結(jié)果，是是降低摩擦降低摩擦、減少磨損減少磨損的重的重 要措施。因此，要措施。因此，摩擦摩擦、磨損與潤滑磨損與潤滑三者有著三者有著十分密切的關(guān)系十分密切的關(guān)系。 任何任何機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)都依賴都依賴的的來實(shí)現(xiàn)。而零

3、件的來實(shí)現(xiàn)。而零件的 必然會產(chǎn)生必然會產(chǎn)生和和。 為了為了減少摩擦減少摩擦或或降低磨損降低磨損，最有效的手段是，最有效的手段是。因此，解。因此，解 決決、和和就成為機(jī)械及大多數(shù)技術(shù)部門就成為機(jī)械及大多數(shù)技術(shù)部門最普遍和最重最普遍和最重 要的問題要的問題之一。之一。 11.1 摩擦學(xué)設(shè)計(jì)概述摩擦學(xué)設(shè)計(jì)概述 問世于問世于1966年，它是世界上近幾十年中發(fā)展最快的學(xué)科之年，它是世界上近幾十年中發(fā)展最快的學(xué)科之 一，這主要是由于一，這主要是由于摩擦學(xué)的研究摩擦學(xué)的研究對于國民經(jīng)濟(jì)具有十分重要的意義。對于國民經(jīng)濟(jì)具有十分重要的意義。 由于全世界約有由于全世界約有 1/2 1/3 的能源的能源以各種形式消

4、耗在以各種形式消耗在摩擦摩擦上，而上，而摩摩 擦擦導(dǎo)致導(dǎo)致磨損磨損是是機(jī)械設(shè)備失效機(jī)械設(shè)備失效的主要原因，大約有的主要原因，大約有80的損壞零件的損壞零件是由是由 于于各種形式的磨損各種形式的磨損引起的。引起的。 由于由于對于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的巨大影響，因而自這門對于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的巨大影響，因而自這門 學(xué)科與學(xué)科與1966年一經(jīng)提出，就迅速引起年一經(jīng)提出，就迅速引起世界各國的普遍重視世界各國的普遍重視，成為近，成為近40 多年來迅速發(fā)展的技術(shù)學(xué)科，并日益得到廣泛的應(yīng)用。多年來迅速發(fā)展的技術(shù)學(xué)科，并日益得到廣泛的應(yīng)用。 是以是以摩擦摩擦、磨損及潤滑理論磨損及潤滑理論為基礎(chǔ)，從為基礎(chǔ)，

5、從系統(tǒng)工程觀點(diǎn)系統(tǒng)工程觀點(diǎn) 出發(fā)，通過一系列出發(fā)，通過一系列計(jì)算計(jì)算與與經(jīng)驗(yàn)類比分析經(jīng)驗(yàn)類比分析，來預(yù)測并排除可能，來預(yù)測并排除可能發(fā)生的故發(fā)生的故 障障，使機(jī)械設(shè)備在，使機(jī)械設(shè)備在使用過程中使用過程中達(dá)到達(dá)到盡可能小的摩擦盡可能小的摩擦、損耗損耗和和經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn) 定磨損率定磨損率。 是是機(jī)械設(shè)備零件設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備零件設(shè)計(jì)經(jīng)歷了經(jīng)歷了運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)與與強(qiáng)度設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)以后以后 的的第三階段設(shè)計(jì)第三階段設(shè)計(jì)，它涉及它涉及到到流體力學(xué)流體力學(xué)、固體力學(xué)固體力學(xué)、流變學(xué)流變學(xué)、數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)、材材 料科學(xué)料科學(xué)、物理物理和和化學(xué)化學(xué)等內(nèi)容。等內(nèi)容。 的的主要主要： 摩擦副的摩擦副的類型選擇類型選擇、結(jié)

6、構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和和材料選擇材料選擇等；等； 潤滑劑和潤滑方法的選擇潤滑劑和潤滑方法的選擇、潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等；等； 。 為了獲得為了獲得當(dāng)前當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的信息運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的信息，并，并機(jī)械故障診斷機(jī)械故障診斷，包包 括括溫度、振動(dòng)傳感器、油液監(jiān)測器的設(shè)計(jì)或選用；信號傳輸?shù)奶幚?、溫度、振?dòng)傳感器、油液監(jiān)測器的設(shè)計(jì)或選用；信號傳輸?shù)奶幚怼?分析等。分析等。 11.2.1 金屬表面特性金屬表面特性 機(jī)械設(shè)備機(jī)械設(shè)備的的大多都是采用大多都是采用金屬制作金屬制作的。而的。而摩擦學(xué)研究的摩擦學(xué)研究的 對象對象是作是作相對運(yùn)動(dòng)相對運(yùn)動(dòng)、相互作用的表面相互作用的表面，所以了解，所以了解金屬表面的特性金

7、屬表面的特性是解是解 決決的基礎(chǔ)知識之一。的基礎(chǔ)知識之一。 金屬表面的特性金屬表面的特性，主要包括：，主要包括： 金屬表面的形貌金屬表面的形貌 表面的結(jié)構(gòu)組成表面的結(jié)構(gòu)組成 表面的接觸表面的接觸 11.2 金屬表面的金屬表面的摩擦和磨損摩擦和磨損 圖圖11-1 表面形貌及其特性表面形貌及其特性 圖圖11-2 金屬零件表層的一般結(jié)構(gòu)金屬零件表層的一般結(jié)構(gòu) 圖圖11-3 表面接觸面積表面接觸面積 An=ab，即接觸表，即接觸表 面的面的宏觀面積宏觀面積，由接觸物，由接觸物 體的外部尺寸決定。體的外部尺寸決定。 即金屬表面彈性變形即金屬表面彈性變形 部分所形成的部分所形成的接觸面積總接觸面積總 和和

8、，AP的大小與表面所承的大小與表面所承 受的載荷有關(guān)，通常，受的載荷有關(guān)，通常， APAn(515)。 即即輪廓接觸面積輪廓接觸面積AP內(nèi)內(nèi)各真實(shí)接觸部分的微小面積的各真實(shí)接觸部分的微小面積的總和總和。 如如圖圖11-3所示。所示?？煞譃槿缦驴煞譃槿缦?3 種：種： 1. 摩擦的定義摩擦的定義 兩個(gè)相互接觸的兩個(gè)相互接觸的物體物體在在外力外力作用下作作用下作相對運(yùn)動(dòng)相對運(yùn)動(dòng)時(shí)其時(shí)其接觸表面接觸表面之間之間 的的切向阻抗現(xiàn)象切向阻抗現(xiàn)象，叫做，叫做。其阻力叫做。其阻力叫做。 這種這種摩擦摩擦與與兩個(gè)物體接觸部分的表面相互作用兩個(gè)物體接觸部分的表面相互作用有關(guān)，而與有關(guān)，而與物體內(nèi)物體內(nèi) 部狀態(tài)部

9、狀態(tài)無關(guān)，所以又稱為無關(guān)，所以又稱為外摩擦外摩擦。液體或者氣體中各部分之間。液體或者氣體中各部分之間相對移相對移 動(dòng)動(dòng)而發(fā)生的而發(fā)生的摩擦摩擦，稱為，稱為內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦。而邊界潤滑狀態(tài)下的摩擦是吸附膜或。而邊界潤滑狀態(tài)下的摩擦是吸附膜或 其它表面膜之間的摩擦，也屬于其它表面膜之間的摩擦，也屬于外摩擦外摩擦。 兩個(gè)物體之間的兩個(gè)物體之間的摩擦力摩擦力與其與其法向壓力法向壓力之比值，稱為之比值，稱為摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)。 兩上物體表面相互接觸或相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會兩上物體表面相互接觸或相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會。因此，。因此， 是自然界普遍存在的一種現(xiàn)象。是自然界普遍存在的一種現(xiàn)象。 人類對人類對就是就是“摩擦起火摩

10、擦起火”。近代工業(yè)的。近代工業(yè)的摩擦輪傳摩擦輪傳 動(dòng)動(dòng)、各種車輛和飛機(jī)的、各種車輛和飛機(jī)的制動(dòng)器制動(dòng)器、摩擦切削摩擦切削等都是等都是為人類服務(wù)為人類服務(wù) 的例子。但在大多數(shù)情況下，的例子。但在大多數(shù)情況下，它它造成造成能量的損耗能量的損耗和和機(jī)機(jī) 件材料的磨損件材料的磨損。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上能源有。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上能源有1/21/3以各種形式以各種形式消耗于摩擦消耗于摩擦。 11.2.2 摩擦摩擦 和和的的是：一物體或一部分物質(zhì)將自身的是：一物體或一部分物質(zhì)將自身的 運(yùn)動(dòng)傳遞給與它相接觸的另一物體或另一部分物質(zhì)，并試圖使運(yùn)動(dòng)傳遞給與它相接觸的另一物體或另一部分物質(zhì)，并試圖使兩者兩者 的運(yùn)動(dòng)速度的運(yùn)動(dòng)

11、速度趨于一致，因而在趨于一致，因而在摩擦過程中摩擦過程中發(fā)生發(fā)生。 與與的的不同特征不同特征在于內(nèi)部運(yùn)動(dòng)狀況。在于內(nèi)部運(yùn)動(dòng)狀況。 流體相鄰質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度是連續(xù)變化的，具有一定的流體相鄰質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度是連續(xù)變化的，具有一定的 速度梯度速度梯度；是在滑動(dòng)面上發(fā)生速度突變。是在滑動(dòng)面上發(fā)生速度突變。 此外，此外，內(nèi)摩擦力內(nèi)摩擦力與相對滑動(dòng)速度成正比，當(dāng)滑動(dòng)速度為零時(shí)與相對滑動(dòng)速度成正比，當(dāng)滑動(dòng)速度為零時(shí)內(nèi)內(nèi) 摩擦力摩擦力也就消失；也就消失；而而外摩擦力外摩擦力與滑動(dòng)速度的關(guān)系隨工況條件變化，與滑動(dòng)速度的關(guān)系隨工況條件變化， 當(dāng)滑動(dòng)速度消失后仍有當(dāng)滑動(dòng)速度消失后仍有靜摩擦力靜摩擦力存在。存在。 以上對

12、以上對摩擦的定義摩擦的定義，確切地指出了，確切地指出了摩擦的實(shí)質(zhì)摩擦的實(shí)質(zhì)。顯然，兩接觸。顯然，兩接觸 表面有相對運(yùn)動(dòng)或相對運(yùn)動(dòng)的趨勢，必然就有表面有相對運(yùn)動(dòng)或相對運(yùn)動(dòng)的趨勢，必然就有，可可 以用以用摩擦力摩擦力或或摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)反映，而反映，而始終與相對運(yùn)動(dòng)的方向相反。始終與相對運(yùn)動(dòng)的方向相反。 2. 摩擦的分類摩擦的分類 可以按以下可以按以下來分類。來分類。 1)按摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類按摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類 按按摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類，分類，可分為：可分為：靜摩擦靜摩擦和和動(dòng)摩擦動(dòng)摩擦。 兩個(gè)物體作宏觀位移前的微觀位移時(shí)其接觸表面之間兩個(gè)物體作宏觀位移前的微觀位移時(shí)其接觸表

13、面之間 的的外摩擦外摩擦。其摩擦力稱。其摩擦力稱靜摩擦力靜摩擦力。 隨作用于物體上的外力變化而變化。當(dāng)外力大到克服了隨作用于物體上的外力變化而變化。當(dāng)外力大到克服了 最大靜摩擦力時(shí)，物體才開始宏觀運(yùn)動(dòng)。最大靜摩擦力是物體產(chǎn)生宏最大靜摩擦力時(shí)，物體才開始宏觀運(yùn)動(dòng)。最大靜摩擦力是物體產(chǎn)生宏 觀位移前的摩擦力極限。觀位移前的摩擦力極限。 兩個(gè)物體作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)接觸表面之間的外摩擦。其阻兩個(gè)物體作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)接觸表面之間的外摩擦。其阻 礙物體運(yùn)動(dòng)的切向力叫礙物體運(yùn)動(dòng)的切向力叫動(dòng)摩擦力動(dòng)摩擦力。 動(dòng)摩擦力通常小于靜摩擦力。動(dòng)摩擦力通常小于靜摩擦力。 2)按摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式分類按摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式分類 按按摩擦

14、副的運(yùn)動(dòng)形式摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式分類，分類，可分為：可分為：滑動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦和和 滑滑- -滾摩擦滾摩擦。 (1)：指兩個(gè)接觸物體之間的指兩個(gè)接觸物體之間的動(dòng)摩擦動(dòng)摩擦，其接觸表面上切向，其接觸表面上切向 速度的大小和（或）方向不同。也就是兩表面速度的大小和（或）方向不同。也就是兩表面發(fā)生相對滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生相對滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)的的 動(dòng)摩擦。動(dòng)摩擦。 在力矩作用下，物體沿接觸表面在力矩作用下，物體沿接觸表面滾動(dòng)時(shí)的摩擦滾動(dòng)時(shí)的摩擦。也。也 就是兩表面發(fā)生純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)的就是兩表面發(fā)生純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)摩擦動(dòng)摩擦。滾動(dòng)摩擦?xí)r，其接觸表面上。滾動(dòng)摩擦?xí)r，其接觸表面上 至少有一點(diǎn)切向速度的大小和方

15、向均相同。至少有一點(diǎn)切向速度的大小和方向均相同。 指兩個(gè)接觸物體之間的動(dòng)摩擦，其接觸表面上指兩個(gè)接觸物體之間的動(dòng)摩擦，其接觸表面上同同 時(shí)發(fā)生滾動(dòng)和滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)發(fā)生滾動(dòng)和滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦。的摩擦。 3)按摩擦副表面的潤滑狀態(tài)分類按摩擦副表面的潤滑狀態(tài)分類 按按摩擦副表面的潤滑狀態(tài)摩擦副表面的潤滑狀態(tài)分類，分類，可分為：干摩擦、液體摩可分為：干摩擦、液體摩 擦、邊界摩擦和混合摩擦等。擦、邊界摩擦和混合摩擦等。 在大氣條件下，摩擦表面間名義上在大氣條件下，摩擦表面間名義上沒沒 有潤滑劑有潤滑劑存在時(shí)的摩擦。存在時(shí)的摩擦。 指相對運(yùn)動(dòng)的兩物體表面完全被指相對運(yùn)動(dòng)的兩物體表面完全被一層流體一層流體所隔

16、開的所隔開的 摩擦。這時(shí)的摩擦。這時(shí)的摩擦取決于流體的粘度摩擦取決于流體的粘度。流體可是液體或氣體。當(dāng)為液。流體可是液體或氣體。當(dāng)為液 體時(shí)稱體時(shí)稱液體摩擦液體摩擦；為氣體時(shí)稱；為氣體時(shí)稱氣體摩擦氣體摩擦。 流體摩擦流體摩擦?xí)r，摩擦是發(fā)生在流體內(nèi)部。時(shí)，摩擦是發(fā)生在流體內(nèi)部。 是指摩擦表面間有是指摩擦表面間有一層極薄的吸附潤滑膜存在時(shí)一層極薄的吸附潤滑膜存在時(shí)的的 摩擦，這層膜叫摩擦，這層膜叫邊界潤滑膜邊界潤滑膜，其厚度大約為，其厚度大約為0.01m或更薄。這時(shí)摩擦或更薄。這時(shí)摩擦 取決于潤滑膜的特性如表面特性。取決于潤滑膜的特性如表面特性。 是指介于是指介于上述三種摩擦之間上述三種摩擦之間的

17、摩擦。這種類型的摩的摩擦。這種類型的摩 擦是屬于過渡狀態(tài)的擦是屬于過渡狀態(tài)的摩擦摩擦，如半干摩擦和半流體摩擦。，如半干摩擦和半流體摩擦。 半干摩擦半干摩擦是指同時(shí)有邊界摩擦和干摩擦的情況。是指同時(shí)有邊界摩擦和干摩擦的情況。 半流體摩擦半流體摩擦是指同時(shí)有流體摩擦和邊界摩擦的情況。是指同時(shí)有流體摩擦和邊界摩擦的情況。 3. 摩擦理論摩擦理論 是兩個(gè)接觸表面相互作用引起的是兩個(gè)接觸表面相互作用引起的滑動(dòng)阻力滑動(dòng)阻力和和能量損耗能量損耗。摩擦摩擦 現(xiàn)象現(xiàn)象涉及的因素很多，因而提出了涉及的因素很多，因而提出了各種不同的摩擦理論各種不同的摩擦理論，現(xiàn)簡述如下。，現(xiàn)簡述如下。 十八世紀(jì)以前的十八世紀(jì)以前的

18、摩擦理論摩擦理論認(rèn)為，認(rèn)為，摩擦摩擦起源于起源于表面粗糙度表面粗糙度，滑動(dòng)摩，滑動(dòng)摩 擦中能量損耗于微凸峰的相互嚙合、嵌入及彈塑變形，特別是硬微凸擦中能量損耗于微凸峰的相互嚙合、嵌入及彈塑變形，特別是硬微凸 峰嵌入軟表面后在滑動(dòng)中形成的犁溝效應(yīng)。峰嵌入軟表面后在滑動(dòng)中形成的犁溝效應(yīng)。 這一理論認(rèn)為這一理論認(rèn)為，表面越粗糙，表面越粗糙摩擦系數(shù)越摩擦系數(shù)越大，反之隨著表面粗糙度大，反之隨著表面粗糙度 的降低，的降低，摩擦系數(shù)降低摩擦系數(shù)降低。 實(shí)踐表明，實(shí)踐表明，摩擦機(jī)械理論摩擦機(jī)械理論只適用于只適用于普通粗糙表面普通粗糙表面，而當(dāng)，而當(dāng)表面粗糙表面粗糙 度降到表面分子吸引力有效作用度降到表面分子

19、吸引力有效作用時(shí)，如時(shí)，如時(shí)，這時(shí)時(shí)，這時(shí)摩擦系摩擦系 數(shù)數(shù)反而劇增，這說明反而劇增，這說明機(jī)械理論機(jī)械理論就不適用了。就不適用了。 / r r FAW fA W 這種理論認(rèn)為這種理論認(rèn)為，摩擦摩擦是起因于是起因于兩摩擦表面兩摩擦表面上上分子間的作用力分子間的作用力，是，是 由于分子的活動(dòng)性和分子力作用可使由于分子的活動(dòng)性和分子力作用可使固體粘附固體粘附在一起而產(chǎn)生在一起而產(chǎn)生阻抗現(xiàn)象阻抗現(xiàn)象。 根據(jù)根據(jù)似得出這樣的結(jié)論，即表面越粗糙實(shí)際接觸面似得出這樣的結(jié)論，即表面越粗糙實(shí)際接觸面 積越小，因而積越小，因而摩擦系數(shù)應(yīng)越小摩擦系數(shù)應(yīng)越小。因而，。因而，摩擦分子理論摩擦分子理論能解釋一些能解釋一

20、些摩擦摩擦 機(jī)械理論機(jī)械理論不能解釋的現(xiàn)象，但是對實(shí)際粗糙表面，又與實(shí)際不符。不能解釋的現(xiàn)象，但是對實(shí)際粗糙表面，又與實(shí)際不符。 這種理論認(rèn)為這種理論認(rèn)為，摩擦過程中有表面微凸峰間的，摩擦過程中有表面微凸峰間的機(jī)械嚙合力機(jī)械嚙合力和和摩擦摩擦 表面分子相互吸引力表面分子相互吸引力這兩個(gè)方面的這兩個(gè)方面的阻力阻力。因此，可用。因此，可用二項(xiàng)式摩擦定理二項(xiàng)式摩擦定理 來說明來說明這種理論這種理論，即，即 （11-1） 摩擦力摩擦力： 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)： （11-2） 式中，式中， 由摩擦表面分子特性決定的系數(shù)；由摩擦表面分子特性決定的系數(shù)； 由摩擦表面機(jī)械特性決定的系數(shù)；由摩擦表面機(jī)械特性決定的系

21、數(shù)； Ar 實(shí)際接觸面積； 實(shí)際接觸面積； W 外載荷。外載荷。 分子機(jī)械理論分子機(jī)械理論較較更為完善一些，主要是因?yàn)楦鼮橥晟埔恍?，主要是因?yàn)?它既考慮了它既考慮了微凸峰間分子的吸引力微凸峰間分子的吸引力，并又明確指出，界面間微凸峰，并又明確指出，界面間微凸峰 的機(jī)械嚙合力是的機(jī)械嚙合力是產(chǎn)生摩擦產(chǎn)生摩擦的主要原因。的主要原因。該理論該理論更為符合實(shí)際情況。更為符合實(shí)際情況。 ebre SpAPTF 式中，式中，T 剪切力，剪切力，TAr ；Pe 犁溝力，犁溝力，Pe = S pe； 其中，其中，Ar 為粘著面積即實(shí)際接觸面積；為粘著面積即實(shí)際接觸面積；b 粘著點(diǎn)的剪切粘著點(diǎn)的剪切 強(qiáng)度；強(qiáng)度

22、；S 犁溝面積；犁溝面積；pe 單位面積的犁溝力。單位面積的犁溝力。 粘著理論粘著理論和和分子機(jī)械理論分子機(jī)械理論相比較，相比較，二者二者都考慮了都考慮了表面微凸峰表面微凸峰間的間的 嚙合力嚙合力，但，但這種這種嚙合力嚙合力是由是由微凸峰微凸峰受載后的受載后的塑性變形塑性變形 所產(chǎn)生，同時(shí)，還考慮了所產(chǎn)生，同時(shí)，還考慮了微凸峰微凸峰在接觸以后產(chǎn)生在接觸以后產(chǎn)生粘結(jié)粘結(jié)，如果被外力所，如果被外力所 剪切而分離時(shí)，還必須克服剪切而分離時(shí)，還必須克服微凸峰間相互位移微凸峰間相互位移所需的所需的切向力切向力。 由于由于粘著結(jié)點(diǎn)粘著結(jié)點(diǎn)具有很強(qiáng)的具有很強(qiáng)的粘著力粘著力，當(dāng)兩表面作相對滑動(dòng)時(shí)，當(dāng)兩表面作相

23、對滑動(dòng)時(shí)，粘著粘著 點(diǎn)點(diǎn)被切斷，當(dāng)一表面比另一表面硬時(shí)，則硬的微凸體頂峰還將較軟的被切斷，當(dāng)一表面比另一表面硬時(shí)，則硬的微凸體頂峰還將較軟的 表面上拉劃出表面上拉劃出犁溝犁溝，這時(shí)，這時(shí)，摩擦力摩擦力是是粘著效應(yīng)粘著效應(yīng)和和犁溝效應(yīng)犁溝效應(yīng)產(chǎn)生阻力的產(chǎn)生阻力的 總和總和，即，即剪切這些粘著點(diǎn)的力剪切這些粘著點(diǎn)的力和和拉劃出犁溝的力之和拉劃出犁溝的力之和就是就是。 按上述按上述 為為 （11-3） S b b WAF s b W F f 式中，式中，b 為較軟材料的剪切強(qiáng)度極限； 為較軟材料的剪切強(qiáng)度極限； s 為較軟材料的抗壓屈服極限； 為較軟材料的抗壓屈服極限； W為外載荷。為外載荷。 對于

24、對于金屬摩擦副金屬摩擦副，通常，通常Pe 的數(shù)值的數(shù)值遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于 T 值。值。認(rèn)為認(rèn)為粘著粘著 效應(yīng)效應(yīng)是是產(chǎn)生摩擦力產(chǎn)生摩擦力的主要原因。如果的主要原因。如果忽略忽略犁溝效應(yīng)犁溝效應(yīng)，式式(11-3)變?yōu)樽優(yōu)?摩擦力摩擦力： （11-4） 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)：（11-5） 4. 影響摩擦的因素影響摩擦的因素 在于弄清摩擦的機(jī)理，以便在于弄清摩擦的機(jī)理，以便控制摩擦過程控制摩擦過程和和 降低摩擦損耗。降低摩擦損耗。是多方面的，目較普遍的認(rèn)識認(rèn)為有是多方面的，目較普遍的認(rèn)識認(rèn)為有 以下以下幾個(gè)主要方面幾個(gè)主要方面： (1)金屬材料的性質(zhì)（材料互溶性，材料的金相分子結(jié)構(gòu)等）；金屬材料的性質(zhì)（材料互

25、溶性，材料的金相分子結(jié)構(gòu)等）； (2)法向載荷；法向載荷； (3)表面的滑動(dòng)速度；表面的滑動(dòng)速度； (4)環(huán)境及表面間的溫度；環(huán)境及表面間的溫度； (5)表面的粗糙度；表面的粗糙度； (6)表面膜等。表面膜等。 因此，在研究分析因此，在研究分析具體摩擦現(xiàn)象具體摩擦現(xiàn)象及及問題問題時(shí)，應(yīng)給于全面考慮。時(shí)，應(yīng)給于全面考慮。 部分常用材料的部分常用材料的滑動(dòng)摩擦系數(shù)滑動(dòng)摩擦系數(shù)見見表表11-1。 表表11-1 部分常用材料的滑動(dòng)摩擦系數(shù)部分常用材料的滑動(dòng)摩擦系數(shù) 1. 磨損的定義及其表示方法磨損的定義及其表示方法 相互接觸物體的表面相對運(yùn)動(dòng)過程中，相互接觸物體的表面相對運(yùn)動(dòng)過程中，表層物質(zhì)發(fā)生不斷損

26、失的表層物質(zhì)發(fā)生不斷損失的 現(xiàn)象現(xiàn)象稱為稱為，表現(xiàn)為，表現(xiàn)為物體尺寸物體尺寸和和(或或)形狀的變化形狀的變化。 為了說明為了說明材料磨損程度材料磨損程度和和耐磨性能耐磨性能，需要用，需要用表征表征磨損現(xiàn)磨損現(xiàn) 象象。通常采用下述。通常采用下述。 指以尺寸、體積或重量的減少量來表示的磨損過程指以尺寸、體積或重量的減少量來表示的磨損過程 結(jié)果的量。通?？捎媒Y(jié)果的量。通?？捎镁€磨損量線磨損量、體積磨損量體積磨損量、重量磨損量重量磨損量來表示。來表示。磨磨 損量損量是評定材料耐磨性能，控制產(chǎn)品質(zhì)量和研究摩擦磨損機(jī)理的重要是評定材料耐磨性能，控制產(chǎn)品質(zhì)量和研究摩擦磨損機(jī)理的重要 指標(biāo)之一。指標(biāo)之一。 是

27、指磨損量對產(chǎn)生磨損的行程或時(shí)間之比值。它可是指磨損量對產(chǎn)生磨損的行程或時(shí)間之比值。它可 用用三種方式三種方式表示，即表示，即(1)單位滑動(dòng)距離的材料磨損量單位滑動(dòng)距離的材料磨損量；(2)單位時(shí)間的單位時(shí)間的 材料磨損量材料磨損量；(3)每轉(zhuǎn)或每一往復(fù)行程的材料磨損量每轉(zhuǎn)或每一往復(fù)行程的材料磨損量。 指磨損量與發(fā)生磨損所經(jīng)過的規(guī)定距離或所作的指磨損量與發(fā)生磨損所經(jīng)過的規(guī)定距離或所作的 功之比值。功之比值。 用以表示材料抵抗磨損的性能。它以規(guī)定的摩擦用以表示材料抵抗磨損的性能。它以規(guī)定的摩擦 條件下的條件下的來表示。來表示。 很多，為了對很多，為了對能夠深入地理解和研究，能夠深入地理解和研究，現(xiàn)現(xiàn)

28、 代機(jī)械工程代機(jī)械工程常按常按摩擦表面破壞的機(jī)理摩擦表面破壞的機(jī)理和和特性特性對對磨損進(jìn)行分類磨損進(jìn)行分類。 為此，一般可將為此，一般可將分為分為如下五類如下五類： 粘著磨損粘著磨損 磨料磨損磨料磨損 表面疲勞磨損表面疲勞磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損 這五類磨損的機(jī)理這五類磨損的機(jī)理及及特點(diǎn)特點(diǎn)見見表表11-2。 表表11-2 五種基本磨損類型五種基本磨損類型 下面介紹幾種較為重要的下面介紹幾種較為重要的。 很多很多是在是在靜態(tài)條件靜態(tài)條件下作出的，如下作出的，如靜負(fù)荷靜負(fù)荷、不變速不變速 度度、或是、或是用熱負(fù)荷用熱負(fù)荷（Thermalload）即）即計(jì)算溫度的方法計(jì)算溫度的方法

29、來解決。來解決。 現(xiàn)已提出的現(xiàn)已提出的如下。如下。 其中，其中， pH 為 為Hertz最大壓力；最大壓力；US 為物體表面的相對滑動(dòng)速度。為物體表面的相對滑動(dòng)速度。 該準(zhǔn)則該準(zhǔn)則雖很簡單，但是包括了雖很簡單，但是包括了：載荷載荷和和速度速度。 在在不同的載荷不同的載荷和和速度速度下，下，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)值的離散程度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)值的離散程度雖不超過雖不超過50%， 但誤差是很大的。盡管如此，仍可作為設(shè)計(jì)時(shí)的參考。但誤差是很大的。盡管如此，仍可作為設(shè)計(jì)時(shí)的參考。 S fWUconst 也可寫成也可寫成 (11-6) 式中，式中，f 為摩擦系數(shù)；為摩擦系數(shù)；W 為載荷。為載荷。 fWUS的物理意義的物理意義是

30、因摩擦而消耗的能量，也可看成是因摩擦而是因摩擦而消耗的能量，也可看成是因摩擦而 產(chǎn)生的熱。但是，在產(chǎn)生膠合時(shí)的產(chǎn)生的熱。但是，在產(chǎn)生膠合時(shí)的摩擦系數(shù)摩擦系數(shù) f 值很難確定，因此，值很難確定，因此，采采 用此式用此式較為困難較為困難。 是從是從 發(fā)展而來的。發(fā)展而來的。 幾十年來，有許多研究者開展了對幾十年來，有許多研究者開展了對指數(shù)指數(shù) x 值值的確定研究。求得的確定研究。求得 x 值的方法值的方法：理論分析法理論分析法、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)以及以及試驗(yàn)結(jié)果的總試驗(yàn)結(jié)果的總 結(jié)結(jié)。對于某一種具體條件下，只有通過。對于某一種具體條件下，只有通過試驗(yàn)的方法試驗(yàn)的方法求得求得 x 數(shù)值后，

31、數(shù)值后， 這個(gè)準(zhǔn)則這個(gè)準(zhǔn)則才有實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。才有實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。 粘著磨損的計(jì)算粘著磨損的計(jì)算是基于是基于如下假設(shè)如下假設(shè)：表面的粘結(jié)點(diǎn)表面的粘結(jié)點(diǎn)是相同的圓形，其是相同的圓形，其 半徑為半徑為r，每一個(gè)粘結(jié)點(diǎn)的面積每一個(gè)粘結(jié)點(diǎn)的面積為為r2 ，并且，并且支持著的載荷支持著的載荷為為pyr2 ， py為為 材料的屈服壓強(qiáng)；通過每一個(gè)粘結(jié)點(diǎn)的滑動(dòng)距離為材料的屈服壓強(qiáng)；通過每一個(gè)粘結(jié)點(diǎn)的滑動(dòng)距離為2r（見（見圖圖11-4），假），假 定磨粒呈半球狀，定磨粒呈半球狀，每一個(gè)磨粒的體積每一個(gè)磨粒的體積 2r3/3。 圖圖11-4粘著磨損的計(jì)算模型粘著磨損的計(jì)算模型 2 3 a r Vn 2 ya W

32、prn 單位滑動(dòng)長度時(shí)的單位滑動(dòng)長度時(shí)的磨損體積磨損體積 V 為為 式中，式中，na 為全部接觸斑點(diǎn)的數(shù)目。 為全部接觸斑點(diǎn)的數(shù)目。 設(shè)每一個(gè)點(diǎn)所支持的載荷為設(shè)每一個(gè)點(diǎn)所支持的載荷為pyr2 ，可得，可得總載荷總載荷 W 為為 3 y W V p 3 y W Vk p 故得故得 上式上式是在假定所有粘結(jié)點(diǎn)都磨去一個(gè)磨粒的條件下求得的。如果是在假定所有粘結(jié)點(diǎn)都磨去一個(gè)磨粒的條件下求得的。如果 只有全部接觸點(diǎn)的只有全部接觸點(diǎn)的 k 部分產(chǎn)生磨削，部分產(chǎn)生磨削，上式上式可寫為可寫為 式中，式中，k是一個(gè)凸峰接觸時(shí)是一個(gè)凸峰接觸時(shí)可能產(chǎn)生磨削的概率可能產(chǎn)生磨削的概率。 由由上式上式可以得到可以得到：材

33、料的磨損體積材料的磨損體積與與滑動(dòng)距滑動(dòng)距 離離成正比，與成正比，與載荷載荷成正比，與成正比，與較軟材料的屈服壓強(qiáng)較軟材料的屈服壓強(qiáng)成反比。成反比。 (11-12) 2 2 y n r p W 2 cotVnr 2cot y W V p 因單位距離的因單位距離的磨損體積磨損體積 。故得。故得 圖圖11-5圓錐凸峰嵌入式的圓錐凸峰嵌入式的 磨料磨損計(jì)算模型磨料磨損計(jì)算模型 假如采用假如采用硬的圓錐凸峰硬的圓錐凸峰在較軟的表面上劃過的在較軟的表面上劃過的磨損模型磨損模型來進(jìn)行來進(jìn)行磨磨 料磨損的計(jì)算料磨損的計(jì)算，若視，若視圓錐凸峰圓錐凸峰的大小相同，并具有相同的的大小相同，并具有相同的半角半角 （

34、見（見 圖圖11-5），當(dāng)圓錐凸峰劃過一個(gè)單位距離時(shí)，），當(dāng)圓錐凸峰劃過一個(gè)單位距離時(shí)，凸峰凸峰使軟物體移去的體使軟物體移去的體 積為積為 r。但因但因r cot ，則可得移動(dòng)單位距離時(shí)一個(gè)凸峰所劃去的體則可得移動(dòng)單位距離時(shí)一個(gè)凸峰所劃去的體 積為積為 r2cot 。假定較軟材料的屈服壓強(qiáng)為。假定較軟材料的屈服壓強(qiáng)為 py ，則則每一個(gè)圓錐凸峰每一個(gè)圓錐凸峰所承所承 擔(dān)的載荷為擔(dān)的載荷為 (r2/2)py 。如果有。如果有 n 個(gè)凸峰接觸個(gè)凸峰接觸，則，則為為 (11-14) a B k W V H 適用于適用于二體磨料磨損二體磨料磨損。對于。對于三體磨料磨損三體磨料磨損，式式(11-15)

35、仍可近似地采用，只是仍可近似地采用，只是 ka 值要低一些，因在值要低一些，因在三體磨料磨損三體磨料磨損情況下，情況下， 很多很多磨料磨料是在是在滾動(dòng)滾動(dòng)而不是而不是滑動(dòng)滑動(dòng)。 上式上式是以是以圓錐凸峰模型圓錐凸峰模型為基礎(chǔ)而推得的，沒有考慮為基礎(chǔ)而推得的，沒有考慮凸峰的高度凸峰的高度 分布不同的狀態(tài)分布不同的狀態(tài)。材料在滑動(dòng)方向的前方。材料在滑動(dòng)方向的前方產(chǎn)生堆積產(chǎn)生堆積，會改變接觸面，會改變接觸面 積；材料的彈性模量積；材料的彈性模量E 對對也有影響。也有影響。 因此，可用因此，可用下式算計(jì)下式算計(jì) 式中，式中，HB 為較軟材料的硬度； 為較軟材料的硬度；ka 為磨料磨損常數(shù)。對不 為磨料

36、磨損常數(shù)。對不 同的磨料，同的磨料，ka 值不同。值不同。 (11-15) 組成組成摩擦副的機(jī)械零部件摩擦副的機(jī)械零部件在正常的運(yùn)行條件下，其在正常的運(yùn)行條件下，其典型磨損過典型磨損過 程程一般分為一般分為三個(gè)階段三個(gè)階段，如，如圖圖11-6所示。所示。 圖圖11-6 典型磨損過程典型磨損過程 如如圖圖11-6中的中的 OA線段線段所示。所示。 由于新的由于新的摩擦副表面摩擦副表面具有一定的具有一定的表面粗糙度表面粗糙度，在，在載荷載荷作用下，開作用下，開 始時(shí)實(shí)際接觸面積較少，單位接觸面積實(shí)際承受的載荷較大。因此，始時(shí)實(shí)際接觸面積較少，單位接觸面積實(shí)際承受的載荷較大。因此， 在運(yùn)行初期，磨損

37、率較快。在運(yùn)行初期，磨損率較快。 隨著隨著跑合過程跑合過程的進(jìn)行，的進(jìn)行，摩擦表面粗糙峰摩擦表面粗糙峰逐漸磨平，其逐漸磨平，其表面表面變得光變得光 滑，實(shí)際接觸面積逐漸增大，磨損減緩。滑，實(shí)際接觸面積逐漸增大，磨損減緩。 經(jīng)過經(jīng)過磨合磨合，摩擦表面摩擦表面發(fā)生發(fā)生加工硬化加工硬化，微觀幾何形狀改變，建立了，微觀幾何形狀改變，建立了 彈性接觸的條件彈性接觸的條件，這時(shí)，這時(shí)磨損磨損穩(wěn)定下來，穩(wěn)定下來，磨損量磨損量與與時(shí)間時(shí)間成正比增長，成正比增長，磨磨 損率損率基本不變，如基本不變，如圖圖11-6中的中的 AB線段線段。 經(jīng)過較長時(shí)間的經(jīng)過較長時(shí)間的穩(wěn)定磨損穩(wěn)定磨損后，后，摩擦條件摩擦條件發(fā)生較

38、大變化，如摩擦表發(fā)生較大變化，如摩擦表 面間的間隙增大，表面溫度過高，以及金屬組織的變化等致使磨損率面間的間隙增大，表面溫度過高，以及金屬組織的變化等致使磨損率 急劇增加。這時(shí)機(jī)械效率下降，精度降低，產(chǎn)生異常的噪聲和振動(dòng)。急劇增加。這時(shí)機(jī)械效率下降，精度降低，產(chǎn)生異常的噪聲和振動(dòng)。 最后導(dǎo)致零件的失效。如最后導(dǎo)致零件的失效。如圖圖11-6中的中的 。 從從磨損過程的變化磨損過程的變化來看，為了提高來看，為了提高機(jī)器零件的使用壽命機(jī)器零件的使用壽命，則應(yīng)盡，則應(yīng)盡 量延長量延長 磨損階段磨損階段。 圖圖11-7(a)是在是在載荷一定載荷一定而而改變滑動(dòng)速度改變滑動(dòng)速度時(shí)，時(shí)，鋼對鋼表面鋼對鋼表面

39、的磨損量的磨損量 的變化和磨損形式的轉(zhuǎn)化。的變化和磨損形式的轉(zhuǎn)化。 當(dāng)當(dāng)表面滑動(dòng)速度很低表面滑動(dòng)速度很低時(shí)，時(shí)，摩擦摩擦是在是在表面氧化膜表面氧化膜之間進(jìn)行，所以產(chǎn)之間進(jìn)行，所以產(chǎn) 生的生的磨損磨損為為氧化磨損氧化磨損，磨損量小磨損量小。 圖圖11-7列示了列示了機(jī)械零部件磨損形式機(jī)械零部件磨損形式隨隨工況條件的變化工況條件的變化而轉(zhuǎn)化的情而轉(zhuǎn)化的情 況。況。 圖圖11-7 磨損形式的轉(zhuǎn)化磨損形式的轉(zhuǎn)化 隨著隨著，磨粒增大，磨粒增大，表面表面出現(xiàn)金屬光澤且變得粗糙，出現(xiàn)金屬光澤且變得粗糙， 此時(shí)已轉(zhuǎn)化為此時(shí)已轉(zhuǎn)化為粘著磨損粘著磨損，磨損量磨損量也是增大。也是增大。 當(dāng)當(dāng)，由于溫度升高，由于溫度

40、升高，表面表面重新生成重新生成氧化膜氧化膜，又轉(zhuǎn)，又轉(zhuǎn) 化化氧化磨損氧化磨損，磨損量又變小。，磨損量又變小。 若若，再次轉(zhuǎn)化為，再次轉(zhuǎn)化為粘著磨損粘著磨損，因，因磨損劇烈磨損劇烈而會導(dǎo)而會導(dǎo) 致致零件失效零件失效。 圖圖11-7(b)所示是當(dāng)所示是當(dāng)滑動(dòng)速度保持一定滑動(dòng)速度保持一定而而所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 產(chǎn)生氧產(chǎn)生氧化磨損化磨損，磨粒主要是，磨粒主要是Fe2O3； 當(dāng)當(dāng) 后，磨粒是 后，磨粒是 FeO、Fe2O3和和 Fe3O4混合物；混合物； 當(dāng)當(dāng)以后，便轉(zhuǎn)入危害性的以后，便轉(zhuǎn)入危害性的粘著磨損粘著磨損。 各類機(jī)器中各類機(jī)器中廣泛使用著廣泛使用著。 在在其材料選用其材料選用中，

41、不僅要求具有較好的中，不僅要求具有較好的外，還要求具有良外，還要求具有良 好的好的。 機(jī)器摩擦副機(jī)器摩擦副工作時(shí)，在工作時(shí)，在摩擦過程中摩擦過程中具有具有低摩擦系數(shù)的材料低摩擦系數(shù)的材料稱為稱為 。不同工況，使用著不同的。不同工況，使用著不同的減摩材料減摩材料。 11.3 摩擦學(xué)設(shè)計(jì)中的減摩和耐磨材料的選擇摩擦學(xué)設(shè)計(jì)中的減摩和耐磨材料的選擇 11.3.1 減摩材料的設(shè)計(jì)與選擇減摩材料的設(shè)計(jì)與選擇 對于對于機(jī)器摩擦副機(jī)器摩擦副中使用的中使用的減摩材料的主要要求減摩材料的主要要求有有如下幾點(diǎn)如下幾點(diǎn)： 即要求材料具有一定的即要求材料具有一定的抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度、抗塑性變形能力抗塑性變形能力和和抗疲勞

42、性能抗疲勞性能。 即要有一定的即要有一定的塑性變形能力塑性變形能力和良好的和良好的適應(yīng)性適應(yīng)性、包括、包括順應(yīng)性順應(yīng)性、嵌入嵌入 性性和和磨合性磨合性。順應(yīng)性順應(yīng)性是指軸承材料依靠表面的彈塑性變形補(bǔ)償對中誤是指軸承材料依靠表面的彈塑性變形補(bǔ)償對中誤 差和順應(yīng)其它幾何誤差的能力。差和順應(yīng)其它幾何誤差的能力。嵌入性嵌入性是指軸承材料嵌藏污物和外來是指軸承材料嵌藏污物和外來 微粒以減輕刮傷或磨料磨損軸頸的能力。微粒以減輕刮傷或磨料磨損軸頸的能力。磨合性磨合性是指軸承材料經(jīng)短期是指軸承材料經(jīng)短期 輕載運(yùn)轉(zhuǎn)后能減小表面粗糙度而使軸瓦表面和軸頸表面相互吻合的性輕載運(yùn)轉(zhuǎn)后能減小表面粗糙度而使軸瓦表面和軸頸表

43、面相互吻合的性 質(zhì)。質(zhì)。 即應(yīng)有高的即應(yīng)有高的導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性和和熱容量熱容量，熱膨脹系數(shù)小熱膨脹系數(shù)小，對，對油膜的吸附性強(qiáng)油膜的吸附性強(qiáng)， 抗腐蝕性好抗腐蝕性好，以利于，以利于摩擦熱摩擦熱的導(dǎo)出、的導(dǎo)出、油膜油膜的形成和保持。的形成和保持。 1. 對減摩材料的要求對減摩材料的要求 各類機(jī)器中，廣泛使用著各類機(jī)器中，廣泛使用著軸承軸承- -軸頸軸頸、凸輪凸輪- -挺桿挺桿、活塞汽缸活塞汽缸等等 摩擦副摩擦副。這些。這些摩擦副的材料摩擦副的材料均要求具有較好的均要求具有較好的減摩性減摩性和和耐磨性耐磨性。常用。常用 的的減摩材料減摩材料如下：如下： 2. 減摩材料的選用減摩材料的選用 是由是由錫錫

44、或或鉛鉛與與少量其它元素少量其它元素組成一種具有良好減摩性的組成一種具有良好減摩性的 軸瓦合金材料?，F(xiàn)軸瓦合金材料?，F(xiàn)用的用的 (1)錫基巴氏合金錫基巴氏合金 常用常用錫基巴氏合金牌號錫基巴氏合金牌號及及用途用途見教材見教材表表11-3。 (2)鉛基巴氏合金。鉛基巴氏合金。 銅基合金銅基合金包括包括銅錫合金銅錫合金及及銅鉛合金銅鉛合金兩類。兩類。 銅基合金中的銅，一般采用銅基合金中的銅，一般采用青銅青銅。 鋁基軸承合金鋁基軸承合金導(dǎo)熱性好，它的導(dǎo)熱性好，它的疲勞強(qiáng)疲勞強(qiáng)度約為度約為巴氏合金巴氏合金的的兩倍兩倍，使，使 用溫度高，承載能力強(qiáng)，在用溫度高，承載能力強(qiáng)，在大型船用發(fā)動(dòng)機(jī)中大型船用發(fā)動(dòng)

45、機(jī)中已用來代替已用來代替巴氏合金巴氏合金。 主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn)是線膨脹系數(shù)大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易與軸咬合。是線膨脹系數(shù)大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易與軸咬合。 此外，由于此外，由于軸承本身硬度軸承本身硬度較高，故要求與之相配的較高，故要求與之相配的軸的硬度軸的硬度相應(yīng)相應(yīng) 提高。提高。 鋅基合金鋅基合金是在鋅中加入高量的鋁是在鋅中加入高量的鋁(8%27%)，可制得高性能的，可制得高性能的 軸瓦。軸瓦。 鋅基合金鋅基合金的成本低，的成本低，耐磨性耐磨性在其允許承載條件下在其允許承載條件下優(yōu)于青銅優(yōu)于青銅。但由。但由 于受到工作溫度于受到工作溫度(約約140)的限制，它常用于低速，故還不能完全代的限制，它常用于低速，故還不

46、能完全代 替替青銅青銅。 自潤滑復(fù)合材料自潤滑復(fù)合材料是近年來發(fā)展起來的一種具有獨(dú)特是近年來發(fā)展起來的一種具有獨(dú)特減摩耐磨性能減摩耐磨性能 的的滑動(dòng)軸承材料滑動(dòng)軸承材料，廣泛應(yīng)用于航空、機(jī)械、汽車、電力、農(nóng)業(yè)等部門。，廣泛應(yīng)用于航空、機(jī)械、汽車、電力、農(nóng)業(yè)等部門。 根據(jù)根據(jù)材料成分組成材料成分組成的不同，的不同，自潤滑復(fù)合材料自潤滑復(fù)合材料可分為可分為金屬基金屬基、石墨石墨 基基和和高聚合物基高聚合物基三類。其中，三類。其中，石墨基石墨基和和高聚合物基高聚合物基兩類現(xiàn)已廣泛使用，兩類現(xiàn)已廣泛使用， 但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、磨損壽命不如但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、磨損壽命不如金屬基類金屬基類。 較有代表性的較有代表性的金屬

47、基自潤滑復(fù)合材料金屬基自潤滑復(fù)合材料是是DU自潤滑材料自潤滑材料和和DX預(yù)潤滑預(yù)潤滑 材料材料，它們均由英國，它們均由英國Glacier公司公司研制。研制。 以以聚合物聚合物為基的為基的自潤滑復(fù)合材料自潤滑復(fù)合材料是在是在聚合物聚合物中加入中加入添加劑添加劑，使材，使材 料具有良好的料具有良好的摩擦學(xué)特性摩擦學(xué)特性，即具有，即具有低的摩擦系數(shù)低的摩擦系數(shù)和和高的耐磨性高的耐磨性。實(shí)際。實(shí)際 使用的以使用的以聚合物為基聚合物為基的的自潤滑復(fù)合材料自潤滑復(fù)合材料，是以，是以固體潤滑劑固體潤滑劑作填充劑，作填充劑， 所有的所有的聚合物聚合物無論是熱塑性的還是熱固性的，均作為粘結(jié)劑使用。無論是熱塑性的

48、還是熱固性的，均作為粘結(jié)劑使用。 目前常用的目前常用的固體潤滑劑固體潤滑劑有石墨、二硫化鉬、氮化硼、氧化鉛等。有石墨、二硫化鉬、氮化硼、氧化鉛等。 又稱又稱制動(dòng)摩擦材料制動(dòng)摩擦材料或或剎車材料剎車材料。 是各種機(jī)器設(shè)備和機(jī)構(gòu)的是各種機(jī)器設(shè)備和機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器制動(dòng)器、離合器離合器和和摩擦傳動(dòng)摩擦傳動(dòng)等等制動(dòng)制動(dòng)和和 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置中不可缺少的材料之一。隨著現(xiàn)代機(jī)器和機(jī)構(gòu)日益向高速、中不可缺少的材料之一。隨著現(xiàn)代機(jī)器和機(jī)構(gòu)日益向高速、 高負(fù)荷、大功率方向發(fā)展，則對高負(fù)荷、大功率方向發(fā)展，則對摩阻材料摩阻材料的要求越來越高。的要求越來越高。 摩阻材料最重要的特點(diǎn)摩阻材料最重要的特點(diǎn)是能夠吸收動(dòng)能并將其

49、轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)一是能夠吸收動(dòng)能并將其轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)一 步將熱能散發(fā)到空氣中去。而其中部分熱能將為表面發(fā)生的摩擦磨損步將熱能散發(fā)到空氣中去。而其中部分熱能將為表面發(fā)生的摩擦磨損 過程所吸收。過程所吸收。 是是熱裂熱裂。這是由于使用過程中，接觸表。這是由于使用過程中，接觸表 面之間不加任何潤滑劑的，若摩阻材料的熱導(dǎo)率不高，表面散失的熱面之間不加任何潤滑劑的，若摩阻材料的熱導(dǎo)率不高，表面散失的熱 量比較少，當(dāng)表面溫度可能超過材料的臨界值時(shí)，由于體積變化及熱量比較少，當(dāng)表面溫度可能超過材料的臨界值時(shí)，由于體積變化及熱 應(yīng)力的作用，使應(yīng)力的作用，使表面產(chǎn)生熱裂表面產(chǎn)生熱裂。 11.3.2 摩阻材料的設(shè)計(jì)

50、與選擇摩阻材料的設(shè)計(jì)與選擇 因而，因而，摩阻材料摩阻材料應(yīng)具有應(yīng)具有下列要求下列要求： (1)高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)；高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)； (2)高的耐磨性、耐熱性，好的熱導(dǎo)性；高的耐磨性、耐熱性，好的熱導(dǎo)性； (3)合適的機(jī)械強(qiáng)度，低的彈性模量；合適的機(jī)械強(qiáng)度，低的彈性模量； (4)不易產(chǎn)生粘著、抗擦傷性好；不易產(chǎn)生粘著、抗擦傷性好； (5)不污染環(huán)境、制造方便、價(jià)格便宜。不污染環(huán)境、制造方便、價(jià)格便宜。 目前，常用的目前，常用的見教材見教材表表11-5。 在盤式制動(dòng)器、汽車離合器、某些儀表中的在盤式制動(dòng)器、汽車離合器、某些儀表中的摩擦件摩擦件和和帶式摩擦傳帶式摩擦傳 動(dòng)件動(dòng)件等零件中，常用等零件中，常用粉末冶金摩阻材料粉末冶金摩阻材料為為