第四章 摩擦、磨損及潤滑概述

第四章摩擦、磨損及潤滑概述第四章摩擦磨損及潤滑概述

摩擦（friction）一、基本概念摩擦力（frictionforce）正壓力N切向力Fv磨損（wear）

——摩擦時，摩擦表面材質損失或轉移的現(xiàn)象潤滑（lubrication）——摩擦面添加介質（油、脂等），以減小摩擦、磨損，降低材料消耗，保證機器可靠工作的現(xiàn)象。摩擦學（tribology）——研究有關摩擦、磨損、潤滑的一門科學和技術。二、摩擦1.分類①

按物體是否有運動分靜摩擦（staticalfriction）

——僅有相對滑動趨勢時的摩擦；動摩擦（kineticfriction）——有相對滑動的摩擦②

按運動形式分干摩擦(dryfriction)——不加任何潤滑劑的摩擦?；瑒幽Σ粒╯lidingfriction）

——兩表面以相對滑動為主的摩擦；滾動摩擦（rollingfriction）

——兩表面以滾動為主的摩擦。③

按摩擦界面間的潤滑劑情況分流體摩擦（fluidfriction）——摩擦表面被一層流體隔開的摩擦；邊界摩擦（boundaryfriction）——兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開的摩擦；混合摩擦（mixedfriction）——上述任何兩種及以上摩擦共存的摩擦。幾種摩擦的界限常以膜厚比來大致估計：式中：hmin—最小公稱油膜厚度，mRq1—接觸表面1輪廓的均方根偏差，mRq2—接觸表面2輪廓的均方根偏差，m2.干摩擦(dryfriction)

庫侖定律：Ff＝fFn1945年由鮑登（FP.Bowden）等人提出：摩擦副接觸只是部分峰頂接觸真實接觸面積Ar很小修正粘著理論：接觸區(qū)域同時存在壓應力和切應力，材料的屈服極限必須由復合應力來確定Fn的作用Ari

切向力Ff

Ari+ΔAri節(jié)點增長注意：

修正粘附理論與實際情況相近，可以在相當大的范圍內解釋摩擦現(xiàn)象；在工程實際中常用的金屬材料的摩擦系數(shù)是指在常規(guī)壓力與速度條件下通過實驗的測定值，并可認為是一個常數(shù)。3.邊界摩擦（boundaryfriction）①

物理吸附膜

②

化學吸附膜有較低的剪切強度，較高的熔點，能在較高的速度和載荷下起潤滑作用。f較低，熔點低，只能在低速輕載下起潤滑作用。③化學反應膜具有低的剪切強度和高的熔點，可在十分惡劣的條件下起潤滑作用。油性——物理吸附膜、化學吸附膜的潤滑性能極壓性——化學反應膜的潤滑性能。4.流體摩擦（fluidfriction）潤滑油膜厚度大到將兩個表面接觸的微凸體完全分開時的摩擦。此時，沒有金屬的直接接觸，潤滑性能取決于潤滑油本身的性質。5.混合摩擦（mixedfriction）兩個摩擦面間有些部位呈現(xiàn)干摩擦，有些部位呈現(xiàn)邊界摩擦，有些部位呈現(xiàn)液體摩擦，這種狀態(tài)稱為混合摩擦。摩擦系數(shù)不穩(wěn)定。三、磨損磨損：摩擦過程帶來了表面材料的喪失和轉移，磨損可造成零件的失效，占總失效的70%—80%。磨損帶來的危害：①影響零件的運動質量；②改變了零件的尺寸；③降低了零件的可靠性。1.按磨損階段分①

跑合(running-in)磨損階段跑合的目的：磨掉不平高峰，增大接觸面積，提高承載能力。②

穩(wěn)定磨損階段磨損以平穩(wěn)而緩慢的速度進行，標志磨損條件保持相對穩(wěn)定。③

急劇磨損階段經(jīng)過穩(wěn)定磨損階段，零件工作到壽命期，磨損速度加快。設計或使用機器，要力求縮短跑合期、延長穩(wěn)定磨損期、推遲急劇磨損期的到來。2.按磨損機理分①

粘著磨損（adhesivewear）摩擦表面的微凸體在相互作用的各處發(fā)生“冷焊”后，在相對滑動過程中，材料從一個表面遷移到另一個表面的現(xiàn)象。減輕粘著磨損的措施a.合理選擇配對摩擦副材料，選擇粘著傾向性小的配對材料；b.采用油性、極壓性好的潤滑劑；c.限制摩擦表面的溫度；d.控制壓強。②

磨粒磨損（abrasivewear）從外部進入摩擦面間的游離硬顆粒或硬的微凸體峰尖在較軟材料的表面上犁刨出很多溝紋的現(xiàn)象。影響磨粒磨損的因素：材料的硬度Hm和磨料的硬度Ha；磨料的數(shù)量。③

疲勞磨損（fatiguewear）零件受交變接觸應力的反復作用，在零件工作表面或表面下一定深度處形成疲勞裂紋，隨著裂紋的擴展與相互連接，將造成顆粒從零件工作表面上脫落，形成疲勞坑的現(xiàn)象——點蝕。影響疲勞磨損的因素：表面光潔度；潤滑油粘度；零件表面的硬度和芯部的硬度。④

腐蝕磨損（corrosivewear）摩擦過程中，零件摩擦副與周圍介質發(fā)生化學反應或電化學反應所產生的磨損。影響腐蝕磨損的主要因素介質的酸堿性；零件表面生成的氧化膜性質；環(huán)境溫度。⑤

沖蝕磨損（erosionwear）含有硬微粒的液體沖擊固體表面所造成的磨損。影響因素：微粒與固體表面的摩擦系數(shù)；微粒的沖擊速度；微粒沖擊速度的方向與固體表面所夾角。⑥

微動磨損（frettingwear）緊聯(lián)接表面在循環(huán)變應力、振動、接觸面產生的彈性變形差異等引起的磨損。四、潤滑（lubrication）降低摩擦、減輕磨損；保護零件不被銹蝕；散熱降溫（循環(huán)油）；緩沖吸振（液體不可壓縮性）；密封（潤滑脂）。1.潤滑的作用2.潤滑劑（lubricant）及主要指標（1）潤滑油（lubricatingoil）動物油、植物油、礦物油、化學合成油①粘度（viscosity）流體抵抗變形的能力，標志著流體內部摩擦阻力的大小，即粘度大，流動性差。粘性流體摩擦定律：A板以速度v運動，B板靜止不動，則貼近A板的流體以速度v運動，貼近B板的流體靜止，流體的運動是層流，各層之間存在相對滑移，各層界面上就有剪切力：——流體延運動方向的速度梯度單位：Pa·s（國際），P(泊)（絕對單位）單位：m2/s（國際），St(斯)（絕對單位）單位：oEt（恩氏度）影響粘度的因素溫度：溫度高，粘度低；壓力：粘度隨壓力的增大而提高壓力低于20Mpa時，影響很小超過20Mpa時，影響明顯②

油性物理吸附膜，化學吸附膜③極壓性化學反應膜。④氧化穩(wěn)定性潤滑油抗氧化的能力。⑤閃點（flashpoint）衡量易燃性的指標，高溫下工作很重要。⑥凝固點（solidifyingpoint）衡量低溫下工作的性能。（2）潤滑脂（grease）

鈣基潤滑脂納基潤滑脂鋰基潤滑脂鋁基潤滑脂①針入度（penetration

）衡量脂的稠密程度，針入度小，承載能力大。②滴點（droppoint）

衡量潤滑脂的耐高溫能力。（3）添加劑（additive）添加劑的作用提高油性、極壓性和極端工作條件能力；