摩擦磨損及潤滑概述+

摩擦磨損及潤滑概述+第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日▲

“機(jī)械說”

——摩擦原因是表面微凸體的相互阻礙作用▲

“分子說”

——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”兩種作用均有

§4、5-1摩擦摩擦學(xué)——研究相對運(yùn)動的作用表面間的摩擦、磨損和潤滑，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。

摩擦——相對運(yùn)動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日二、摩擦的分類內(nèi)摩擦——在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對運(yùn)動的現(xiàn)象。外摩擦——在相對運(yùn)動的物體表面間發(fā)生的相互阻礙作用現(xiàn)象。靜摩擦——僅有相對運(yùn)動趨勢時的摩擦。動摩擦——在相對運(yùn)動進(jìn)行中的摩擦。滑動摩擦——物體表面間的運(yùn)動形式是相對滑動。滾動摩擦——物體表面間的運(yùn)動形式是相對滾動。第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制1.干摩擦兩零件表面直接接觸后，因為微觀局部壓力高而形成許多冷焊點，運(yùn)動時被剪切。不允許出現(xiàn)干摩擦！2.邊界摩擦三、滑動摩擦狀態(tài)功耗↑磨損↑溫度↑燒毀軸瓦運(yùn)動副表面有一層厚度<1μm的薄油膜，不足以將兩金屬表面完全分開，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，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≈0.001~0.01vvv第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日潘存云教授研制潘存云教授研制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磷枇?，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)。

fηn/po邊界摩擦混合摩擦液體摩擦摩擦特性曲線稱無量綱參數(shù)ηn/p為軸承特性數(shù)。

η-動力粘度，p-壓強(qiáng)，n-每秒轉(zhuǎn)數(shù)邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。摩擦學(xué)研究的最新進(jìn)展：微－納米摩擦學(xué)理論可實現(xiàn)：f≤0.001

——超潤滑摩擦狀態(tài)。第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日機(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間劇烈磨損階段穩(wěn)定磨損階段§4、5-2磨損磨損過程大致如圖所示：▲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過程▲穩(wěn)定磨損階段——零件在平穩(wěn)而緩慢的速度下磨損它標(biāo)志著磨擦條件相對穩(wěn)定。▲劇烈磨損階段——在經(jīng)過穩(wěn)定磨損階段后，零件表面遭到破壞，運(yùn)動副間隙增大引起而外的動載荷和振動。零件即將進(jìn)入報廢階段后果—降低機(jī)器的效率和可靠性，甚至促使機(jī)器提前報廢。設(shè)計機(jī)器時，要求縮短磨合期、延長穩(wěn)定期、推遲劇烈磨損期的到來。它是磨損的不穩(wěn)定階段，在整個壽命周期內(nèi)時間很短。第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日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磨損磨損類型按磨損機(jī)理分按磨損表面外觀可分為點蝕磨損膠合磨損擦傷磨損兩種不同的稱謂第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日磨損的機(jī)理磨粒磨損疲勞磨損粘附磨損沖蝕磨損腐蝕磨損微動磨損磨損類型：磨粒磨損——也簡稱磨損，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被移去的材料，一部分流動到溝紋兩旁，一部分則形成一連串的碎片脫落下來成為新的游離顆粒，這樣的微粒切削過程就叫磨粒磨損。潘存云教授研制第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日磨損的機(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處由于瞬時的溫升和壓力發(fā)生“冷焊”后，在相對運(yùn)動時，材料從一個表面遷移到另一個表面，便形成粘附磨損。嚴(yán)重的粘附磨損會造成運(yùn)動副咬死。潘存云教授研制第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日磨損的機(jī)理：磨粒磨損疲勞磨損粘附磨損沖蝕磨損腐蝕磨損微動磨損磨損類型：疲勞磨損——也稱點蝕，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。點蝕過程：

產(chǎn)生初始疲勞裂紋→擴(kuò)展→微粒脫落，形成點蝕坑。

潘存云教授研制第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日磨損的機(jī)理：磨粒磨損疲勞磨損粘附磨損沖蝕磨損腐蝕磨損微動磨損磨損類型：沖蝕磨損—流動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，管道內(nèi)壁所產(chǎn)生的機(jī)械磨損是實例之一。。近年來，由于燃?xì)鉁u輪機(jī)的葉片、火箭發(fā)動機(jī)的尾噴管這樣一些部位的破壞，才引起人們對這種磨損形式的特別注意潘存云教授研制第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日磨損的機(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，在摩擦副相對運(yùn)動時所產(chǎn)生的磨損即為腐蝕磨損。第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日磨損的機(jī)理：磨粒磨損疲勞磨損粘附磨損沖蝕磨損腐蝕磨損微動磨損磨損類型：微動磨損—是指摩擦副在微幅運(yùn)動時，由上述各磨損機(jī)理共同形成的復(fù)合磨損。微幅運(yùn)動可理解為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對運(yùn)動。應(yīng)用實例：軸與孔的過盈配合面、滾動軸承套圈的配合面、旋合螺紋的工作面、鉚釘?shù)墓ぷ髅娴?。第十三頁，共三十五頁?022年，8月28日一、潤滑劑作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。分類液體潤滑劑——潤滑油半固體潤滑劑——潤滑脂固體潤滑劑1.潤滑油礦物油來源充足、成本低廉、穩(wěn)定性好、因而應(yīng)用最廣。種類：氣體潤滑劑——空氣有機(jī)油——動、植物油礦物油——石油產(chǎn)品，

化學(xué)合成油§4、5-3潤滑第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日潘存云教授研制A在軸承中，潤滑油最重要的物理參數(shù)是粘度，它是選擇潤滑油的主要依據(jù)。粘度表征液體流動的內(nèi)摩擦特性。A、B兩板之間充滿了液體，B板靜止，A板水平移動速度為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的切應(yīng)力：τ=ηdudy流體中任意點處的切應(yīng)力與該處的速度梯度成正比。η——液體的動力粘度，簡稱粘度量綱：力·時間/長度2單位為Pa·s，稱為泊?；蚶宀矗?P=1dyn·s/cm2實驗結(jié)果：oxyydydu分析位置y處薄層的受力B粘度——液體重要指標(biāo)，粘度值越高，油越稠，反之越稀；

粘度的種類動力粘度運(yùn)動粘度條件粘度(1)動力粘度——牛頓液體流動定律1泊=100厘泊第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日工程中常用運(yùn)動粘度ν

=ηρ

單位：

m2

/

s在制中稱為斯St：cm2/s或厘斯cSt：1St=100cSt(2)運(yùn)動粘度潘存云教授研制表4-1常用潤滑油的主要性質(zhì)名稱全損耗系統(tǒng)用油GB443-89汽輪機(jī)油GB11120-89代號40℃的粘度/(mm2/s)L-AN76.12~7.48-10110凝點≤℃閃點(開式)≥℃用于高速低負(fù)荷機(jī)械、精密機(jī)床、紡織紗錠的潤滑和冷卻普通機(jī)床的液壓油。用于一般滑動軸承、齒輪、蝸輪的潤滑用于重型機(jī)床導(dǎo)軌、礦山機(jī)械的潤滑用于汽輪機(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主要用途第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日(3)條件粘度指在一定條件下，利用某種規(guī)格的粘度計，通過測定潤滑油穿過規(guī)定孔道的時間來進(jìn)行度量的粘度。常用的有：恩氏度（?

Et）——中國慣用賽氏通用秒（SUS）——美國慣用雷氏秒——英國慣用運(yùn)動粘度與條件粘度之間的換算關(guān)系：潤滑油的牌號與運(yùn)動粘度有一定的對應(yīng)關(guān)系，如牌號為L-AN10的油在40℃時的運(yùn)動粘度大約為10cSt。第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日潘存云教授研制潤滑油的特性：(1)粘——溫相關(guān)性溫度t

↑壓力p

↑

η↓ 但p<10MPa時可忽略。變化很小

η↑ 粘—溫圖0.080.070.060.050.040.030.020.0130405060708090℃ηL-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32選用原則：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。粘度值的大小不僅影響摩擦副的運(yùn)動阻力，而且對潤滑油膜的形成及承載能力具有決定性的作用。第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日（2）潤滑性（油性）潤滑性是指潤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。潤滑性愈好，吸附能力愈強(qiáng)。對于那些低速重載或潤滑不充分的場合，潤滑性具有特別重要的意義。（3）極壓性潤滑性能是潤滑油中加入含硫、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，可改善邊界潤滑性能。（4）閃點潤滑油在標(biāo)準(zhǔn)容器中加熱所蒸發(fā)的油氣，遇火焰即能發(fā)出閃光時的最低溫度，是衡量油易燃性的指標(biāo)。對于在高溫下工作的機(jī)器，這是一個重要參數(shù)。一般要求工作溫度比油的閃點低30~40℃

。第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日（5）凝點潤滑油在規(guī)定的條件下，不再自由流動時所達(dá)到的最高溫度。它是潤滑油在低溫下工作的一個重要指標(biāo)，直接影響到機(jī)器在低溫下的啟動性能和磨損情況。（6）氧化穩(wěn)定性從化學(xué)意義上講，潤滑油是不活潑的。但當(dāng)它們暴露在高溫氣體中時，也會發(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.潤滑脂潤滑油與各種稠化劑（鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂）混合稠化而成。優(yōu)點：密封簡單，不需要經(jīng)常添加，不易流失，對速度和溫度不敏感，適用范圍廣。第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日缺點：摩擦損耗較大、機(jī)械效率低，不適宜高速場合。潤滑脂的種類：鈉基潤滑脂鋰基潤滑脂鋁基潤滑脂鈣基潤滑脂分類(1)鈣基潤滑脂這種潤滑脂具有良好的抗水性，但耐熱能力差，工作溫度不宜超過55~65℃

。(2)鈉基潤滑脂這種潤滑脂具有較高的耐熱性，但抗水性較差，工作溫度可達(dá)120℃

。由于它能與少量水乳化，從而保護(hù)金屬免遭腐蝕，比鈣基脂有更好的防銹能力?！こ躺蠎?yīng)用最廣第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日(3)鋰基潤滑脂這種潤滑脂既能抗水，又耐高溫，而且有較好的機(jī)械安定型，是一種多用途的潤滑值。工作溫度不宜超過145℃

。(4)鋁基潤滑脂這種潤滑脂具有良好的抗水性，對金屬表面有高的吸附能力，故可起到良好的防銹作用。潤滑脂的主要質(zhì)量指標(biāo)是：②滴點，決定工作溫度。①錐入度，反映其稠度大小。第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.

固體潤滑劑聚氟乙烯樹脂用于潤滑油不能勝任工作的場合：高溫、低速重載。石墨二流化鉬（MoS2）——性能穩(wěn)定，t>350℃才開始氧化，可在水中工作?！Σ料禂?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)用日漸廣泛第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潤滑油潤滑在工程中的應(yīng)用最普遍，其供油方式有：二、潤滑方法潤滑方式人工給油油杯滴油浸油潤滑、飛濺給油用油泵強(qiáng)制潤滑和冷卻低速傳動高速傳動甩油環(huán)噴油潤滑油泵冷卻器滴油潤滑浸油潤滑飛濺潤滑第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制針閥式油杯旋蓋式油杯脂用潘存云教授研制壓注式油杯彈簧蓋油杯三、潤滑裝置1.油杯第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日潘存云教授研制潘存云教授研制2.油環(huán)第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制四、流體動力潤滑F(xiàn)FFF先分析平行板的情況。板B靜止，板A以速度向左運(yùn)動，板間充滿潤滑油，無載荷時，液體各層的速度呈三角形分布，近油量與處油量相等，板A不會下沉。但若板A有載荷時，油向兩邊擠出，板A逐漸下沉，直到與B板接觸。

v

F流體動力潤滑是指兩個作相對運(yùn)動物體的摩擦表面，借助于相對速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷。動壓油膜——因運(yùn)動而產(chǎn)生的壓力油膜。

v

vvh1aah2ccvv兩平形板之間不能形成壓力油膜！如兩板不平行板。板間間隙呈沿運(yùn)動方向由大到小呈收斂楔形分布，且板A有載荷，當(dāng)板A運(yùn)動時，兩端速度若程虛線分布，則必然進(jìn)油多而出油少。由于液體實際上是不可壓縮的，必將在板內(nèi)擠壓而形成壓力，迫使進(jìn)油端的速度往內(nèi)凹，而出油端的速度往外鼓。進(jìn)油端間隙大而速度曲線內(nèi)凹，出油端間隙小而速度曲線外凸，進(jìn)出油量相等，同時間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡，板A不會下沉。這說明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜。這種因運(yùn)動而產(chǎn)生的壓力油膜稱為動壓油膜。各截面的速度圖不一樣，從凹三角形過渡到凸三角形，中間必有一個位置呈三角形分布。Fpmax第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日潘存云教授研制F形成動壓油膜的必要條件：1.兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；2.兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤滑油或其它液體；3.兩工件表面必須有相對滑動速度。其運(yùn)動方向必須保證潤滑油從大截面流進(jìn)，從小截面流出來?！?/p>

Fy=F∑

Fx≠0∑

Fy=F∑

Fx=0應(yīng)用實例——向心滑動軸承動壓油膜的形成過程：靜止爬升將軸起抬轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高質(zhì)心左移穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速e——偏心距。e第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日五、彈性流體動力潤滑

彈性流體動力潤滑理論——研究在點、線接觸條件下，兩彈性物體間的流體動力潤滑膜的力學(xué)性質(zhì)。求解油膜壓力分布、潤滑膜厚度分布等問題▲在油膜壓力下，摩擦表面的變形的彈性方程▲表述潤滑劑粘度與壓力間關(guān)系的粘壓方程▲流體動力潤滑的主要方程流體動力潤滑理論的前提適應(yīng)于低副中兩零件之間的潤滑問題。潤滑劑粘度不隨壓力變化零件摩擦表面為剛體第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日潘存云教授研制潘存云教授研制依靠潤滑劑的粘附作用，兩圓柱體相互滾動時將潤滑劑帶入間隙。由于接觸壓力較高使接觸面發(fā)生局部變形，接觸面積增大，并形成了一個平行縫隙，在出油口處的接觸面邊緣出現(xiàn)了使間隙變小的突出部分，稱為縮頸現(xiàn)象，此處形成了最小油膜厚度，出現(xiàn)了第二個峰值壓力。V2V1V1V2FV1V2F赫茲接觸區(qū)hminh0第二個峰值壓力彈性流體動力潤滑的機(jī)理：與干摩擦進(jìn)行對比分析V1V2FF干摩擦接觸赫茲接觸區(qū)第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制節(jié)流器節(jié)流器D~工作原理：依靠供油裝置，將