第4章___摩擦磨損與潤滑

1、機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)第第4章摩擦、磨損與潤滑章摩擦、磨損與潤滑 磨損過程很復(fù)雜，涉及到彈塑性力學(xué)，金磨損過程很復(fù)雜，涉及到彈塑性力學(xué)，金屬學(xué)，表面物理和化學(xué)等多門學(xué)科。屬學(xué)，表面物理和化學(xué)等多門學(xué)科。研究摩擦、磨損和潤滑的科學(xué)與技術(shù)稱為研究摩擦、磨損和潤滑的科學(xué)與技術(shù)稱為摩擦學(xué)摩擦學(xué)。運(yùn)用摩擦學(xué)知識(shí)進(jìn)行的設(shè)計(jì)稱為運(yùn)用摩擦學(xué)知識(shí)進(jìn)行的設(shè)計(jì)稱為摩擦學(xué)設(shè)計(jì)摩擦學(xué)設(shè)計(jì)。摩擦摩擦：兩個(gè)相互接觸的物體在外力作用下發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)或：兩個(gè)相互接觸的物體在外力作用下發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)或有運(yùn)動(dòng)趨勢時(shí)，在接觸表面上產(chǎn)生切向運(yùn)動(dòng)阻力的一種物有運(yùn)動(dòng)趨勢時(shí)，在接觸表面上產(chǎn)生切向運(yùn)動(dòng)阻力的一種物理現(xiàn)象；理現(xiàn)象；磨損磨損：摩擦的結(jié)果；：

2、摩擦的結(jié)果；潤滑潤滑：降低摩擦、減少磨損的重要措施。：降低摩擦、減少磨損的重要措施。 摩擦與磨損是研究具有相對運(yùn)動(dòng)、相互作用的摩擦與磨損是研究具有相對運(yùn)動(dòng)、相互作用的兩表面間有關(guān)理論與實(shí)踐的一門科學(xué)。兩表面間有關(guān)理論與實(shí)踐的一門科學(xué)。4.1 摩擦的種類及其基本性質(zhì)摩擦的種類及其基本性質(zhì) 4.1.1 分類分類靜摩擦靜摩擦動(dòng)摩擦動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦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內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦外摩擦外摩擦隨著隨著n/pn/p增加增加摩擦狀態(tài)摩擦狀態(tài)邊界摩擦邊界摩擦 流體摩擦流體摩擦摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)大大 小小 稍增大稍增大不同狀態(tài)下油膜厚度不同狀態(tài)下油膜厚

3、度邊界摩擦邊界摩擦h 0有磨損有磨損混合摩擦混合摩擦h R有磨損有磨損流體摩擦流體摩擦h R無磨損無磨損4.1.2 摩擦特性曲線摩擦特性曲線 說明：說明：4.1.3 磨損曲線磨損曲線 干摩擦：兩摩擦表面直接接觸，干摩擦：兩摩擦表面直接接觸， 表面間無任何潤滑劑的摩擦。表面間無任何潤滑劑的摩擦。4.2 干摩擦干摩擦 1. 機(jī)械摩擦嚙合理論機(jī)械摩擦嚙合理論庫侖定律（適用于粗糙表面）：庫侖定律（適用于粗糙表面）：= F/N 干摩擦的三個(gè)理論干摩擦的三個(gè)理論2. 表面吸附理論（適用于光滑表面）表面吸附理論（適用于光滑表面） 兩表面間的表面分兩表面間的表面分子相互吸附子相互吸附3. 粘著理論（工程上常用

4、）粘著理論（工程上常用）NrscFArBFABscFN4.3 邊界摩擦邊界摩擦3. 化學(xué)反應(yīng)膜：潤滑油中加入硫、磷、氯等元素的化合物、化學(xué)反應(yīng)膜：潤滑油中加入硫、磷、氯等元素的化合物、 添加劑與金屬表面化學(xué)反應(yīng)添加劑與金屬表面化學(xué)反應(yīng)2. 溫度對邊界膜有影響，溫度高邊界膜強(qiáng)度低必須限制溫度對邊界膜有影響，溫度高邊界膜強(qiáng)度低必須限制pv值值邊界膜的種類：邊界膜的種類：1. 物理吸附膜：潤滑油中的極性分子與金屬表面相互吸引物理吸附膜：潤滑油中的極性分子與金屬表面相互吸引2. 化學(xué)吸附膜：潤滑油中的分子靠鍵與金屬表面相互吸引化學(xué)吸附膜：潤滑油中的分子靠鍵與金屬表面相互吸引性質(zhì)：性質(zhì)：1. 理論與干摩

5、擦相似，只是摩擦系數(shù)小，通常約理論與干摩擦相似，只是摩擦系數(shù)小，通常約0.1左右左右 4.4 磨損磨損 磨損：使摩擦表面的物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象。磨損：使摩擦表面的物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象。4.4.1 磨損過程磨損過程 跑合：機(jī)器使用初跑合：機(jī)器使用初期，改善了機(jī)器零件的期，改善了機(jī)器零件的適應(yīng)性、表面形貌和摩適應(yīng)性、表面形貌和摩擦相容的磨損過程。擦相容的磨損過程。1. 跑合磨損階段跑合磨損階段 這一階段磨損速度較快，跑合后隨實(shí)際面積不斷增大磨這一階段磨損速度較快，跑合后隨實(shí)際面積不斷增大磨損速度降低，進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段。損速度降低，進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段。 這一階段零件以平穩(wěn)而緩慢的速度磨損，保持穩(wěn)定這一階段

6、零件以平穩(wěn)而緩慢的速度磨損，保持穩(wěn)定磨損的時(shí)間越長，就表示零件壽命越長。磨損的時(shí)間越長，就表示零件壽命越長。2. 穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段3. 劇烈磨損階段劇烈磨損階段 此階段零件表面精度下降，間隙增大，使?jié)櫥穗A段零件表面精度下降，間隙增大，使?jié)櫥瑺顟B(tài)惡化，溫度升高，產(chǎn)生振動(dòng)、噪音，零件迅速狀態(tài)惡化，溫度升高，產(chǎn)生振動(dòng)、噪音，零件迅速報(bào)廢。報(bào)廢。 但是穩(wěn)定磨損并不總是能夠無限長的持續(xù)下去，但是穩(wěn)定磨損并不總是能夠無限長的持續(xù)下去，零件運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后，表面精度下降，零件間間隙增零件運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后，表面精度下降，零件間間隙增大，零件將進(jìn)入下一個(gè)磨損階段。大，零件將進(jìn)入下一個(gè)磨損階段。 零件磨損的

7、程度用磨損量來表示，而磨損的快慢用磨損零件磨損的程度用磨損量來表示，而磨損的快慢用磨損率來表示。率來表示。 磨損率是很重要的參數(shù)。在規(guī)定磨損率下可以通過實(shí)驗(yàn)測磨損率是很重要的參數(shù)。在規(guī)定磨損率下可以通過實(shí)驗(yàn)測定摩擦材料的許用定摩擦材料的許用p、v、pv值；或者在一定的值；或者在一定的p、 v的作的作用下測定磨損率，以便對不同的材料進(jìn)行耐磨性比較。用下測定磨損率，以便對不同的材料進(jìn)行耐磨性比較。4.4.2 磨損的種類磨損的種類由于粘著作用使材料由一表面移至另一表面所引起的磨損由于粘著作用使材料由一表面移至另一表面所引起的磨損 1）選擇合理摩擦副的材料）選擇合理摩擦副的材料 2）選擇合適的潤滑劑）

8、選擇合適的潤滑劑 3）控制壓力）控制壓力 4）限制溫度）限制溫度 5）提高表面加工質(zhì)量）提高表面加工質(zhì)量1. 粘著磨損粘著磨損防止措施：防止措施：2. 磨粒磨損磨粒磨損 材料的硬度越大，耐磨性越大。磨損量隨著磨粒平材料的硬度越大，耐磨性越大。磨損量隨著磨粒平均尺寸的增大而增大，磨粒的硬度越大，磨損量越大。均尺寸的增大而增大，磨粒的硬度越大，磨損量越大。 硬質(zhì)顆?；蚰Σ帘砻嫔系挠操|(zhì)突出物在摩擦過程中引起硬質(zhì)顆?；蚰Σ帘砻嫔系挠操|(zhì)突出物在摩擦過程中引起材料脫落的現(xiàn)象。材料脫落的現(xiàn)象。影響因素：影響因素：4. 腐蝕磨損腐蝕磨損3. 疲勞磨損疲勞磨損 交變接觸應(yīng)力作用下，若摩擦副表面上形成疲勞點(diǎn)蝕，交

9、變接觸應(yīng)力作用下，若摩擦副表面上形成疲勞點(diǎn)蝕，有小塊金屬脫落。有小塊金屬脫落。1）合理選材）合理選材2）提高表面疲勞壽命）提高表面疲勞壽命3）合理選擇表面粗糙度）合理選擇表面粗糙度4）合理選擇潤滑油粘度）合理選擇潤滑油粘度5）合理選擇表面硬度）合理選擇表面硬度 材料與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)的磨損。如材料與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)的磨損。如空氣中的酸，潤滑油中殘存的無機(jī)鹽、水等。空氣中的酸，潤滑油中殘存的無機(jī)鹽、水等。預(yù)防措施：預(yù)防措施： 4.5 流體潤滑流體潤滑 1. 流體動(dòng)力潤滑流體動(dòng)力潤滑3. 流體靜壓潤滑流體靜壓潤滑2. 彈性液體動(dòng)力潤滑彈性液體動(dòng)力潤滑足夠的供油足夠的

10、供油收斂形油隙收斂形油隙速度足夠大速度足夠大潤滑油具有一定的黏度潤滑油具有一定的黏度形成條件：形成條件：考慮彈性變形及壓力對黏度的影響考慮彈性變形及壓力對黏度的影響4.6 潤滑劑、潤滑方法潤滑劑、潤滑方法4.6.1 潤滑劑潤滑劑降低摩擦、減少磨損、散熱、防銹、緩沖、密封等。降低摩擦、減少磨損、散熱、防銹、緩沖、密封等。潤滑劑的作用：潤滑劑的作用：潤滑劑的種類：潤滑劑的種類：氣體、液體、半固體、固體潤滑劑氣體、液體、半固體、固體潤滑劑常用的潤滑劑有潤滑油、潤滑脂等。常用的潤滑劑有潤滑油、潤滑脂等。 潤滑油潤滑油潤滑脂潤滑脂固體潤滑劑固體潤滑劑轉(zhuǎn)速高、壓力小時(shí)選粘度轉(zhuǎn)速高、壓力小時(shí)選粘度低的油；轉(zhuǎn)

11、速低、壓力大低的油；轉(zhuǎn)速低、壓力大時(shí)選粘度高的油；較高溫時(shí)選粘度高的油；較高溫度下工作時(shí)用粘度高些的度下工作時(shí)用粘度高些的油。油。壓力高、滑動(dòng)速度低時(shí)，選壓力高、滑動(dòng)速度低時(shí)，選擇擇 針入度小的脂；反之，選針入度小的脂；反之，選擇擇 針入度大的脂；潤滑脂的針入度大的脂；潤滑脂的滴點(diǎn)一般應(yīng)高于軸承工作溫滴點(diǎn)一般應(yīng)高于軸承工作溫度約度約2030。1. 潤滑油潤滑油有機(jī)油、礦物油、化學(xué)合成油有機(jī)油、礦物油、化學(xué)合成油（2） 潤滑性（油性）潤滑性（油性）（1）粘度）粘度潤滑油的性能指標(biāo)：潤滑油的性能指標(biāo)：（4） 閃點(diǎn)閃點(diǎn)（3）極壓性）極壓性（5） 凝點(diǎn)凝點(diǎn)（6） 氧化穩(wěn)定性氧化穩(wěn)定性2. 潤滑脂潤滑脂

12、 潤滑脂是潤滑油與稠化劑的膏狀混合物。主要有潤滑脂是潤滑油與稠化劑的膏狀混合物。主要有以下幾類：以下幾類： 1）鈣基潤滑脂）鈣基潤滑脂 2）鈉基潤滑脂）鈉基潤滑脂 3）鋰基潤滑脂）鋰基潤滑脂 4）鋁基潤滑脂）鋁基潤滑脂（1） 針入度針入度（2） 滴點(diǎn)滴點(diǎn)潤滑脂的主要性能指標(biāo)：潤滑脂的主要性能指標(biāo)：4.6.2 添加劑添加劑添加劑的作用：添加劑的作用：1）提高潤滑劑的油性、極壓性；）提高潤滑劑的油性、極壓性；2）推遲潤滑劑的老化，延長其正常使用壽命；）推遲潤滑劑的老化，延長其正常使用壽命；3）改善潤滑劑的物理性能。）改善潤滑劑的物理性能。 添加劑的種類添加劑的種類：油性添加劑、極壓添加劑、分散：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、