第四章摩擦磨損與潤滑概述

第四章摩擦磨損與潤滑概述第1頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三摩擦是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；磨損是由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；潤滑是減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。關(guān)于摩擦、磨損與潤滑的學(xué)科構(gòu)成了摩擦學(xué)(Tribology)。摩擦學(xué)摩擦學(xué)是研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)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。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，摩擦學(xué)的理論和應(yīng)用必將由宏觀進(jìn)入微觀，由靜態(tài)進(jìn)入動(dòng)態(tài)，由定性進(jìn)入定量，成為系統(tǒng)綜合研究的領(lǐng)域。世界上使用的能源大約有1/3~1/2消耗于摩擦。如果能夠盡力減少無用的摩擦消耗，便可大量節(jié)省能源。另外，機(jī)械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過限度而報(bào)廢和更換的，如果能控制和減少磨損，則既減少設(shè)備維修次數(shù)和費(fèi)用，又能節(jié)省制造零件及其所需材料的費(fèi)用。概述

第2頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三摩擦摩擦1二、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(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。外摩擦：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢時(shí)的摩擦。動(dòng)摩擦：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行中的摩擦。滑動(dòng)摩擦：物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滑動(dòng)。滾動(dòng)摩擦：物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滾動(dòng)。

“機(jī)械說”產(chǎn)生摩擦的原因是表面微凸體的相互阻礙作用；

“分子說”產(chǎn)生摩擦的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。

第3頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三

1785年，法國的庫侖用機(jī)械嚙合概念解釋干摩擦，提出摩擦理論。后來又有人提出分子吸引理論和靜電力學(xué)理論。1935年，英國的鮑登等人開始用材料粘附概念研究干摩擦，1950年，鮑登提出了粘附理論。摩擦2摩擦三、４種滑動(dòng)摩擦狀態(tài)（詳細(xì)介紹）１.干摩擦是指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。２.邊界摩擦是指摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，其摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面的吸附性能時(shí)的摩擦。（詳細(xì)介紹）

第4頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三摩擦3摩擦４．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。３．流體摩擦是指摩擦表面被流體膜隔開，摩擦性質(zhì)取決于流體內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦。流體摩擦?xí)r的摩擦系數(shù)最小，且不會(huì)有磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。邊界摩擦和混合摩擦在工程實(shí)際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于摩擦學(xué)的研究已逐漸深入到微觀研究領(lǐng)域，形成了微－納米摩擦學(xué)理論，引發(fā)出許多新的概念，比如提出了超潤滑的概念等。從理論上講，超潤滑是實(shí)現(xiàn)摩擦系數(shù)為零的摩擦狀態(tài)，但在實(shí)際研究中，一般認(rèn)為摩擦系數(shù)在0.001量級(jí)（或更低）的摩擦狀態(tài)即可認(rèn)為屬于超潤滑。關(guān)于這方面的研究也是目前微－納米摩擦學(xué)研究的一個(gè)重要方面，同學(xué)們應(yīng)對(duì)此給予關(guān)注。

第5頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三磨損是運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦而導(dǎo)致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。磨損會(huì)影響機(jī)器的效率，降低工作的可靠性，甚至促使機(jī)器提前報(bào)廢。磨損1在設(shè)計(jì)或使用機(jī)器時(shí)，應(yīng)該力求縮短磨合期，延長穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損的到來。為此就必須對(duì)形成磨損的機(jī)理有所了解。一個(gè)零件的磨損過程大致可分為三個(gè)階段，即：磨合階段新的零件在開始使用時(shí)一般處于這一階段，磨損率較高。穩(wěn)定磨損階段屬于零件正常工作階段，磨損率穩(wěn)定且較低。劇烈磨損階段屬于零件即將報(bào)廢的階段，磨損率急劇升高。摩擦2對(duì)磨損的研究開展較晚，20世紀(jì)50年代提出粘著理論后，60年代在相繼研制出各種表面分析儀器的基礎(chǔ)上，磨損研究才得以迅速開展。（詳細(xì)介紹）磨損

第6頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三磨損2磨粒磨損也簡稱磨損，是外部進(jìn)入摩擦表面的游離硬顆?；蛴驳妮喞寮馑鸬哪p。沖蝕磨損流體中所夾帶的硬質(zhì)物質(zhì)或顆粒，在流體沖擊力作用下而在摩擦表面引起的磨損。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)。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。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磨損。磨損關(guān)于磨損機(jī)理與分類的見解頗不一致，大體上可概括為：（更多介紹）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。

第7頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三潤滑劑、添加劑和潤滑方法一、潤滑劑潤滑油潤滑脂固體潤滑劑粘度的種類有很多，如：動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、條件粘度等。潤滑脂的主要質(zhì)量指標(biāo)是：錐入度，反映其稠度大小。粘度是潤滑油的主要質(zhì)量指標(biāo)，粘度值越高，油越稠，反之越??；潤滑油的牌號(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-AN10的油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度大約為10cSt。滴點(diǎn)，決定工作溫度。應(yīng)用礦物油作潤滑劑的記載最早見于西晉張華所著《博物志》，書中提到酒泉延壽和高奴有石油，并且用于“膏車及水碓甚佳”。（具體說明）潤滑劑、添加劑和潤滑方法工程中常用運(yùn)動(dòng)粘度，單位是：St(斯)或cSt(厘斯)，量綱為(m2/s)；

：動(dòng)植物油、礦物油、合成油。：潤滑油+稠化劑：石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。第8頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三添加劑提高油性、極壓性延長使用壽命改善物理性能添加劑的作用油性添加劑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添加劑的種類潤滑劑、添加劑和潤滑方法為了提高油的品質(zhì)和性能，常在潤滑油或潤滑脂中加入一些分量雖小但對(duì)潤滑劑性能改善其巨大作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)叫添加劑。二、添加劑

第9頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三潤滑方法潤滑油潤滑在工程中的應(yīng)用最普遍，常用的供油方式有：滴油潤滑、浸油潤滑、飛濺潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑等用于低速用于高速油脂潤滑常用于運(yùn)轉(zhuǎn)速度較低的場合，將潤滑脂涂抹于需潤滑的零件上。潤滑脂還可以用于簡單的密封。潤滑劑、添加劑和潤滑方法三、潤滑方法常用的潤滑裝置浸油與飛濺潤滑噴油潤滑第10頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三流體動(dòng)力潤滑形成的必要條件：楔形空間；相對(duì)運(yùn)動(dòng)（保證流體由大口進(jìn)入）；連續(xù)不斷地供油。流體動(dòng)力潤滑是指兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的摩擦表面，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，由流體膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷。英國的雷諾于1886年繼前人觀察到的流體動(dòng)壓現(xiàn)象，總結(jié)出流體動(dòng)壓潤滑理論。20世紀(jì)50年代普遍應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)之后，線接觸彈性流體動(dòng)壓潤滑的理論開始有所突破。流體潤滑原理簡介一、流體動(dòng)力潤滑流體潤滑1動(dòng)畫

第11頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三流體潤滑２流體潤滑原理簡介二、彈性流體動(dòng)力潤滑彈性流體動(dòng)力潤滑理論是研究在點(diǎn)、線接觸條件下，兩彈性物體間的流體動(dòng)力潤滑膜的力學(xué)性質(zhì)。這時(shí)的計(jì)算必須把在油膜壓力下，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)系的粘壓方程與流體動(dòng)力潤滑的主要方程結(jié)合起來，以求解油膜壓力分布、潤滑膜厚度分布等問題