摩擦、磨損及潤滑概述

1、第2章摩擦、磨損及潤滑概述（一）基本要求1.熟練掌握摩擦的種類。2,熟悉磨損的過程，會(huì)分析磨損的原因。3.掌握潤滑和密封。（二）教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：磨損的過程，會(huì)分析磨損的原因難點(diǎn)：潤滑和密封（三）教具掛圖2.12.22.3（四）教學(xué)內(nèi)容摩擦與磨損潤滑密封隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對摩擦、磨損的研究已經(jīng)形成一門新的學(xué)科領(lǐng)域摩擦學(xué)。為了節(jié)約能源、提高效率及延長機(jī)械零件的壽命，潤滑是必不可少的。本章對摩擦、磨損作簡要的介紹，重點(diǎn)將介紹潤滑方式、潤滑裝谿和密封裝谿。了解并掌握這方面的知識(shí)有利于正確地設(shè)計(jì)、使用和維護(hù)機(jī)器。2.1 摩擦與磨損各類機(jī)器在工作時(shí)，其各零件相對運(yùn)動(dòng)的接觸部分都存在著摩擦，摩擦

2、是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不可避免的物理現(xiàn)象。摩擦不僅消耗能量，而且使零件發(fā)生磨損，甚至導(dǎo)致零件失效。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上1/31/2的能源消耗在摩擦上，而各種機(jī)械零件因磨損失效的也占全部失效零件的一半以上。磨損是摩擦的結(jié)果，潤滑則是減少摩擦和磨損的有力措施，這三者是相互聯(lián)系不可分割的。2.1.1 摩擦及其分類在外力作用下，一物體相對于另一物體運(yùn)動(dòng)或有運(yùn)動(dòng)趨勢時(shí)，兩物體接觸面間產(chǎn)生的阻礙物體運(yùn)動(dòng)的切向阻力稱為摩擦力。這種在兩物體接觸區(qū)產(chǎn)生阻礙運(yùn)動(dòng)井消耗能量的現(xiàn)象，稱為摩擦。摩擦?xí)斐赡芰繐p耗和零件磨損，在一般情況下是有害的，因此應(yīng)盡量減少摩擦。但有些情況下卻要利用摩擦工作，如帶傳動(dòng)，摩擦制動(dòng)器等。根據(jù)摩擦副表

3、面問的潤滑狀態(tài)將摩擦狀態(tài)分為四種：干摩擦、液體摩擦、邊界摩擦和混合摩擦（如圖所示）。干總建地界亂蚱浪體整整滉臺(tái)展整1 .干摩擦如果兩物體的滑動(dòng)表面為尤任何潤滑劑或保護(hù)膜的純金屬，這兩個(gè)物體直接接觸時(shí)的摩擦稱為干摩擦，如圖所示。干摩擦狀態(tài)產(chǎn)生較大的摩擦功耗及嚴(yán)重的磨損，因此應(yīng)嚴(yán)禁出現(xiàn)這種摩擦。2 .液體摩擦兩摩擦表面不直接接觸，被油膜（油膜厚度一般在1.52仙m以上）隔開的摩擦稱為液體摩擦，如圖所示。3 .邊界摩擦兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜（油膜厚度小于1pm）隔開，使其處于干摩擦與液體摩擦之間的狀態(tài)，這種摩擦稱為邊界摩擦，如圖所示。4 .混合摩擦在實(shí)踐中有很多摩擦副處于干摩擦、液體摩擦與邊

4、界摩擦的混合狀態(tài)，稱為混合摩擦，如圖所示。由于液體摩擦、邊界摩擦、混合摩擦都必須在一定的潤滑條件下才能實(shí)現(xiàn)，因此這三種摩擦又分別稱為液體潤滑、邊界潤滑和混合潤滑。5 .1.2磨損及其過程運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦將導(dǎo)致零件表面材料的逐漸損失，這種現(xiàn)象稱為磨損。單位時(shí)間內(nèi)材料的磨損量稱為磨損率。磨損量可以用體積、質(zhì)量或厚度來衡量。機(jī)械零件嚴(yán)重磨損后，將降低機(jī)器的工作效率和可靠性，使機(jī)器提早報(bào)廢。因此，預(yù)先考慮如何避免或減輕磨損，是設(shè)計(jì)、使用、維護(hù)機(jī)器的一項(xiàng)重要內(nèi)容。但另一方面，磨損也并非全都是有害的，工程上常利用磨損的原理來減小零件表面的粗糙度，如磨削、研磨、拋光、跑合等。在機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，磨損過程大致

5、可分為以下三個(gè)階段。1 .跑合（磨合）磨損階段這一階段中，磨損速度由快變慢，而后逐漸減小到一穩(wěn)定值。這是由于新加工的零件表面呈尖峰狀態(tài)，使運(yùn)轉(zhuǎn)初期摩擦副的實(shí)際接觸面積較小，單位接觸面積上的壓力較大，因而磨損速度較快，如圖中磨損曲線的oa段。跑合磨損到一定程度后，尖峰逐漸被磨平，磨損速度即逐漸減慢。2 .穩(wěn)定磨損階段在這一階段中磨損緩慢、磨損率穩(wěn)定，零件以平穩(wěn)而緩慢的磨損速度進(jìn)入零件正常工作階段，如圖中的ab段。這個(gè)階段的長短即代表零件使用壽命的長短，磨損曲線的斜率即為磨損率，斜率愈小磨損率就愈低，零件的使用壽命就愈長。經(jīng)此磨損階段后零件進(jìn)入劇烈磨損階段。3 .劇烈磨損階段此階段的特征是磨損速度

6、及磨損率都急劇增大。當(dāng)工作表面的總磨損量超過機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)要求的某一允許值后，摩擦副的間隙增大，零件的磨損加劇，精度下降，潤滑狀態(tài)惡化，溫度升高，從而產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊和噪聲，導(dǎo)致零件迅速失效，如圖中的bc段。上述磨損過程中的三個(gè)階段，是一般機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中都存在的。必須指出的是，在跑合階段結(jié)束后應(yīng)清洗零件，更換潤滑油，這樣才能正常地進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段。2.1.3磨損分類按照磨損的機(jī)理以及零件表面磨損狀態(tài)的不同，一般工況下把磨損分為磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損等。1 .磨粒磨損由于摩擦表面上的硬質(zhì)突出物或從外部進(jìn)入摩擦表面的硬質(zhì)顆粒，對摩擦表面起到切削或刮擦作用，從而引起表層材料脫落的現(xiàn)象

7、，稱為磨粒磨損。這種磨損是最常見的一種磨損形式，應(yīng)設(shè)法減輕這種磨損。為減輕磨粒磨損，除注童滿足潤滑條件外，還應(yīng)合理地選擇摩擦副的材料，降低表面粗糙度值以及加裝防護(hù)密封裝谿等。2 .粘著磨損當(dāng)摩擦副受到較大正壓力作用時(shí)，由于表面不平，其頂峰接觸點(diǎn)受到高壓力作用而產(chǎn)生彈、塑性變形，附在摩擦表面的吸附膜破裂、溫升后使金屑的頂峰塑性面牢固地粘著并熔焊在一起，形成冷焊結(jié)點(diǎn)。在兩摩擦表面相對滑動(dòng)時(shí)，材料便從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面，成為表面凸起，促使摩擦表面進(jìn)一步磨損。這種由于粘著作用引起的磨損，稱為粘著磨損。粘著磨損按程度不同可分為五級：輕微磨損、涂抹、擦傷、撕脫、咬死。如氣缸套與活塞環(huán)、曲軸與軸瓦、輪

8、齒嚙合表面等，皆可能出現(xiàn)不同粘著程度的磨損。涂抹、擦傷、撕脫又稱為膠合，往往發(fā)生于高速、重載的場合。合理地選擇配對材料（如選擇異種金屬），采用表面處理（如表面熱處理、噴鍍、化學(xué)處理等），限制摩擦表面的溫度，控制壓強(qiáng)及采用含有油性極壓添加劑的潤滑劑等，都可減輕粘著磨損。3 .疲勞磨損（點(diǎn)蝕）兩摩擦表面為點(diǎn)或線接觸時(shí)，由于局部的彈性變形形成了小的接觸區(qū)。這些小的接觸區(qū)形成的摩擦副如果受變化接觸應(yīng)力的作用，則在其反復(fù)作用下，表層將產(chǎn)生裂紋。隨著裂紋的擴(kuò)展與相互連接.表層金屬脫落，形成許多月牙形的淺坑.這種現(xiàn)象稱為疲勞磨損，也稱點(diǎn)蝕。合理地選擇材料及材料的硬度（硬度高則抗疲勞磨損能力強(qiáng)），選擇粘度高的

9、潤滑油，加入極壓添加劑及減小摩擦面的粗糙度值等，可以提高抗疲勞磨損的能力。4 .腐蝕磨損在摩擦過程中，摩擦面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生物質(zhì)損失的現(xiàn)象，稱為腐蝕磨損。腐蝕磨損可分為氧化磨損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損、氣蝕磨損等。腐蝕也可以在沒有摩擦的條件下形成，這種情況常發(fā)生于鋼鐵類零件，如化工管道、泵類零件、柴油機(jī)缸套等。應(yīng)該指出的是，實(shí)際上大多數(shù)磨損是以上述四種磨損形式的復(fù)合形式出現(xiàn)的。2.2潤滑在摩擦副間加入潤滑劑，以降低摩擦、減輕磨損，這種措施稱為潤滑。潤滑的主要作用是：（1）減小摩擦系數(shù)，提高機(jī)械效率；（1）減輕磨損，延長機(jī)械的使用壽命。同時(shí)潤滑還可起到冷卻、防塵以及吸振等作用。2.

10、2.1 潤滑劑的性能與選擇常用的潤滑劑除了潤滑油和潤滑脂外，還有固體潤滑劑（如石墨等）、氣體潤滑劑（如空氣等）。1 .潤滑油潤滑油是目前使用最多的潤滑劑，主要有礦物油、合成油、動(dòng)植物油等，其中應(yīng)用最廣的為礦物油。潤滑油最重要的一項(xiàng)物理性能指標(biāo)為粘度，它是選擇潤滑油的主要依據(jù)。粘度的大小表示了液體流動(dòng)時(shí)其內(nèi)摩擦阻力的大小，粘度愈大，內(nèi)摩擦阻力就愈大，液體的流動(dòng)性就愈差。粘度可用動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、條件粘度（恩氏粘度）等表常用潤滑油的性能和用途見表。2 .潤滑脂潤滑脂是在潤滑油中加人稠化劑（如鈣，鈉。鋰等金屬皂基）而形成的脂狀潤滑劑.又稱為黃油或干油。3 .2.2潤滑方法和潤滑裝谿機(jī)械設(shè)備的潤滑，主要集中在傳動(dòng)件和支承件上。各種零、部件的潤滑將在相關(guān)各章節(jié)中介紹。2.3密封裝谿為了使?jié)櫥掷m(xù)、可靠、不漏油，同時(shí)為了防止外界臟物進(jìn)入機(jī)體，必須采用相應(yīng)的密封裝谿。密封裝谿從總體上可分為兩大類：一類是固定密封，即密封后密封件之間固定不動(dòng)；另一類是動(dòng)密封，即密封后兩密封件之間有相對動(dòng)。固定密封可采用各種墊片，包括金屬、非金屬墊片以及密封膠等。動(dòng)密封又分為接觸式、非接觸式、半接觸式密封，其中應(yīng)用較廣的是接觸式密封，它主要是利用各種密封圈或氈圈密封。各種密封件都已標(biāo)準(zhǔn)化，可查閱手冊選取適當(dāng)?shù)男问健７墙佑|式密封有迷宮式密封、螺旋式密封（將在該動(dòng)軸承的密封