機(jī)械零部件設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度與耐磨性

1、第2章 機(jī)械零部件設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度與耐磨性2.1 概述2.1 概述載荷系數(shù) K -考慮各種附加載荷因素的影響。名義載荷-在理想的平穩(wěn)工作條件下作用在零件上 的載荷。2.2 機(jī)械設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度問(wèn)題計(jì)算載荷-載荷系數(shù)與名義載荷的乘積。然而在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，零件還會(huì)受到各種附加載荷，工作載荷難以確定，通常用引入2.2.1 載荷與力1. 載荷-力和力矩靜載荷變載荷大小、作用位置和方向不隨時(shí)間變化或隨時(shí)間緩慢變化的載荷大小、作用位置和方向隨時(shí)間變化的載荷工作載荷-機(jī)器正常工作時(shí)所受的實(shí)際載荷。工作情況系數(shù) KA -只考慮工作情況的影響。FC=KF 或 TC=KT式中，F(xiàn) 、 T為名義載荷，F(xiàn)C 、 TC為計(jì)算載荷

2、（N m ）原動(dòng)機(jī)的 額定功率為 P（KW ） 額定轉(zhuǎn)速為 n (r/min) 作用在傳動(dòng)零件上的 名義轉(zhuǎn)矩 T 為式中，i -從原動(dòng)機(jī)到所計(jì)算零件之間的總傳動(dòng)比-從原動(dòng)機(jī)到所計(jì)算零件之間傳動(dòng)鏈的總效率2. 應(yīng)力靜應(yīng)力變應(yīng)力不隨時(shí)間變化或隨時(shí)間緩慢變化的應(yīng)力隨時(shí)間變化的應(yīng)力靜應(yīng)力: =常數(shù)變應(yīng)力: 隨時(shí)間變化平均應(yīng)力:應(yīng)力幅:最大應(yīng)力:最小應(yīng)力:maxminot=常數(shù)max脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力r =0mTmaxminaam非對(duì)稱循環(huán)循環(huán)變應(yīng)力otmaxminaa對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力ototaamin靜應(yīng)力是變應(yīng)力的特例靜應(yīng)力r = -1r = +1靜應(yīng)力: =常數(shù)a=0 ,max= min= m= r =

3、+1對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力: m=0 ,max=a , min= -ar = -1ot=常數(shù)靜應(yīng)力r = +1maxminaa對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力otr = -1脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力: m=a ,max= 2a , min= 0r =0變應(yīng)力的循環(huán)特性:-脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力-對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力 -1= 0 +1-靜應(yīng)力max脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力r =0motaamin2.2.2 靜應(yīng)力作用下的強(qiáng)度一、靜應(yīng)力下的強(qiáng)度條件 、- 許用正應(yīng)力，許用剪切應(yīng)力lim、 lim - 極限正應(yīng)力，極限剪切應(yīng)力 危險(xiǎn)截面處的計(jì)算應(yīng)力 不超過(guò)許用應(yīng)力 危險(xiǎn)截面處的計(jì)算安全系數(shù) 不超過(guò)許用安全系數(shù)lim、 lim - 極限正應(yīng)力，極限剪切應(yīng)力 二

4、、靜應(yīng)力下的許用應(yīng)力靜應(yīng)力狀態(tài)下，零件的失效形式：斷裂或塑性變形 材料種類不同，所取極限應(yīng)力也不同。塑性材料 單向應(yīng)力狀態(tài)下： ，復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下： 按第三或第四強(qiáng)度理論計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力。 脆性材料 單向應(yīng)力狀態(tài)下： ，復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下： 按第一強(qiáng)度理論計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力。 2.3 機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度2.3.1 疲勞斷裂特征靜應(yīng)力狀態(tài)下，零件的失效形式：斷裂或塑性變形變應(yīng)力狀態(tài)下，零件的失效形式：疲勞斷裂1、疲勞斷裂的過(guò)程第一階段、 零件表面上應(yīng)力較大處的材料發(fā)生剪切滑移，產(chǎn)生初始裂紋 形成疲勞源（1個(gè)或數(shù)個(gè)）第二階段、 裂紋端部在切應(yīng)力下發(fā)生反復(fù)塑性變形，裂紋擴(kuò)展 直至發(fā)生疲勞斷裂2、疲勞斷裂具有以下特征

5、： 1) 疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限 低，甚至比屈服極限低; 2) 疲勞斷口均表現(xiàn)為無(wú)明顯塑性變形的脆性突然斷裂;3) 疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結(jié)果。它的初期現(xiàn)象是在零件表面或表層形成微裂紋，這種微裂紋隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展，直至余下的未斷裂的截面積不足以承受外載荷時(shí)，就突然斷裂。疲勞斷裂不同于一般靜力斷裂，它是損傷到一定程度后，即裂紋擴(kuò)展到一定程度后，才發(fā)生的突然斷裂。所以疲勞斷裂是與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(即使用期限或壽命)有關(guān)的斷裂。 不管脆性材料或塑性材料，3、疲勞斷裂截面由光滑的疲勞發(fā)展區(qū)和粗糙的脆性斷裂區(qū)組成 2.3.2 疲勞極限一、兩個(gè)概念1）材料的疲

6、勞極限 ：對(duì)任意給定的應(yīng)力循環(huán)特性 ，當(dāng)應(yīng) 力循環(huán) N 次后，材料不發(fā)生疲勞破壞、 時(shí)所能承受的最大應(yīng)力 。 （變應(yīng)力的大小可按其最大應(yīng)力進(jìn)行比較） 2）疲勞壽命 N： 材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 不同或 N 不同時(shí)，疲勞極限 則不同。 在疲勞強(qiáng)度計(jì)算中，取 。r二、疲勞曲線（ - N 曲線） 是在循環(huán)特性 一定時(shí)，表示循環(huán)次數(shù) N（lgN） 與疲勞極限 (lg )之間關(guān)系的曲線。 1. 第一類金屬材料的疲勞曲線（如圖所示：）sN 疲勞曲線有限壽命區(qū)無(wú)限壽命區(qū)sN 疲勞曲線有限壽命區(qū)無(wú)限壽命區(qū)大多數(shù)黑色金屬及其合金，當(dāng) N N 0 時(shí)，疲勞曲線呈現(xiàn)為 水平直線。 可以看出： 隨 N

7、的增大而減小。但是當(dāng) N 超過(guò)某一循環(huán)次數(shù) N0 時(shí)，曲線 趨于水平。即 不再隨 N的增大而減小。 典型的疲勞曲線如圖所示：sN 疲勞曲線有限壽命區(qū)無(wú)限壽命區(qū)典型的疲勞曲線如圖所示： N0 - 應(yīng)力循環(huán)基數(shù)。以 N0 為界，曲線分為兩個(gè)區(qū)： 1）無(wú)限壽命區(qū)：當(dāng) N N0 時(shí)，曲線為水平直線，對(duì)應(yīng)的疲勞極限是一個(gè)定值，用 表示。它是表征材料疲勞強(qiáng)度的重要指標(biāo)，是疲勞設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。 sN 疲勞曲線有限壽命區(qū)無(wú)限壽命區(qū) 可以認(rèn)為：當(dāng)材料受到的應(yīng)力不超過(guò) 時(shí)，則可以經(jīng)受無(wú)限 次的應(yīng)力循環(huán)而不疲勞破壞。壽命是無(wú)限的。 疲勞極限 與曲線的兩個(gè)區(qū)相對(duì)應(yīng)，疲勞設(shè)計(jì)分為：2）有限壽命設(shè)計(jì)： N N0 時(shí)的設(shè)計(jì)

8、。取 。 設(shè)計(jì)中常用的是疲勞曲線上的 AB 段，其方程為：（常數(shù)）稱為疲勞曲線方程2）有限壽命區(qū)： 非水平段（NN0）的疲勞極限稱為條件疲勞極限， 用 表示 。當(dāng)材料受到的工作應(yīng)力超過(guò) 時(shí)，在疲勞破壞之前，只能經(jīng)受有限次的應(yīng)力循環(huán)。壽命是有限的。 1）無(wú)限壽命設(shè)計(jì)： N N0 時(shí)的設(shè)計(jì)。取 。 sN 疲勞曲線有限壽命區(qū)無(wú)限壽命區(qū)顯然，B點(diǎn)的坐標(biāo)滿足AB的方程，即，代入上式得：式中：C 試驗(yàn)常數(shù)；m 特性系數(shù)，與材料性能和應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。 對(duì)應(yīng)于 的疲勞極限，材料的疲勞極限。N 0-應(yīng)力循環(huán)基數(shù)，隨材料不同而不同。 通常 HBS350 的鋼，N01107 HBS350 的鋼，N025107則壽命系

9、數(shù)；NN0時(shí)，kN=1注：1）計(jì)算 時(shí)，如 N ，則取 N 。 2）工程中常用的是對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力（ =-1）下的疲勞極限，計(jì) 算時(shí)，只須把 和 換成 和 即可。3）對(duì)于受切應(yīng)力的情況，則只需將各式中的 換成 即可。 4）當(dāng)N （ ）時(shí)，因 N 較小，可按靜強(qiáng)度計(jì)算。 2. 第二類金屬材料的疲勞曲線（如圖所示：）有色金屬及高硬度合金鋼，無(wú)論 N 多大，疲勞曲線也不存在水平直線。公式與前面有限壽命段相同2.3.3 疲勞極限應(yīng)力圖 極限應(yīng)力圖 是在疲勞壽命N 一定時(shí)，表示疲勞極限 與 之間關(guān)系的線圖。 疲勞壽命為 （無(wú)限壽命）時(shí)的 極限應(yīng)力圖如右圖所示。無(wú)限壽命極限應(yīng)力線材料相同，r 不同時(shí)， 也不同

10、，可用疲勞極限應(yīng)力圖表示。疲勞極限應(yīng)力圖也稱為等壽命疲勞曲線，為二次曲線。 極限應(yīng)力線上的點(diǎn)稱為極限應(yīng)力點(diǎn)。三個(gè)特殊點(diǎn) A、B、C 分別為對(duì)稱循環(huán)、脈動(dòng)循環(huán)、以及靜應(yīng)力下的極限應(yīng)力點(diǎn)。 極限應(yīng)力線上的每個(gè)點(diǎn)，都表示了某個(gè)r下的極限應(yīng)力 。 疲勞強(qiáng)度線屈服強(qiáng)度線)(armsrsss=+-1r+1且r0（非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力）可根據(jù)簡(jiǎn)化疲勞極限應(yīng)力圖直接求得疲勞失效區(qū)塑性失效區(qū))(armsrsss=+AE段，任一點(diǎn)的極限應(yīng)力為：ES段，任一點(diǎn)的極限應(yīng)力為：- 循環(huán)特性 r 時(shí)的疲勞極限- 循環(huán)特性 r 時(shí)的極限平均應(yīng)力- 循環(huán)特性 r 時(shí)的極限應(yīng)力幅2.3.4 影響零件疲勞強(qiáng)度的主要因素 前邊提到的各

11、疲勞極限 ，實(shí)際上是材料的力學(xué)性能指標(biāo)，是用試件通過(guò)試驗(yàn)測(cè)出的。 而實(shí)際中的各機(jī)械零件與標(biāo)準(zhǔn)試件，在形體、面質(zhì)量以及絕對(duì)尺寸等方面往往是有差異的。因此實(shí)際機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度與用試件測(cè)出的疲勞強(qiáng)度必然有所不同。 影響零件疲勞強(qiáng)度的主要因素有以下三個(gè)： 一、應(yīng)力集中的影響 應(yīng)力集中 在零件剖面的幾何形狀突然變化之處，局部應(yīng)力遠(yuǎn)大于名義應(yīng)力， 這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。 機(jī)械零件上的應(yīng)力集中會(huì)加快疲勞裂紋的形成和擴(kuò)展。從而導(dǎo)致零件的疲勞強(qiáng)度下降。 用應(yīng)力集中系數(shù) 、 （也稱疲勞缺口系數(shù)）計(jì)入應(yīng)力集中的影響。理論應(yīng)力集中系數(shù)無(wú)法直接判斷零件疲勞強(qiáng)度降低的程度。同時(shí)，零件材料對(duì)應(yīng)力集中的敏感程度不同。有效應(yīng)

12、力集中系數(shù) 表示零件疲勞強(qiáng)度降低的程度。式中： 無(wú)應(yīng)力集中試樣的疲勞極限 受到對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的作用 有應(yīng)力集中試樣的疲勞極限-1注： 當(dāng)同一剖面上同時(shí)有幾個(gè)應(yīng)力集中源時(shí)，應(yīng)采用其中最大的應(yīng)力集中系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。 二、絕對(duì)尺寸的影響零件的尺寸越大，在各種冷、熱加工中出現(xiàn)缺陷，產(chǎn)生微觀裂紋等疲勞源的可能性（機(jī)會(huì)）增大。從而使零件的疲勞強(qiáng)度降低。 用絕對(duì)尺寸系數(shù) 、 ，計(jì)入截面絕對(duì)尺寸對(duì)零件疲勞極 限的影響。 式中： 直徑為d 的試樣的疲勞極限 受到對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的作用 直徑為d0 的試樣的疲勞極限 d0 =610mm-1三、表面狀態(tài)的影響 表面狀態(tài)：是指表面粗糙度及其表面處理。其他條件相同時(shí)，表面越

13、光滑（粗糙度值越?。?，疲勞強(qiáng)度越高。表面強(qiáng)化（滲碳、表面淬火、表面滾壓、噴丸等）可顯著提高零件的疲勞強(qiáng)度。 用表面狀態(tài)系數(shù) 計(jì)入表面狀態(tài)的影響。 式中： 某種表面狀態(tài)下試樣的疲勞極限 受到對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的作用 精拋光（未強(qiáng)化處理）的試樣的疲勞極限-1綜合影響系數(shù) 在計(jì)算中，上述三個(gè)系數(shù)都只計(jì)在應(yīng)力幅上，故可將三個(gè)系數(shù) 組成一個(gè)綜合影響系數(shù)：或 試驗(yàn)證明：應(yīng)力集中、尺寸和表面狀態(tài)都只對(duì)應(yīng)力幅 有影響，而對(duì)平均應(yīng)力 沒(méi)有明顯的影響。（即對(duì)靜應(yīng)力沒(méi)有影響） 計(jì)算時(shí)，只要用綜合影響系數(shù)對(duì)零件的工作應(yīng)力幅修正即可。其余公式見課本P252.3.5 穩(wěn)定變應(yīng)力狀態(tài)下零件疲勞強(qiáng)度的計(jì)算穩(wěn)定變應(yīng)力和非穩(wěn)定變應(yīng)力

14、1.穩(wěn)定變應(yīng)力- 循環(huán)中平均應(yīng)力、應(yīng)力幅和周期都不隨時(shí)間 變化的變應(yīng)力。2.非穩(wěn)定變應(yīng)力-上述參數(shù)之一若隨時(shí)間變化則稱作非穩(wěn)定變應(yīng)力。T穩(wěn)定變應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力隨機(jī)性不穩(wěn)定變應(yīng)力1. 許用應(yīng)力法2.3.5 穩(wěn)定變應(yīng)力狀態(tài)下零件疲勞強(qiáng)度的計(jì)算式中： 零件在危險(xiǎn)點(diǎn)處的最大工作應(yīng)力 零件受到對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的作用 零件在對(duì)稱循環(huán)下的許用應(yīng)力-1 安全系數(shù)零件受對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力作用：零件受非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力作用： 零件所受的最大工作應(yīng)力幅 零件的許用應(yīng)力幅要用降低了的許用應(yīng)力值1. 許用應(yīng)力法2.3.5 穩(wěn)定變應(yīng)力狀態(tài)下零件疲勞強(qiáng)度的計(jì)算2. 安全系數(shù)法零件危險(xiǎn)點(diǎn)處的最大工作應(yīng)力應(yīng)小于或等于零件的許用應(yīng)

15、力零件危險(xiǎn)截面處的安全系數(shù)應(yīng)大于或等于零件的許用安全系數(shù) 零件危險(xiǎn)截面處的安全系數(shù) 零件的許用安全系數(shù)安全系數(shù)表示的強(qiáng)度約束條件見課本P262.3.6 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下安全系數(shù)的強(qiáng)度約束條件零件在對(duì)稱循環(huán)彎扭復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下：零件在非對(duì)稱循環(huán)彎扭復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下：的計(jì)算公式不同，見課本P262.4 機(jī)械零件的表面接觸強(qiáng)度 若兩個(gè)零件在受載前是點(diǎn)接觸或線接觸。受載后由于變形，其接觸處為一小面積，通常此面積甚小而表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力卻很大，這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。這時(shí)零件強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度。如:齒輪、凸輪、滾動(dòng)軸承等。失效形式常表現(xiàn)為：疲勞點(diǎn)蝕后果：減少了接觸面積、損壞了零件的光滑表面、降低了承載能力、引起振

16、動(dòng)和噪音。屬于變應(yīng)力作用下的接觸疲勞破壞初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋 機(jī)械零件的接觸應(yīng)力通常是隨時(shí)間作周期性變化的，在載荷重復(fù)作用下，首先在表層內(nèi)約1520m處產(chǎn)生初始疲勞裂紋，然后裂紋逐漸擴(kuò)展(潤(rùn)滑油被擠進(jìn)裂紋中將產(chǎn)生高壓，使裂紋加快擴(kuò)展，終于使表層金屬呈小片狀剝落下來(lái)，而在零件表面形成一些小坑 ，這種現(xiàn)象稱為渡勞點(diǎn)蝕。發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕后，減小了接觸面積，損壞了零件的光滑表面，因而也降低了承載能力 。裂紋的擴(kuò)展與斷裂 油金屬剝落出現(xiàn)小坑由彈性力學(xué)可知，應(yīng)力為：“+”用于外接觸，“-”用于內(nèi)接觸。HH2b11Fnb2HHFn（MPa）b -接觸長(zhǎng)度;Fn -作用在圓柱體上的載荷; E1, E2 兩圓柱

17、體材料的彈性模量1,2兩圓柱體的泊松比H -最大接觸應(yīng)力接觸疲勞強(qiáng)度的判定條件為： 材料的許用接觸應(yīng)力 材料的接觸疲勞極限接觸疲勞安全系數(shù)2.5 機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損與潤(rùn)滑2.5.1 摩擦2.5.2 磨損2.5.3 潤(rùn) 滑2.5.4 流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本原理引 言引 言 摩擦現(xiàn)象是自然界中普遍存在的物理現(xiàn)象。對(duì)于機(jī)器來(lái)講，摩擦?xí)剐式档?，溫度升高，表面磨損。過(guò)大的磨損會(huì)使機(jī)器喪失應(yīng)有的精度，進(jìn)而產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，縮短使用壽命。 世界上使用的能源大約有 1/31/2 消耗于摩擦。如果能夠盡力減少無(wú)用的摩擦消耗，便可大量節(jié)省能源。 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。 潤(rùn)滑是減小摩擦

18、、減小磨損、提高機(jī)械效率的最常用最有效方法。 關(guān)于摩擦、磨損與潤(rùn)滑的學(xué)科構(gòu)成了摩擦學(xué)。 本章主要介紹有關(guān)摩擦、磨損和潤(rùn)滑的一些基礎(chǔ)知識(shí)。 2.5.1 摩 擦1、摩擦的定義和分類一、定義: 兩個(gè)接觸表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生阻止其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就稱為摩擦。 可用摩擦系數(shù)衡量其大小二、分類：內(nèi)摩擦外摩擦按摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)靜 摩 擦動(dòng) 摩 擦按摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式滑動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦按表面潤(rùn)滑狀態(tài)不同干摩擦流體摩擦混合摩擦邊界摩擦摩 擦三、滑動(dòng)摩擦的四種摩擦狀態(tài) 1）干摩擦：是指表面間無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜，表面金屬直接接觸時(shí)的摩擦。 2）邊界摩擦：是指兩摩擦面被吸附在表面的邊界膜

19、隔開，摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面吸附性能的摩擦。 其摩擦阻力最大，磨損最嚴(yán)重。 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)?，稱為物理吸附膜。 潤(rùn)滑油靠物理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)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： 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

20、反應(yīng)膜，這種能力稱為極壓性。 摩 擦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。 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)。 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）混合摩擦：是指摩擦表面間處于干摩擦，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。2、影響摩擦的主要因素摩擦是個(gè)很復(fù)雜的現(xiàn)象，其大小余摩擦副材料的表面性質(zhì)、表面形狀、周圍介質(zhì)、環(huán)境溫度、實(shí)際工作條件等有關(guān)。金屬的表面膜大氣中自然生成強(qiáng)度相當(dāng)高的氧化膜或其他污染膜。人為在金屬表面上形成一層很薄的膜，氧化膜、

21、硫化膜摩擦副的材料性質(zhì)摩擦副的表面粗糙度互溶性較大的金屬摩擦副，表面易黏著，摩擦系數(shù)較大；反之，較小。摩擦副塑性接觸，干摩擦系數(shù)為一定值，不受表面粗糙度的影響。彈性或彈塑性接觸，干摩擦狀態(tài)時(shí)： 粗糙度數(shù)值，干摩系數(shù)； 混合摩擦狀態(tài)時(shí)：粗糙度數(shù)值 ，摩擦系數(shù)。 （摩擦副間加入潤(rùn)滑油） （潤(rùn)滑油覆蓋面積越大）摩擦表面間的潤(rùn)滑情況一般情況下：干摩擦 摩擦系數(shù)最大 f0.1;邊界摩擦與混合摩擦 摩擦系數(shù)次之 f =0.010.1；流體摩擦和油潤(rùn)滑時(shí) 摩擦系數(shù)最小 f =0.0010.008。加入潤(rùn)滑油會(huì)大大降低摩擦系數(shù)。但潤(rùn)滑情況摩擦狀態(tài)不同時(shí)， f 大小不同。摩擦的約束性質(zhì)兩方面的性質(zhì)：有利的一面，

22、可以加以利用； 利用摩擦傳動(dòng)，如:帶傳動(dòng)，摩擦離合器、制動(dòng)器，車輛行駛； 利用摩擦引起的自鎖，如：螺紋連接 有害的一面、摩擦?xí)?lái)能量損耗，降低效率，發(fā)熱，引起振動(dòng)噪聲等。對(duì)應(yīng)地，設(shè)計(jì)中的摩擦約束條件也有兩方面：需要利用摩擦?xí)r，約束條件為：摩擦（摩擦力，摩擦力矩）必須足夠大， 以保證工作的可靠性。當(dāng)摩擦有害時(shí)，盡量減小摩擦。約束條件為：摩擦系數(shù) 不超過(guò)許用值 溫升 不超過(guò)許用值 效率 不低于許用值 摩擦能耗 不超過(guò)許用值 定義： 磨損主要是運(yùn)動(dòng)副相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦導(dǎo)致零件表面材料的逐漸消失或損失的現(xiàn)象。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。2.5.2磨 損2.5.2 磨 損1

23、、磨損的定義和分類分類：按磨損結(jié)果分類按磨損機(jī)理分類點(diǎn)蝕磨損膠合磨損擦傷磨損磨粒磨損表面接觸疲勞磨損腐蝕磨損黏附磨損二、磨損的類型 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，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，對(duì)摩擦表面的擦傷所引起的磨損。 是高副（點(diǎn)、線接觸）機(jī)械零件的常件磨損形式。 摩擦表面在摩擦過(guò)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。 除了上述四種基本磨損類型以外，還有侵蝕

24、磨損、微動(dòng)磨損等其他形式，由于時(shí)間關(guān)系，不多講。4）腐蝕磨損 一個(gè)機(jī)械零件的磨損過(guò)程大體可分為三個(gè)階段：1）跑合磨損階段 跑合：是指新零件在運(yùn)轉(zhuǎn)初期的磨損。 2、磨損的過(guò)程 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。 時(shí)間 t跑合磨損階段穩(wěn)定磨損階段劇烈磨損階段abc磨損量q2）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

25、加劇，最終導(dǎo)致零件報(bào)廢。磨 損注： 應(yīng)該力求縮短跑合期，延長(zhǎng)穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損的到來(lái)。時(shí)間 t跑合磨損階段穩(wěn)定磨損階段劇烈磨損階段abc磨損量q3、影響磨損的因素 也具有二重性。有利：磨合，磨削；有害：降低精度、可靠性、壽命。4、減小磨損的措施（1）合理選擇摩擦副材料 黏著磨損為主時(shí)：選互材料硬度溶性小的材料；磨粒磨損 ：選硬度高的材料或提高材料硬度；疲勞磨損 ：選硬度高的材料并減少非金屬夾雜物。（2）進(jìn)行有效的潤(rùn)滑潤(rùn)滑是減小摩擦、減小磨損的最有效的方法。正確選用潤(rùn)滑劑，使摩擦表面處于液體摩擦，混合摩擦狀態(tài)下 4、減小磨損的措施（1）合理選擇摩擦副材料 （3）進(jìn)行適當(dāng)表面處理 （4）改進(jìn)

26、結(jié)構(gòu)，提高加工裝配精度（5）正確使用、維護(hù)與保養(yǎng)。 （2）進(jìn)行有效的潤(rùn)滑2.5.3 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、密封防塵，緩沖吸振等 作用。一、潤(rùn)滑的分類 1）流體動(dòng)力潤(rùn)滑： 靠?jī)赡Σ帘砻娴南鄬?duì)運(yùn)動(dòng)建立壓力油膜（稱 為動(dòng)壓油膜），兩表面被壓力油膜完全分開，實(shí)現(xiàn)流體潤(rùn)滑。 2）流體靜力潤(rùn)滑： 兩摩擦表面被外部供油裝備輸入的壓力油完 全分開，強(qiáng)迫形成壓力油膜，實(shí)現(xiàn)流體潤(rùn)滑。 3）彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑： 是指理論上為點(diǎn)、線接觸的摩擦副， 在考慮表面的彈性變形等因素的基礎(chǔ)上建立的流體動(dòng)力潤(rùn)滑。4）邊界潤(rùn)滑和混合潤(rùn)滑 （即邊界摩擦和混合

27、摩擦）。 二、潤(rùn)滑劑種類石墨、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）液體潤(rùn)滑劑：2）潤(rùn)滑脂：注：潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂在實(shí)際中應(yīng)用最廣。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)滑時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)工況等條件，正確選擇潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方式。潤(rùn)滑劑在潤(rùn)滑過(guò)程中起著十分重要的作用，主要可歸納如下：(1) 降低機(jī)器的摩擦功耗，從而可節(jié)約能源；(2) 減少或防止機(jī)器摩擦副零件的磨損；(3) 由于摩擦功耗的降低，因摩擦所引起的發(fā)熱量將大大減少，此

28、 外，潤(rùn)滑劑還可以帶走一部分熱量，因而，潤(rùn)滑劑具有較好的 降溫作用；(4) 潤(rùn)滑膜可以隔絕空氣中的氧和腐蝕性氣體，從而保護(hù)摩擦表面 不受銹蝕，所以，潤(rùn)滑劑也有防銹的作用；(5) 由于潤(rùn)滑膜具有彈性和阻尼作用，因而，潤(rùn)滑劑還能起緩沖和 減振作用；(6) 循環(huán)潤(rùn)滑的液體潤(rùn)滑劑，還可以清洗摩擦表面，將磨損產(chǎn)生的 顆粒及其他污物帶走，起密封、防塵的作用。潤(rùn)滑劑二、潤(rùn)滑劑潤(rùn) 滑石墨、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、液態(tài)金屬等。2）潤(rùn)滑脂：注：潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂在實(shí)際中應(yīng)用最廣。俗稱黃油。由潤(rùn)滑油+稠化劑混

29、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)?、二氧化碳等。?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： 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)產(chǎn)生內(nèi)摩擦阻力。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。即式中： 即為潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘度。其國(guó)際單位為： （帕秒） 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： ，此單位太大，常用注：