第三章-摩擦學(xué)設(shè)計課件

一組重要的調(diào)查數(shù)據(jù)全世界工業(yè)能源的1/3被摩擦損耗掉失效零件的80%是由于磨損造成的20世紀(jì)80年代，我國在冶金、煤炭、農(nóng)機等五個行業(yè)的調(diào)查表明：由于磨粒磨損縮小好的備件用鋼材達(dá)到100萬噸以上，如考慮停機等費用造成的損失每年達(dá)到幾億元。摩擦學(xué)發(fā)展的重要歷史階段史前人類的鉆木取火祖先們在春秋時代（公元前770~221年）對摩擦、磨損現(xiàn)象有了一定的了解，并且已經(jīng)知道采用動物油脂進(jìn)行潤滑——詩經(jīng)中相關(guān)的記載西晉時代張華所著《博物志》最早記載了人類使用礦物油做潤滑劑15世紀(jì)，意大利的列奧納多·達(dá)芬奇才開始把摩擦學(xué)引入理論研究的途徑

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)成為一門獨立的交叉學(xué)科應(yīng)用及研究的領(lǐng)域不斷擴大：機械、冶金、生物、地質(zhì)、音樂、體育等

第三章摩擦學(xué)設(shè)計及其應(yīng)用

——滑動軸承設(shè)計3-1摩擦學(xué)基本知識簡介3-2滑動軸承的結(jié)構(gòu)與材料3-3不完全液體潤滑滑動軸承設(shè)計計算3-4液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計計算小結(jié)：滑動軸承設(shè)計的內(nèi)容3-1摩擦學(xué)基本知識一.摩擦定義摩擦的類型：干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦和混合摩擦摩擦狀態(tài)的判定：表3-1、圖3-2二.磨損定義磨損的過程：圖3-3磨損的類型：粘著磨損、磨粒磨損、表面疲勞磨損、摩擦化學(xué)磨損改善摩擦副耐磨性能的措施

選擇減磨材料、合理選擇潤滑劑和添加劑、控制易損件的工作條件三.潤滑三.潤滑目的潤滑劑分類氣體：空氣及其它氣體介質(zhì)。液體：水、礦物油及液態(tài)金屬等。半固體：潤滑脂固體：石墨、二硫化鉬等主要性能指標(biāo)潤滑油、潤滑脂1、對于不完全液體潤滑----降低摩擦及減少磨損；2、對于液體動力潤滑----工作介質(zhì)并具有冷卻作用。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模型牛頓定律剪切應(yīng)力動力粘度速度梯度2.運動粘度：主要用于測量流體粘度。m2/s1.動力粘度：主要用于流體動力計算中。Pa·s3.兩種粘度之間的換算關(guān)系：礦物有的密度kg/m34.潤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（3-7）一般在5MPa之下影響不大。圖3-7全損耗系統(tǒng)用油的粘--溫曲線5.其它性能指標(biāo)：油性、極壓性、氧化穩(wěn)定性、閃點、凝固點等。針入度（稠度）標(biāo)志著潤滑脂內(nèi)阻力的大小和流動性的強弱。針入度越大，潤滑脂越??；反之亦然。滴點在規(guī)定的加熱條件下，潤滑脂由標(biāo)準(zhǔn)測量杯的孔口滴下第一滴時的溫度稱為潤滑脂的滴點。滴點標(biāo)志著潤滑脂耐高溫的能力。一般潤滑脂的工作溫度應(yīng)低于滴點20-30C。

為改善潤滑油或潤滑脂的性能，以適應(yīng)某些特殊的需要，在潤滑油或潤滑脂中加入一些物質(zhì)，稱為添加劑。自學(xué)教材p70—p71相關(guān)內(nèi)容3-2滑動軸承的結(jié)構(gòu)與材料一.滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)（p471-15.3.1）整體式（圖15-16）、剖分式（圖15-17）二.軸瓦的結(jié)構(gòu)與材料二.軸瓦的結(jié)構(gòu)與材料1.軸瓦的結(jié)構(gòu)軸瓦的形式和構(gòu)造--整體鑄造、對開式油孔及油槽（p476，圖15-27、15-28）軸瓦的定位--保證軸瓦與軸承座之間無軸向、周向的相對移動（圖15-28）2.軸瓦的材料選用原則常用的軸瓦材料（p75，表3-3）油孔與油槽的位置不要開在軸承的承載區(qū)內(nèi)，否則將急劇降低軸承的承載能力（圖15-30）油槽的剖面形狀應(yīng)避免邊緣有銳邊或棱角，保證潤滑油能順暢地流入潤滑表面之間。油槽的尺寸可查相關(guān)的手冊。2.軸承材料的選用原則滑動軸承的失效形式磨粒磨損刮傷咬粘（膠合）疲勞剝落腐蝕對材料性能的要求良好的減摩性、耐磨性和抗咬粘性良好的摩擦順應(yīng)性、嵌入性和磨合性足夠的強度和抗腐蝕能力良好的導(dǎo)熱性、工藝性和經(jīng)濟性等3-3不完全液體潤滑滑動軸承

設(shè)計計算一.失效形式磨粒磨損與粘著磨損為主、多種失效形式并存的情況二.設(shè)計準(zhǔn)則邊界膜不遭破壞，維持粗糙表面微腔內(nèi)有液體潤滑存在三.徑向滑動軸承的計算四.推力滑動軸承的設(shè)計計算（自學(xué)）三.不完全液體潤滑徑向滑動軸承設(shè)計算典型問題1.已知條件：軸頸的直徑d（mm）；軸轉(zhuǎn)速n（r/min）；軸承的徑向外載荷F（N）。2.設(shè)計的目的：確定軸承的材料與寬度B1）驗算軸承的平均壓力p--防止磨損式（3-13）2）驗算軸承的pV值--限制溫升式（3-14）3）驗算滑動速度V--防止磨損式（3-15）見表3-33-4液體動力潤滑徑向滑動軸承的

設(shè)計計算一.徑向滑動軸承形成液體動力潤滑的過程

（圖3-12）二.形成液體動力潤滑的條件和基本方程三.徑向滑動軸承的幾何參數(shù)四.液體動力潤滑徑向滑動軸承的工作能力計算五.軸承參數(shù)的選擇二.流體膜壓力分布的微分方程----雷諾方程1.假設(shè)條件：y1）忽略重力、磁力、慣性力的影響；2）流體在界面上無滑動，即貼于界面的油層速度與界面速度相同；3）沿油膜厚度方向上，不計油膜壓力的變化；4）潤滑油沿膜厚方向沒有流動；5）流體為牛頓流體；6）潤滑油流動為層流；7）潤滑油不可壓縮。2.一維雷諾方程根據(jù)層流運動的流體膜中一微元體的受力平衡、流量連續(xù)的分析，并利用假設(shè)條件及必要的邊界條件，可得到如下的流體膜壓力分布方程，即：一維雷諾方程。式（12-8）3.形成液體動力潤滑的條件（圖4-17）1）潤滑油要有一定的粘度，且其它條件不變時，粘度越高，承載能力越高。2）兩相對運動表面要有相當(dāng)?shù)南鄬瑒铀俣取?）相對滑動表面形成收斂的油楔。4）有充足的供油。最大壓力處對應(yīng)的油膜厚度。三.徑向滑動軸承的幾何參數(shù)1.直徑間隙2.半徑間隙3.相對間隙4.偏心距5.偏心率6.最小油膜厚度7.偏位角8.任意位置的油膜厚度h空氣潤滑油油楔油膜壓力四.液體動力潤滑徑向滑動軸承的工作能力計算1.軸承承載力計算2.摩擦力及摩擦功耗的計算3.軸承的最小油膜厚度4.軸承的熱平衡計算5.工作能力計算的一般步驟

圖3-18數(shù)值計算機算方法見p81-821.軸承的承載力計算總承載量計算的無量綱參數(shù)----索氏數(shù)定義：式（3-25）圖3-15其中：為潤滑油在軸承平均工作溫度下的動力粘度，N·s/m2為軸頸的轉(zhuǎn)速，rad/sB為軸承的寬度，m；d為軸頸的直徑，m。2.軸承的摩擦力及摩擦功耗計算定義：軸承的摩擦特性系數(shù)圖3-16摩擦力：摩擦功耗：3.軸承中的最小油膜厚度計算

軸承中的最小油膜厚度，不能無限制地減小。它受到軸頸與軸承內(nèi)表面的粗糙度、軸的剛性及軸承與軸頸的幾何形狀誤差等的影響。式（3-35）式（3-34）表3-5安全系數(shù)4.軸承熱平衡計算根據(jù)能量守恒：每秒產(chǎn)生的熱量帶走熱量達(dá)到熱平衡時的潤滑油溫度差式(12-28)為保證軸承的正常工作，一般要求等效溫度不超過75℃。流量系數(shù)，圖3-17等效溫度：入口油溫tin一般為30~45°C高速重載條件：式（3-33）式（3-32）中等載荷和一切非穩(wěn)定載荷下：五.軸