機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14第十四章潤(rùn)滑與密封_第1頁(yè)
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1、第一節(jié) 摩擦與磨損第二節(jié) 潤(rùn)滑 第十四章 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 概 述 摩擦學(xué)-研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用表面間的摩擦、磨損和潤(rùn)滑,以及三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門(mén)邊緣學(xué)科。 摩擦-相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象; 磨損-由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移; 潤(rùn)滑-減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。關(guān)于摩擦、磨損與潤(rùn)滑的學(xué)科構(gòu)成了摩擦學(xué)(Tribology)。世界上使用的能源大約有 1/31/2 消耗于摩擦。 機(jī)械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過(guò)限度而報(bào)廢和更換的。減少摩擦 節(jié)省能源;減少磨損 降低設(shè)備維修次數(shù)和費(fèi)用,節(jié)省制造零 件及其所需材料的費(fèi)用。隨著科

2、學(xué)技術(shù)的發(fā)展,摩擦學(xué)的理論和應(yīng)用必將由宏觀進(jìn)入微觀,由靜態(tài)進(jìn)入動(dòng)態(tài),由定性進(jìn)入定量,成為系統(tǒng)綜合研究的領(lǐng)域。 青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 二、摩擦的分類(lèi)內(nèi) 摩 擦:在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對(duì)運(yùn) 動(dòng)的現(xiàn)象。外 摩 擦:在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間發(fā)生的相互阻礙 作用現(xiàn)象。靜 摩 擦:僅有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)的摩擦。動(dòng) 摩 擦:在相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行中的摩擦?;瑒?dòng)摩擦:物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滑動(dòng)。滾動(dòng)摩擦:物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滾動(dòng)。 “機(jī)械說(shuō)” -摩擦原因是表面微凸體的相互阻礙作用; “分子說(shuō)” -摩擦原因是表面材料分子間的吸力作用;一、摩擦的機(jī)理 “機(jī)械分子說(shuō)”兩種作用均有。第一節(jié)摩擦與磨損

3、青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 1. 干摩擦 兩零件表面直接接觸后,因?yàn)槲⒂^局部壓力高而形成許多冷焊點(diǎn),運(yùn)動(dòng)時(shí)被剪切。 不允許出現(xiàn)干摩擦!2. 邊界摩擦三、 滑動(dòng)摩擦狀態(tài) 功耗 磨損 溫度 燒毀軸瓦 運(yùn)動(dòng)副表面有一層厚度1 m的薄油膜,不足以將兩金屬表面完全分開(kāi),其表面部分微觀高峰部分仍將相互搓削。比干摩擦的磨損輕,f 0.1 0.3v有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開(kāi),彼此不直接接觸。是理想的摩擦狀態(tài)。3. 液體摩擦摩擦和磨損極輕,f 0.001 0.01 vvv青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 4. 混合摩擦 v 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)?;旌夏Σ聊苡行Ы档湍Σ?/p>

4、阻力,其摩擦系數(shù)比邊界摩擦?xí)r要小得多。在一般機(jī)器中,處于后三種情況的混合狀態(tài)。 f n/p o邊界摩擦混合摩擦液體摩擦摩擦特性曲線稱(chēng)無(wú)量綱參數(shù)n/p為軸承特性數(shù)。 -動(dòng)力粘度,p-壓強(qiáng) ,n-每秒轉(zhuǎn)數(shù) 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(chēng)為不完全液體摩擦。摩擦學(xué)研究的最新進(jìn)展:微納米摩擦學(xué)理論可實(shí)現(xiàn): f 0.001 -超潤(rùn)滑摩擦狀態(tài)。青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 機(jī)器的壽命磨損由于摩擦而導(dǎo)致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。磨損曲線 磨合階段 磨損量時(shí)間劇烈磨損階段 穩(wěn)定磨損階段 磨損磨損過(guò)程大致如圖所示: 磨合階段-包括摩擦表面輪廓峰的形狀變化和表面材料被加工硬化兩個(gè)過(guò)程。穩(wěn)定磨

5、損階段-零件在平穩(wěn)而緩慢的速度下磨損。它標(biāo)志著磨擦條件相對(duì)穩(wěn)定。劇烈磨損階段-在經(jīng)過(guò)穩(wěn)定磨損階段后,零件表面遭到破壞,運(yùn)動(dòng)副間隙增大引起而外的動(dòng)載荷和振動(dòng)。零件即將進(jìn)入報(bào)廢階段。后果降低機(jī)器的效率和可靠性,甚至促使機(jī)器提前報(bào)廢。 設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí),要求縮短磨合期、延長(zhǎng)穩(wěn)定期、推遲劇烈磨損期的到來(lái)。它是磨損的不穩(wěn)定階段,在整個(gè)壽命周期內(nèi)時(shí)間很短。青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 磨粒磨損 磨損的分類(lèi): 疲勞磨損 粘附磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨損 微動(dòng)磨損 磨損類(lèi)型 按磨損機(jī)理分 按磨損表面外觀可分為 點(diǎn)蝕磨損 膠合磨損 擦傷磨損 兩種不同的稱(chēng)謂 青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 磨損的機(jī)理: 磨粒磨損 疲

6、勞磨損 粘附磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨損 微動(dòng)磨損 磨損類(lèi)型: 磨粒磨損也簡(jiǎn)稱(chēng)磨損,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)或硬的輪廓峰尖在軟材料表面上犁刨出很多溝紋時(shí)被移去的材料,一部分流動(dòng)到溝紋兩旁,一部分則形成一連串的碎片脫落下來(lái)成為新的游離顆粒,這樣的微粒切削過(guò)程就叫磨粒磨損。青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 磨損的機(jī)理: 磨粒磨損 疲勞磨損 粘附磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨損 微動(dòng)磨損 磨損類(lèi)型: 粘附磨損也稱(chēng)膠合,當(dāng)摩擦表面的輪廓峰在相互作 用的各點(diǎn)處由于瞬時(shí)的溫升和壓力發(fā)生“冷 焊”后,在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),材料從一個(gè)表面遷 移到另一個(gè)表面,便形成粘附磨損。嚴(yán)重 的粘附

7、磨損會(huì)造成運(yùn)動(dòng)副咬死。青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 磨損的機(jī)理: 磨粒磨損 疲勞磨損 粘附磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨損 微動(dòng)磨損 磨損類(lèi)型: 疲勞磨損也稱(chēng)點(diǎn)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 材料疲勞所引起的機(jī)械磨損。點(diǎn)蝕過(guò)程: 產(chǎn)生初始疲勞裂紋擴(kuò)展 微粒脫落,形 成點(diǎn)蝕坑。 青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 磨損的機(jī)理: 磨粒磨損 疲勞磨損 粘附磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨損 微動(dòng)磨損 磨損類(lèi)型: 沖蝕磨損流動(dòng)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(jī)械磨損。利 用高壓空氣輸送型砂或高壓水輸送碎石時(shí), 管道內(nèi)壁所產(chǎn)生的機(jī)械磨損是實(shí)例之一。近年

8、來(lái),由于燃?xì)鉁u輪機(jī)的葉片、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的尾噴管這樣一些部位的破壞,才引起人們對(duì)這種磨損形式的特別注意青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 磨損的機(jī)理: 磨粒磨損 疲勞磨損 粘附磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨損 微動(dòng)磨損 磨損類(lèi)型: 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 用下引起腐蝕,在摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn) 生的磨損即為腐蝕磨損。青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 磨損的機(jī)理: 磨粒磨損 疲勞磨損 粘附磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨損 微動(dòng)磨損 磨損類(lèi)型: 微動(dòng)磨損是指摩擦副在微幅運(yùn)動(dòng)時(shí),由上述各磨損 機(jī)理共同形成的復(fù)合磨損。微幅運(yùn)動(dòng)可理 解為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 應(yīng)用實(shí)例:軸與孔的過(guò)盈配合面、滾

9、動(dòng)軸承套圈的配合面、旋合螺紋的工作面、鉚釘?shù)墓ぷ髅娴?。青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 一、 潤(rùn)滑劑 作用:降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。分類(lèi)液體潤(rùn)滑劑-潤(rùn)滑油半固體潤(rùn)滑劑-潤(rùn)滑脂固體潤(rùn)滑劑1. 潤(rùn)滑油 礦物油來(lái)源充足、成本低廉、穩(wěn)定性好、因而應(yīng)用最廣。種類(lèi):氣體潤(rùn)滑劑-空氣有機(jī)油-動(dòng)、植物油礦物油-石油產(chǎn)品, 化學(xué)合成油 第二節(jié) 潤(rùn)滑青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 A在軸承中,潤(rùn)滑油最重要的物理參數(shù)是粘度,它是選擇潤(rùn)滑油的主要依據(jù)。粘度表征液體流動(dòng)的內(nèi)摩擦特性。A、B兩板之間充滿(mǎn)了液體,B板靜止,A板水平移動(dòng)速度為v。由于液體與金屬表面的吸附作用,A板表面的液體速度為v,而B(niǎo)

10、板表面的液體速度為0。兩板之間的速度呈線性分布。液體層與層之間摩擦切應(yīng)力:=dudy-流體中任意點(diǎn)處的切應(yīng)力與該處的速度梯度成正比。-液體的動(dòng)力粘度,簡(jiǎn)稱(chēng)粘度量綱:力時(shí)間/長(zhǎng)度2單位: N s /m2 (Pa s) 稱(chēng)為泊 。或厘泊:1P=1 dyn s /cm2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果: oxyydydu分析位置y處薄層的受力 B粘度-重要指標(biāo),粘度值越高,油越稠,反之越稀; 粘度的種類(lèi)動(dòng)力粘度運(yùn)動(dòng)粘度條件粘度1) 動(dòng)力粘度- 牛頓液體流動(dòng)定律 1泊=100厘泊青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 工程中常用運(yùn)動(dòng)粘度: = 單位: m2 / s 稱(chēng)為斯St:cm2 /s 或厘斯cSt:1St=100 cSt2

11、) 運(yùn)動(dòng)粘度 表4-1 常用常用潤(rùn)滑油的主要性質(zhì)名 稱(chēng)全損耗系統(tǒng)用油GB443-89汽輪機(jī)油GB11120-89代 號(hào)40 的粘度mm2/sL-AN7 6.127.48 -10 110凝點(diǎn) C閃點(diǎn)(開(kāi)式) C用于高速底負(fù)荷機(jī)械、精密機(jī)床、紡織紗錠的潤(rùn)滑和冷卻。普通機(jī)床的液壓油。用于一般滑動(dòng)軸承、齒輪、蝸輪的潤(rùn)滑用于重型機(jī)床導(dǎo)軌、礦山機(jī)械的潤(rùn)滑。用于汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等高速高負(fù)荷軸承和各種小型液體潤(rùn)滑軸承L-AN100 90110 0 210L-AN10 9.011.0 -10 125L-AN15 13.516.5 -10 165L-AN32 28.832.2 -10 170L-AN46 41.45

12、0.6 -10 180L-AN68 61.274.8 -10 190L-TSA32 28.835.2-7 180L-TSA46 41.450.6主要用途青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 3) 條件粘度 指在一定條件下,利用某種規(guī)格的粘度計(jì),通過(guò)測(cè)定潤(rùn)滑油穿過(guò)規(guī)定孔道的時(shí)間來(lái)進(jìn)行度量的粘度。常用的有: 恩氏度( Et) -中國(guó)慣用 賽氏通用秒(SUS)-美國(guó)慣用 雷氏秒 -英國(guó)慣用 運(yùn)動(dòng)粘度與條件粘度之間的換算關(guān)系: 潤(rùn)滑油的牌號(hào)與運(yùn)動(dòng)粘度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系,如:牌號(hào)為L(zhǎng)-AN10的油在40時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度大約為10 cSt。青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 潤(rùn)滑油的特性: 1)粘-溫相關(guān)性 溫度 t 壓力p 但p 350 才開(kāi)始氧化, 可在水中工作。-摩擦系數(shù)低,使用溫度范圍廣 (-60300 ),但遇水性能下降。-摩擦系數(shù)低,只有石墨的一半。使用方式:1.調(diào)和在潤(rùn)滑油中;2.涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜;3.混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。其應(yīng)用日漸廣泛青島科技大學(xué)專(zhuān)用 潘存云教授研制 油性添加劑 種類(lèi)添加劑-為了改善潤(rùn)滑劑品質(zhì)和性能而添加的物質(zhì)。二、添加劑 非極壓油軟化溫度t/ 摩擦系數(shù) f含脂肪酸和極壓添加劑的油含脂肪酸的油含極壓添加劑的油作用-提高油性、極壓性、延長(zhǎng)使用壽命、改善性能。極壓添加劑分散凈化劑消泡

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