第四章 摩擦磨損潤(rùn)滑

一組重要的調(diào)查數(shù)據(jù)世界1/2總能源被一種或多種形式的摩擦所消耗；失效零件的80%是由于磨損造成的；

20世紀(jì)80年代，我國(guó)在冶金、煤炭、農(nóng)機(jī)等五個(gè)行業(yè)的調(diào)查表明：由于磨粒磨損所消耗的備件用鋼達(dá)到100萬(wàn)噸以上，如考慮停機(jī)等費(fèi)用造成的損失每年達(dá)到數(shù)億元。第四章摩擦、磨損及潤(rùn)滑概述摩擦學(xué)發(fā)展的重要?dú)v史階段1、史前人類的鉆木取火2、春秋時(shí)代（公元前770~221年）對(duì)摩擦、磨損現(xiàn)象有了一定的了解，并且已經(jīng)知道采用動(dòng)物油脂進(jìn)行潤(rùn)滑（詩(shī)經(jīng)）3、西晉時(shí)代張華所著《博物志》最早記載了人類使用礦物油做潤(rùn)滑劑4、15世紀(jì)，意大利的列奧納多·達(dá)芬奇才開(kāi)始把摩擦學(xué)引入理論研究的途徑5、18世紀(jì)起摩擦學(xué)研究蓬勃興起，到20世紀(jì)60年代摩擦學(xué)成為一門獨(dú)立的交叉學(xué)科6、應(yīng)用及研究的領(lǐng)域不斷擴(kuò)大：機(jī)械、冶金、生物、地質(zhì)、音樂(lè)、體育等

摩擦學(xué)—研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)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)用的一門邊緣學(xué)科。一、摩擦定義摩擦類型

摩擦狀態(tài)的判定：膜厚比λ

圖4-1P46摩擦內(nèi)摩擦（分子間）外摩擦（接觸面間）靜摩擦（滑動(dòng)趨勢(shì)）動(dòng)摩擦（滑動(dòng)進(jìn)行中）滑動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦干摩擦（未經(jīng)人為潤(rùn)滑f=0.4~0.8）邊界摩擦（表面吸附能力決定摩擦性質(zhì)λ

≤1，f=0.1~0.4）流體摩擦（流體內(nèi)部分子間粘性決定摩擦性質(zhì)1≤λ≤

3，f=0.001~0.01）混合摩擦二.磨損定義：由于摩擦而造成物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；影響：影響機(jī)器效率、降低可靠性，甚至促使機(jī)器提前報(bào)廢。用途：精加工中的磨削及拋光，機(jī)器的“磨合”過(guò)程等磨損過(guò)程大致有：▲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?！€(wěn)定磨損階段——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?！鴦×夷p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)廢階段機(jī)器的壽命磨損曲線磨合階段磨損量時(shí)間劇烈磨損階段

穩(wěn)定磨損階段二.磨損設(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)磨粒磨損

磨損的分類疲勞磨損粘附磨損沖蝕磨損腐蝕磨損微動(dòng)磨損磨損類型

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謂

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

磨損類型：磨粒磨損——也簡(jiǎn)稱磨損，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。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

磨損類型：粘附磨損——也稱膠合，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)重的粘附磨損會(huì)造成運(yùn)動(dòng)副咬死。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

磨損類型：疲勞磨損——也稱點(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。

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。

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。

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?。改善摩擦副耐磨性的措施?、合理選擇摩擦副材料采用異種金屬、多相金屬、脆性材料利于提高抗粘著磨損的能力；采用硬度高韌性好的材料利于抵抗磨粒磨損、疲勞磨損和摩擦化學(xué)磨損；提高表面光潔度，可以提高耐疲勞磨損能力。2、合理選擇潤(rùn)滑劑及添加劑適當(dāng)選用高粘度的潤(rùn)滑油、在潤(rùn)滑油中使用極壓添加劑或采用固體潤(rùn)滑劑，可以提高耐疲勞磨損的能力；在潤(rùn)滑劑中加入油性或極壓添加劑可以有效地減少粘著磨損的發(fā)生。3、注意控制摩擦副的工作條件設(shè)計(jì)時(shí)盡量控制最大許用壓強(qiáng)，因?yàn)橐欢ㄓ捕鹊慕饘?，所受的壓?qiáng)大則磨損量大；另外還需限制摩擦表面的溫升，以免溫度過(guò)高使油膜破壞，發(fā)生粘著，加速化學(xué)磨損。4、潤(rùn)滑是減小摩擦、減小磨損的最有效的方法目的潤(rùn)滑劑分類氣體：空氣及其它氣體介質(zhì)。液體：水、潤(rùn)滑油（礦物油、動(dòng)植物油、合成油和各種乳劑）等。半固體：潤(rùn)滑脂固體：石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等主要性能指標(biāo)潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂1、不完全液體潤(rùn)滑--降低摩擦、減少磨損、防銹；2、液體動(dòng)力潤(rùn)滑--工作介質(zhì)、冷卻、緩沖、吸振。三.潤(rùn)滑粘度（動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、條件粘度）、潤(rùn)滑性（油性）、極壓性、閃點(diǎn)、凝點(diǎn)、氧化穩(wěn)定性錐入度（又稱為針入度或者稠度）滴點(diǎn)粘度流體抵抗變形的能力，標(biāo)志著流體內(nèi)摩擦阻力的大小。平行板間液體的層流流動(dòng)模型動(dòng)力粘度量綱：力·時(shí)間/長(zhǎng)度2單位：1Pa·s（帕·秒）1dyn·s/cm2(泊)

切應(yīng)力速度梯度牛頓液體粘性定律在流體中任意點(diǎn)處的切應(yīng)力與該處流體速度梯度成正比流體流動(dòng)速度“-”號(hào)表示速度隨著流體膜厚度方向的坐標(biāo)y增大而減小

動(dòng)力粘度粘度流體抵抗變形的能力，標(biāo)志著流體內(nèi)摩擦阻力的大小。工程中常用動(dòng)力粘度η與同溫度下該液體的密度ρ(單位kg/m3)的比值表示粘度，稱為運(yùn)動(dòng)粘度ν

(單位m2/s),C.G.S制中運(yùn)動(dòng)粘度的單位St（斯），1

St=1cm2/s。百分之一St稱為cSt（厘斯）運(yùn)動(dòng)粘度ν

=

ηρ

礦物油密度ρ=850~900kg/m3GB/T314-1994規(guī)定我國(guó)工業(yè)潤(rùn)滑油分為18個(gè)等級(jí)，采用潤(rùn)滑油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度中心值作為潤(rùn)滑油的牌號(hào)，潤(rùn)滑油實(shí)際運(yùn)動(dòng)粘度在相應(yīng)中心粘度值的±10%偏差以內(nèi)。

有一輕型滑動(dòng)軸承，要求采用粘度為40~50cSt（40℃）的潤(rùn)滑油，請(qǐng)選定適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油牌號(hào)。P53表4-146號(hào)表4-2常用潤(rùn)滑油的主要性質(zhì)名稱全損耗系統(tǒng)用油GB443-89汽輪機(jī)油GB11120-89代號(hào)40℃的粘度/(mm2/s)L-AN76.12~7.48-10110凝點(diǎn)≤℃閃點(diǎn)(開(kāi)式)≥℃用于高速低負(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-AN10090~1100210L-AN109.0~11.0-10125L-AN1513.5~16.5-10165L-AN3228.8~32.2-10170L-AN4641.4~50.6-10180L-AN6861.2~74.8-10190L-TSA3228.8~35.2-7180L-TSA4641.4~50.6主要用途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10cSt。條件粘度平均溫度t時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度2.運(yùn)動(dòng)粘度：主要用于測(cè)量流體粘度。m2/s1.動(dòng)力粘度：主要用于流體動(dòng)力計(jì)算中。Pa·s3.兩種粘度之間的換算關(guān)系：礦物油的密度kg/m34.潤(rùn)滑油粘度特性粘溫特性：溫度越高、粘度越低，反之亦然。粘壓特性：

壓力越高、粘度越高，反之亦然。式（4-6）一般在5MPa之下影響不大。圖4-7全損耗系統(tǒng)用油的粘--溫曲線P545.其它性能指標(biāo)：油性、極壓性、氧化穩(wěn)定性、閃點(diǎn)、凝點(diǎn)等。①載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的油；②載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，宜選用粘度小的油。（2）潤(rùn)滑性（油性）

潤(rùn)滑性是指潤(rùn)滑油中的分子與金屬表面吸附形成一邊界油膜，以減小摩擦和磨損。潤(rùn)滑性愈好，吸附能力愈強(qiáng)。對(duì)于那些低速重載或潤(rùn)滑不充分的場(chǎng)合，潤(rùn)滑性具有特別重要的意義。（3）極壓性

潤(rùn)滑性能是潤(rùn)滑油中加入含硫、氯、磷的有機(jī)極性化合物之后，油中的極性分子在金屬表面生成抗磨、耐高壓的化學(xué)反應(yīng)邊界膜的性能，它在重載、高速、高溫條件下，可改善邊界潤(rùn)滑性能。（4）閃點(diǎn)

潤(rùn)滑油在標(biāo)準(zhǔn)容器中加熱所蒸發(fā)的油氣，遇火焰即能發(fā)出閃光時(shí)的最低溫度，是衡量油易燃性的指標(biāo)。對(duì)于在高溫下工作的機(jī)器，這是一個(gè)重要參數(shù)。一般要求工作溫度比油的閃點(diǎn)低30~40℃。（5）凝點(diǎn)

潤(rùn)滑油在規(guī)定的條件下，不再自由流動(dòng)時(shí)所達(dá)到的最高溫度。它是潤(rùn)滑油在低溫下工作的一個(gè)重要指標(biāo)，直接影響到機(jī)器在低溫下的啟動(dòng)性能和磨損情況。（6）氧化穩(wěn)定性

從化學(xué)意義上講，潤(rùn)滑油是不活潑的。但當(dāng)它們暴露在高溫氣體中時(shí)，也會(huì)發(fā)生氧化并生成硫、氯、磷的酸性化合物。這是一種膠狀沉積物，不但腐蝕金屬，而且加劇零件的磨損。2.潤(rùn)滑脂

潤(rùn)滑油與各種稠化劑（鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂）混合稠化而成。優(yōu)點(diǎn)：密封簡(jiǎn)單，不需要經(jīng)常添加，不易流失，對(duì)速度和溫度不敏感，適用范圍廣。缺點(diǎn)：摩擦損耗較大、機(jī)械效率低，不適宜高速場(chǎng)合。潤(rùn)滑脂的種類：鈉基潤(rùn)滑脂鋰基潤(rùn)滑脂鋁基潤(rùn)滑脂鈣基潤(rùn)滑脂分類——工程上應(yīng)用最廣(1)鈣基潤(rùn)滑脂

抗水性好，耐熱能力差，工作溫度低于55~65℃

。(2)鈉基潤(rùn)滑脂耐熱性好，工作溫度可達(dá)120℃，抗水性差?？膳c少量水乳化，從而保護(hù)金屬免遭腐蝕，比鈣基脂有更好的防銹能力。(3)鋰基潤(rùn)滑脂既能抗水，又耐高溫，而且有較好的機(jī)械安定型，是一種多用途的潤(rùn)滑值。工作溫度不宜超過(guò)145℃

。(4)鋁基潤(rùn)滑脂抗水性好，吸附能力強(qiáng)，可起到良好的防銹作用。針入度（稠度）標(biāo)志著潤(rùn)滑脂內(nèi)阻力的大小和流動(dòng)性的強(qiáng)弱。針入度越大，潤(rùn)滑脂越??；反之亦然。滴點(diǎn)在規(guī)定的加熱條件下，潤(rùn)滑脂由標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量杯的孔口滴下第一滴時(shí)的溫度稱為潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)。滴點(diǎn)標(biāo)志著潤(rùn)滑脂耐高溫的能力。一般潤(rùn)滑脂的工作溫度應(yīng)低于滴點(diǎn)20-30C。

為改善潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂的性能，以適應(yīng)某些特殊的需要，在潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂中加入一些物質(zhì)，稱為添加劑。教材p56相關(guān)內(nèi)容油性添加劑種類添加劑——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添加劑抗氧化添加劑降凝劑增粘劑軟化溫度t/℃

摩擦系數(shù)f含脂肪酸的油非極壓油含脂肪酸和極壓添加劑的油含極壓添加劑的油若潤(rùn)滑油中同時(shí)加入油性添加劑和極壓添加劑，則低溫時(shí)可以靠油性添加劑的油性來(lái)獲得減摩性，高溫時(shí)則靠極壓添加劑的化學(xué)反應(yīng)膜來(lái)得到良好的減摩性3.

固體潤(rùn)滑劑聚氟乙烯樹(shù)脂用于潤(rùn)滑油不能勝任工作的場(chǎng)合：高溫、低速重載。石墨二流化鉬（MoS2）——性能穩(wěn)定，t>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

(-60~300℃)，但遇水性能下降?！Σ料禂?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)用日漸廣泛長(zhǎng)江大學(xué)專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潤(rùn)滑油潤(rùn)滑在工程中的應(yīng)用最普遍，其供油方式有：三、潤(rùn)滑方法潤(rùn)滑方式

人工給油

油