機(jī)械零件摩擦

第4章機(jī)械零件的摩擦、磨損、潤(rùn)滑及密封4.1摩擦4.2磨損4.3潤(rùn)滑劑、添加劑4.4潤(rùn)滑方式4.5流體潤(rùn)滑原理及方法4.6密封裝置潤(rùn)滑：在摩擦面內(nèi)加入物質(zhì)使兩表面分開(kāi)，以減速小摩擦、磨損的方法稱為潤(rùn)滑。摩擦是現(xiàn)象，磨損是結(jié)果，潤(rùn)滑是改善摩擦、磨損的手段。摩擦是自然界最普遍的現(xiàn)象之一。世界能源的1/3～1/2消耗在各種形式的摩擦中，機(jī)械中８０％的零件因磨損報(bào)廢，給社會(huì)生產(chǎn)造成極大的浪費(fèi)；摩擦也有有利的一面，如：汽車行駛、飛機(jī)著陸、剎車、機(jī)械夾具、帶傳動(dòng)、摩擦輪傳動(dòng)、無(wú)級(jí)變速器等等。磨損：摩擦導(dǎo)能量損耗或摩擦表面物質(zhì)的流失或轉(zhuǎn)移即磨損。摩擦學(xué)：研究摩擦、磨損與潤(rùn)滑的科學(xué)和技術(shù)的統(tǒng)稱。第4章機(jī)械零件的摩擦、磨損、潤(rùn)滑及密封

4.1摩擦摩擦內(nèi)摩擦——發(fā)生在物質(zhì)內(nèi)部的阻礙分子運(yùn)動(dòng)的摩擦。（分子之間）外摩擦——接觸的兩個(gè)物體發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)或滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在接觸表面產(chǎn)生的阻礙相對(duì)滑動(dòng)的摩擦。（運(yùn)動(dòng)物體之間)摩擦靜摩擦：只有滑動(dòng)趨勢(shì)的摩擦。動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦干摩擦邊界摩擦混合磨擦流體摩擦一、四種摩擦狀態(tài)1、干摩擦

兩個(gè)接觸表面無(wú)潤(rùn)滑劑，直接觸，此時(shí)摩擦稱為干摩擦。其理論主要有分子-機(jī)械理論、粘著理論。粘著力Fa：兩金屬表面間互相粘著的凸峰剪斷力。犁刨力Fm：較硬的凸峰在較軟的凸峰的犁刨作用。因此，摩擦力為：干摩擦特點(diǎn)：摩擦系數(shù)一般在f=0.1數(shù)量級(jí)，阻力大、磨損重、發(fā)熱高、易膠合、壽命短。

4.1摩擦2、邊界摩擦：

兩金屬表面間由于潤(rùn)滑油與金屬表面的吸附作用，在金屬表面形成極薄的油膜（邊界膜）將金屬表面隔開(kāi)，但高峰部分仍將相互搓削，此時(shí)的摩擦稱為邊界摩擦。摩擦系數(shù)一般在f邊=10-2

數(shù)量級(jí)，邊界膜厚度<1微米。

4.1摩擦邊界膜物理吸附膜：潤(rùn)滑劑中的脂肪酸極性分子在金屬表面分子的吸引力作用下吸附在金屬表面上而形成的膜?；瘜W(xué)吸附膜：潤(rùn)滑劑中分子受化學(xué)鍵力的作用而貼附在金屬表面所形成的吸附膜?；瘜W(xué)反應(yīng)膜：潤(rùn)滑劑中含有以原子形式存在的硫、磷、氯時(shí)，高溫下這些元素與金屬起化學(xué)反應(yīng)，在金屬表面開(kāi)成S、P、Cl化合物所形成的膜。3、流體摩擦

當(dāng)兩金屬表面完全被液體隔開(kāi)，只有液體間的摩擦。此時(shí)摩擦只發(fā)生在流體內(nèi)部，摩擦系數(shù)很小，摩擦系數(shù)一般在f流=10-3數(shù)量級(jí)

4.1摩擦4、混合摩擦二、摩擦特性曲線邊界摩擦混合摩擦流體摩擦η—?jiǎng)恿φ扯?/p>

p—平均壓強(qiáng)

n—軸速臨界點(diǎn)軸承特性系數(shù)

摩擦面間同時(shí)存在著邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)。一般摩擦系數(shù)為f混=0.01-0.001數(shù)量級(jí)。

滑動(dòng)摩擦的摩擦狀態(tài)大致可以用膜厚比估計(jì)。為邊界摩擦狀態(tài)；為混合摩擦狀態(tài)；為流體摩擦狀態(tài)。

左圖為摩擦特性曲線，無(wú)量綱稱為軸承特性數(shù)。隨著的不同，摩擦副分別處于邊界摩擦、混合摩擦和流體摩擦狀態(tài)。

4.1摩擦

4.2磨損一、磨損過(guò)程磨損大致分為三個(gè)階段：

磨損量磨合階段穩(wěn)定磨損階段劇烈磨損階段1、磨合階段2、穩(wěn)定磨損階段3、劇烈磨損階段二、磨損種類按磨損機(jī)理分為以下幾種：

1、粘附磨損（膠合磨損）2、疲勞磨損（點(diǎn)蝕）3、磨粒磨損這是最常見(jiàn)的磨損形式，占總磨損數(shù)的50%。

4.2磨損4、腐蝕磨損

在摩擦過(guò)程中，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。5、流體磨粒磨損和流體侵蝕磨損（沖蝕磨損）

流體磨粒磨損

是指由流動(dòng)的液體或氣流中所夾帶的硬質(zhì)顆粒作用引起的機(jī)械磨損。侵蝕磨損（沖蝕磨損）

由液流或氣流的沖蝕作用引的機(jī)械磨損。６、微動(dòng)磨損

4.2磨損4.3潤(rùn)滑劑、添加劑一、潤(rùn)滑劑的作用降低摩擦，減輕磨損，保護(hù)零件不受銹蝕，循環(huán)潤(rùn)滑油還能起到散熱作用。因此，潤(rùn)滑油膜還具有緩沖、吸振作用。使用膏狀的潤(rùn)滑脂，起到密封作用（即可以防止內(nèi)部的潤(rùn)滑劑外泄，以可阻止外部雜質(zhì)侵入）。二、潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑氣體潤(rùn)滑劑液體潤(rùn)滑劑固體潤(rùn)滑劑半固體潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑油機(jī)油：動(dòng)物油、植物油礦物油：來(lái)源充足、價(jià)格低廉、用途廣。化學(xué)合成油

1、潤(rùn)滑油評(píng)定指標(biāo)1）粘度：

①動(dòng)力粘度：油呈層流分布，層與層之間的摩擦剪應(yīng)力τ應(yīng)滿足如下關(guān)系：

此式稱為牛頓液體流動(dòng)定律。η——比例常數(shù)，即：流體動(dòng)力粘度。表征液體內(nèi)摩擦阻力大小。

單位：國(guó)際單位：Pa.s（帕.秒）絕對(duì)單位：稱為1P（泊）P=0.1Pa.s=100cP(厘泊)4.3潤(rùn)滑劑、添加劑②

運(yùn)動(dòng)粘度

單位：St（斯）。換算關(guān)系：1St=1cm2/s=100cSt=10-4m2/s1cSt=1mm2/s注：根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB443-84規(guī)定，潤(rùn)滑油在40℃的運(yùn)動(dòng)粘度中心值作為潤(rùn)滑的牌號(hào)。例如：牌號(hào)L-AN5潤(rùn)滑，在40℃時(shí)其運(yùn)動(dòng)粘度為5.06cSt.③

條件粘度是在一定條件下，利用某種規(guī)格的粘度計(jì)，通過(guò)測(cè)定潤(rùn)滑穿過(guò)規(guī)定孔道的時(shí)間來(lái)進(jìn)行計(jì)量的粘度。單位：恩氏度（°Et）我國(guó)常用恩氏度（oEt）作為條件粘度單位，美國(guó)習(xí)慣用賽氏通用秒（SUS），英國(guó)習(xí)慣用雷氏秒（R）作為條件粘度單位。

4.3潤(rùn)滑劑、添加劑動(dòng)力粘度：主要用于流體動(dòng)力計(jì)算。Pa·s運(yùn)動(dòng)粘度：使用中便于測(cè)量。m2/s粘度與溫度的關(guān)系：溫度↑→粘度↓粘度與壓力的關(guān)系：壓力↑→粘度↑，2)潤(rùn)滑性（油性）潤(rùn)滑性是指潤(rùn)滑油中極性分子與金屬表面吸附形成一層邊界油膜，以減小摩擦和磨損損性能。適用于低速、重載或潤(rùn)滑不充分的場(chǎng)合。——物理膜3）極壓性極壓性能是潤(rùn)滑油中加入硫、氯、磷的有機(jī)極性化合物事，油中極性分子在金屬表面生成抗磨、耐高壓的化學(xué)反應(yīng)邊界膜?！ɑ瘜W(xué)膜）4.3潤(rùn)滑劑、添加劑一是流體的密度隨壓力增高而加大，不過(guò)對(duì)于所有的潤(rùn)滑油來(lái)說(shuō)，壓力在100MPa以下時(shí)每增加20MPa的壓力，油的密度增加約1％，因此在實(shí)際潤(rùn)滑條件下這個(gè)影響可以不予考慮。另一是壓力對(duì)流體粘度的影響，這只有在壓力超過(guò)20MPa時(shí)，粘度才隨壓力的增高而加大，高壓時(shí)則更為顯著。4）閃點(diǎn)油在標(biāo)準(zhǔn)儀器中加熱蒸發(fā)出的油汽，一遇火焰即能發(fā)出閃光時(shí)的最低溫度，稱為油的閃點(diǎn)。閃點(diǎn)是衡量油的易燃性。通常使油的工作溫度比油的閃點(diǎn)低30～40℃5）凝點(diǎn)指潤(rùn)滑油在規(guī)定的條件下，不能再自由流動(dòng)時(shí)所達(dá)到的最高溫度。是低溫工作機(jī)器的重要指標(biāo)。6）氧化穩(wěn)定性

在高溫氣體中，油發(fā)生氧化生成硫、氯、磷的酸性化合物，這種物質(zhì)腐蝕金屬，加劇金屬的磨損。4.3潤(rùn)滑劑、添加劑潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑脂=潤(rùn)滑油+稠化劑（如鈣、鋰、鈉的金屬皂）分類：鈣基潤(rùn)滑脂：良好抗水性、但耐熱能力差，工作溫度不宜超過(guò)55～65℃。鈉基潤(rùn)滑脂：良好耐熱性（工作溫度可達(dá)120℃。），抗水性差。比鈣基潤(rùn)滑脂防銹能力強(qiáng)。鋰基潤(rùn)滑脂：能抗水，耐高溫（不高于145℃。），是一種多用途潤(rùn)滑劑。鋁基潤(rùn)滑劑：良好抗水性，對(duì)多屬表面有吸附作用，很好的防銹功能。潤(rùn)滑脂：潤(rùn)滑脂是由潤(rùn)滑油加上稠化劑組成，是膏狀物，不易流動(dòng)，可保持在摩擦表面上。它由一種(或幾種)潤(rùn)滑油和一種(或幾種)稠化劑調(diào)合成具有可塑性的油膏。4.3潤(rùn)滑劑、添加劑主要性能指標(biāo)：

1）錐入度（稠度）

重1.5N的標(biāo)準(zhǔn)錐體，于25℃恒溫下，由潤(rùn)滑脂表面經(jīng)5s后刺入的深度。它標(biāo)志著潤(rùn)滑脂內(nèi)阻力的大小和流動(dòng)性的強(qiáng)弱。

2）滴點(diǎn)

在規(guī)定的加熱條件下，潤(rùn)滑脂從標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量杯的孔口滴下第一滴時(shí)的溫度叫潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)。滴點(diǎn)決了潤(rùn)滑油的工作溫度。4.3潤(rùn)滑劑、添加劑三、添加劑有時(shí)為了改善某些性能還加入一些添加劑，添加劑可以改變潤(rùn)滑劑的各種性能，起到提高承載能力、降低摩擦和減少磨損的目的。目前世界各國(guó)都普遍使用加有添加劑的潤(rùn)滑油。3、固體潤(rùn)滑劑

如石墨、二硫化鉬、氮化硼、石蠟、聚四氟乙烯、酚醛樹(shù)脂等。石墨和二硫化相應(yīng)用最廣。固體潤(rùn)滑劑一般用于不宜使用潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂的特殊條件下。此外，它還可以作為潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂的添加劑使用，以及與金屬或塑料等混合制成自潤(rùn)滑復(fù)合材料使用。4.3潤(rùn)滑劑、添加劑一、潤(rùn)滑方法潤(rùn)滑油潤(rùn)滑在工程中的應(yīng)用最普遍，常用的供油方式有：滴油潤(rùn)滑、浸油潤(rùn)滑、飛濺潤(rùn)滑、噴油潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑等

用于低速用于高速

油脂潤(rùn)滑常用于運(yùn)轉(zhuǎn)速度較低的場(chǎng)合，將潤(rùn)滑脂涂抹于需潤(rùn)滑的零件上。潤(rùn)滑脂還可以用于簡(jiǎn)單的密封。浸油與飛濺潤(rùn)滑噴油潤(rùn)滑4.4潤(rùn)滑方法二、常見(jiàn)潤(rùn)滑裝置1、間歇式供油裝置對(duì)于一些小型、低速或間歇運(yùn)動(dòng)的裝置，可采用間歇式供油，在需潤(rùn)滑的部位安裝油杯。一般采油壺或油杯將潤(rùn)滑油注入油杯。

4.3潤(rùn)滑方法二、常見(jiàn)潤(rùn)滑裝置2、連續(xù)供油裝置對(duì)于重要的裝置必須采用連續(xù)供油的方法。常用的連續(xù)供油如：針閥油杯和油芯油杯等。

4.3潤(rùn)滑方法脂潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑只能采用間歇式供應(yīng)潤(rùn)滑脂的方式。常用旋蓋式油脂杯作為潤(rùn)滑裝置。

4.3潤(rùn)滑方法流體動(dòng)壓潤(rùn)滑——兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的摩擦表面，用借助于相對(duì)速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開(kāi)，由流體膜產(chǎn)生的動(dòng)壓力來(lái)平衡外載荷。流體靜壓潤(rùn)滑——是將液壓泵等外界設(shè)備提供的壓力流體送入摩擦表面之間，以靜壓力來(lái)平衡外載荷。vUxyF

油壓p分布曲線v流體靜壓潤(rùn)滑系統(tǒng)示意圖

4.5流體潤(rùn)滑原理及方法靜密封——密封結(jié)合面間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封動(dòng)密封——密封元件間彼此有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封對(duì)于動(dòng)密封而言，根據(jù)軸的運(yùn)動(dòng)形式可分為兩種基本類型，即旋轉(zhuǎn)軸密封和往復(fù)軸密封。也可根據(jù)密封元件之間是否接觸而分為接觸密封和非接觸密封。1．直接接觸密封2．墊片、墊圈密封

4.6密封裝置一、

靜密封3．自緊式密封(a)安裝狀態(tài)(b)工作狀態(tài)圖4.18O型橡膠密封圈工作原理圖4.19各種自緊式密封一、

靜密封

4.6密封裝置

1、

氈圈密封氈圈為標(biāo)準(zhǔn)件，密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)軸的偏心或竄動(dòng)不敏感，但摩擦、磨損較嚴(yán)重，只用于低速、脂潤(rùn)滑的場(chǎng)合。

2、油封密封油封是依靠有彈性的唇部進(jìn)行密封的標(biāo)準(zhǔn)密封件。油封密封，因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、檢修方便，是目前應(yīng)用最廣泛的一種接觸式旋轉(zhuǎn)軸的密封方式。用于油封密封的旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈（GB/T13871－1992）有6種基本型式（見(jiàn)圖4.21）,鋼制骨架使密封圈剛性增大，可以直接裝在安裝孔內(nèi)使用。安裝時(shí)應(yīng)使唇部朝向需密封的介質(zhì)。

二、

接觸式旋轉(zhuǎn)軸密封

4.6密封裝置

油封組合使用

無(wú)骨架唇形密封圈

二、

接觸式旋轉(zhuǎn)軸密封

4.6密封裝置三、

機(jī)械密封

機(jī)械密封通常由以下四個(gè)部分組成：1）由動(dòng)、靜環(huán)組成的摩擦副；2）由彈性元件為主要零件的補(bǔ)償緩沖件；3）輔助密封圈；4）帶動(dòng)動(dòng)環(huán)和軸一起回轉(zhuǎn)的構(gòu)件。

圖4.24機(jī)械密封結(jié)構(gòu)1一彈簧座；2一彈簧；3一旋轉(zhuǎn)環(huán)(動(dòng)環(huán))；4一壓蓋；5一靜環(huán)密封圈；6一防轉(zhuǎn)銷；7一靜止環(huán)(靜環(huán))；8