摩擦磨損及潤滑

摩擦磨損及潤滑第1頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一知識(shí)準(zhǔn)備：摩擦的概念：在正壓力作用下，相互接觸的物體表面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)（或其趨勢(shì)）時(shí)，在接觸表面上就會(huì)產(chǎn)生抵抗運(yùn)動(dòng)的阻力，這一自然現(xiàn)象被稱為摩擦，阻力叫作摩擦力。有摩擦現(xiàn)象存在，就會(huì)有磨損產(chǎn)生。摩擦、磨損既有利也有弊。據(jù)統(tǒng)計(jì)：由摩擦而造成的能量損耗占世界工業(yè)能量消耗的1/3；有80%的零件失效是由磨損而引起的。

★汽車靠摩擦制動(dòng)，皮帶靠摩擦傳動(dòng)，磨床靠磨損加工。

★各運(yùn)動(dòng)副間又因摩擦而損耗功率。第2頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一摩擦不利方面：消耗能量，轉(zhuǎn)化為熱能，引起溫升有利方面：可用于傳遞運(yùn)動(dòng)或制動(dòng)磨損不利方面：尺寸變化，精度喪失，甚至報(bào)廢有利方面：可用于新機(jī)器的跑合成形，使成為一種加工手段(如研磨,磨削加工)控制摩擦、磨損不利方面的有效手段研究相互接觸表面之間摩擦，磨損，潤滑機(jī)理的一門學(xué)科潤滑摩擦學(xué)第3頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一摩擦分類靜摩擦動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦（彈性流體動(dòng)力潤滑）干摩擦邊界摩擦（邊界潤滑）混合摩擦（混合潤滑）流體摩擦（流體潤滑）§4－1摩擦第4頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一一．干摩擦（最差狀態(tài)）特點(diǎn)：f很大，磨損很嚴(yán)重，應(yīng)力求避免機(jī)理：1．機(jī)械摩擦嚙合理論Ff=f*Fn式中：Ff

——摩擦力;f——摩擦系數(shù);Fn

——法向載荷公式表明：(1)Ff與Fn成正比；(2)動(dòng)摩擦系數(shù)的大小與相對(duì)滑動(dòng)速度無關(guān)；(3)摩擦力的大小與名義接觸面積的大小無關(guān)。定義：兩摩擦表面間無任何潤滑劑或保護(hù)膜的純金屬接觸時(shí)的摩擦。FnFn第5頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一2．粘附理論A·簡單粘附理論：1945年由鮑登等人提出，認(rèn)為接觸面積并非公稱接觸面積A0，而是由一些表面輪廓峰相接觸所形成的接觸斑點(diǎn)的微面積的總和（真實(shí)接觸面積Ar）。由于Ar很小，輪廓峰接觸區(qū)壓力很高，產(chǎn)生塑性變形，發(fā)生粘附現(xiàn)象，形成冷焊結(jié)點(diǎn)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，冷焊結(jié)點(diǎn)被割開。第6頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一限較軟材料的剪切強(qiáng)度極—較軟材料壓縮屈服極限—真實(shí)接觸面積—式中：BsyrAts說明計(jì)算公式第7頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一簡單的粘附理論認(rèn)為：真實(shí)的接觸面積Ar決定于軟金屬的壓縮屈服極限和法向載荷Fn，由于大多數(shù)金屬的τB/σSy的比值較接近，所以其摩擦系數(shù)相差很小，這在常規(guī)環(huán)境下，因?yàn)樵诮缑嫔细采w有一層氧化膜或污染膜，對(duì)于靜態(tài)接觸，大體是正確的。但對(duì)于處于真空中的潔凈金屬發(fā)生摩擦?xí)r不適用，真空中的f值比常規(guī)環(huán)境下的大得多。因此鮑登等人于1964年又提出了更切合實(shí)際的修正粘附理論。第8頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一B·修正粘附理論：Ari+ΔA

riτ=0→τB在Fn產(chǎn)生的σy和Ff產(chǎn)生的τ的聯(lián)合作用下，使結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生塑性流動(dòng)，Ar增加，結(jié)點(diǎn)增長，摩擦系數(shù)f增大第9頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)算公式說明式中：τBj為界面的剪切強(qiáng)度極限σ’Sy為較軟基體材料的壓縮屈服極限●應(yīng)用：爬行現(xiàn)象第10頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一定義：當(dāng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較小時(shí)，兩表面的摩擦力在

靜、動(dòng)摩擦力之間反復(fù)變化的現(xiàn)象稱為爬行

原因：粘附理論（即凸峰粘著彈性變形剪斷反復(fù)變化）后果：造成機(jī)器運(yùn)動(dòng)不規(guī)則沖擊、振動(dòng)措施：提高表面質(zhì)量，改善潤滑條件vFnFn第11頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一

問題：爬行現(xiàn)象是怎樣產(chǎn)生的？爬行曲線第12頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一二．邊界摩擦（邊界潤滑：最低要求）定義：當(dāng)金屬表面間存在一層極厚的的邊界油膜時(shí)的摩擦特點(diǎn)：ｆ較小，磨損較小，壽命有所提高。機(jī)理：邊界膜可分三種第13頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一1．物理吸附膜：潤滑劑中脂肪酸的極性分子牢固的吸附在金屬表面上應(yīng)用場(chǎng)合：常溫（≤70℃）、輕載、低速2．化學(xué)吸附膜：潤滑劑中分子受化學(xué)鍵的作用而貼附在金屬表面上應(yīng)用場(chǎng)合：中等載、中速、中溫度（≤120℃）3．化學(xué)反應(yīng)膜：s、p、cl等與金屬化學(xué)反應(yīng)在油與金屬界面處形成薄膜應(yīng)用場(chǎng)合：重載、高速、高溫（150℃～200℃）第14頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一★提高邊界油膜強(qiáng)度的主要措施：1．合理選配材料；2．降低粗糙度；3．合理采用添加劑。第15頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一三．流體摩擦（流體潤滑：最理想的狀態(tài)）定義：兩表面完全分開，形成液體與液體之間的摩擦特點(diǎn)：ｆ很小，一般f=0.001~0.008，第16頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一四．混合摩擦（混合潤滑：最常見的狀態(tài)）定義：介于邊界摩擦和液體摩擦之間特點(diǎn)：f較小，介于邊界摩擦和液體摩擦之間一般f=0.001~0.01問題：滑動(dòng)摩擦一般分為哪四種狀態(tài)？哪種最理想？第17頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一一．磨損過程:

(分三個(gè)階段)§4-２磨損第18頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一★★★設(shè)計(jì)或使用機(jī)器的原則：力求縮短磨合期，延長穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損到來。Ⅰ跑合磨損(磨合)階段Ⅱ穩(wěn)定磨損階段Ⅲ劇烈磨損階段說明第19頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一2．表面疲勞磨損原因：Ｈ的反復(fù)作用現(xiàn)象：金屬表面產(chǎn)生麻點(diǎn)、麻坑，又叫點(diǎn)蝕措施：提高[σ]H；提高表面質(zhì)量；提高硬度；提高潤滑油的黏度、加入極壓添加劑。二．磨損機(jī)理（或分類）主要四種基本類型1．粘附磨損原因：輪廓峰塑變成冷焊結(jié)點(diǎn)而粘著現(xiàn)象：輕微磨損、涂抹、劃傷、撕脫、咬死措施：限制溫度、壓力；選擇合適的潤滑劑、添加劑；摩擦副的材料；提高表面質(zhì)量、跑合。第20頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一3．磨粒磨損原因：灰塵、雜質(zhì)等硬顆?，F(xiàn)象：較軟表面的溝紋4．其它類型：◎腐蝕磨損；◎微動(dòng)磨損；◎流體磨粒磨損和流體侵蝕磨損。

措施：提高表面質(zhì)量與硬度；提高潤滑油的清潔度小結(jié)磨損的類型隨工作條件的改變而轉(zhuǎn)化，實(shí)際上大多數(shù)的磨損是上述磨損型式的復(fù)合型式。如微動(dòng)磨損就是典型的復(fù)合磨損，粘附磨損與疲勞磨損而產(chǎn)生的顆粒會(huì)引起磨粒磨損。第21頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一一．概述A．潤滑的作用：1．降低摩擦、磨損2．防銹3．冷卻4．緩沖吸振5．密封§4-３潤滑第22頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一B．潤滑劑的種類：主要有四大類1．液體潤滑劑：各種潤滑油（植物油、動(dòng)物油、礦物油、合成油）2．半固體潤滑劑：各種潤滑脂3．固體潤滑劑：石墨、二硫化鉬4．氣體潤滑劑：各種氣體（空氣、CO2）第23頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一C．潤滑劑的主要指標(biāo)1．潤滑油的粘度(1)分類∶主要分為三類Ⅰ．動(dòng)力粘度η第24頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一動(dòng)力粘度η：牛頓的粘性定律式中：τ——油層之間的剪應(yīng)力——油層沿y方向的速度梯度v——油層速度 “-”——表示v隨y增大而減小η——?jiǎng)恿φ扯葒H單位：

pa·s(帕·秒)，物理單位：p(泊)，cp(厘泊)，1pa·s=10p=1000cp第25頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一Ⅱ．運(yùn)動(dòng)粘度ν：

●物理單位：st(斯)cst(厘斯)●潤滑油的牌號(hào)：

舊標(biāo)準(zhǔn)：GB443—64規(guī)定，以50oC或100oC的運(yùn)動(dòng)粘度的中心值劃分等級(jí)，確定牌號(hào)。

新標(biāo)準(zhǔn)：GB3141—82規(guī)定，以40oC的運(yùn)動(dòng)粘度中心值分級(jí)例：32號(hào)潤滑油的含義如何？Ⅲ．條件粘度(恩氏度oEt)第26頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一式中：α—粘度系數(shù)，pa-1；

p—壓強(qiáng)，pa；

ηo—大氣壓下油的粘度，pa·s；

e—自然對(duì)數(shù)的底，e=2.718；

ηp—壓力p下的粘度，pa·s；(2)粘度的影響因素：主要有二個(gè)◎溫度的影響：隨溫度增加而減??；粘度指數(shù)VI越大，粘度隨溫度變化小。粘溫效應(yīng)◎壓力的影響：當(dāng)p≥20Mpa時(shí)，隨壓力增加而增大壓粘效應(yīng)2．潤滑油的油性及極壓性3．其他指標(biāo)：油：凝點(diǎn)、閃點(diǎn)；脂：滴點(diǎn)、針入度第27頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一D．添加劑（極壓、油性、分散、消泡、降凝劑）等E．潤滑劑的選擇：P48～50F．潤滑方法：P51～52第28頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一二．流體潤滑簡介分類流體靜壓潤滑：原理、計(jì)算簡單但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高流體動(dòng)壓潤滑：原理、計(jì)算復(fù)雜但結(jié)構(gòu)簡單1．流體動(dòng)壓潤滑針對(duì)低副運(yùn)動(dòng)表面定義：依靠摩擦副的兩運(yùn)動(dòng)表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，把油帶入兩表面間，形成具有足夠壓力的油膜，從而將兩表面分開。第29頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一如圖所示兩運(yùn)動(dòng)平板第30頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一假設(shè)：

①流體不可壓縮②流體沿χ向作層流運(yùn)動(dòng)1·a圖：tt出口流量進(jìn)口流量=兩平行板內(nèi)部由于各垂直截面處的流量皆相等，潤滑油雖能維持連續(xù)流動(dòng)，但油膜對(duì)外載荷并無承載能力。分析第31頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一建立條件：兩表面形成收斂油楔；潤滑油有一定的黏度，且供油充分；兩表面有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度且使?jié)櫥蛷拇罂谶M(jìn)小口出。tt出口流量進(jìn)口流量>2·b圖：兩形成收斂的楔形的板內(nèi)部由于進(jìn)入油量大于流出的油量，油必將由進(jìn)口a和出口c兩處的截面被擠出，內(nèi)部就產(chǎn)生了一定的壓力，這種有一定粘性的流體流入楔形收斂間隙而產(chǎn)生壓力的效應(yīng)叫流體動(dòng)力潤滑的楔效應(yīng)。第32頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一v1v2收斂油楔2．彈性流體動(dòng)力潤滑—針對(duì)高副運(yùn)動(dòng)表面第33頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一★★必須考慮以下兩個(gè)方面：①彈性體的彈性變形②高壓下油的粘度變化★★油膜形狀特點(diǎn)：

①高壓接觸區(qū)，膜厚相同為ho②油膜出口處有縮頸，產(chǎn)生hmin（壓力有突變）★★油壓分布特點(diǎn)：

①高壓接觸區(qū)，壓力分布同赫茲應(yīng)力②縮頸處產(chǎn)生很大的壓力高峰第34頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一3.潤滑狀態(tài)圖v1v2收斂油楔七個(gè)影響因素：1·最小油膜厚度hmin2·單位寬載荷w=F/B3·卷油速度u=(v1+v2)/24·粘度05·粘壓系數(shù)6·綜合曲率半徑

=12/(12)7·綜合彈性模量第35頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一道森無量綱參數(shù)群：

速度參數(shù)載荷參數(shù)材料參數(shù)膜厚參數(shù)第36頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一馬丁方程：H=4.9U/W，剛性等粘度，高速輕載布洛克方程：H=1.66(G·U)2/3，剛性等粘度，中載道森方程：H=2.56G0.54U0.7W-0.13，

彈性變粘度，重載赫里布勒方程：H=3.01U0.6W-0.2，彈性等粘度，低速重載第37頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第38頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一式中λ—膜厚比

Rq—接觸表面輪廓的均方根偏差

Rq≈(1.20~1.25)Ra一般認(rèn)為λ≤1邊界潤滑狀態(tài)

1<λ<3混合潤滑狀態(tài)

λ>3流體潤滑狀態(tài)4．膜厚比和潤滑狀態(tài)第39頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一1.根據(jù)摩擦面存在潤滑劑的情況，滑動(dòng)摩擦可分為_____