江蘇大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)第4章摩擦、磨損及潤(rùn)滑

江蘇大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)第4章摩擦、磨損及潤(rùn)滑CATALOGUE目錄引言摩擦基本原理磨損類(lèi)型與機(jī)理潤(rùn)滑原理及作用機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損與潤(rùn)滑問(wèn)題實(shí)驗(yàn)與案例分析總結(jié)與展望01引言摩擦、磨損是機(jī)械運(yùn)動(dòng)中普遍存在的現(xiàn)象，直接影響機(jī)械零件的工作性能和壽命。潤(rùn)滑是減小摩擦、降低磨損的有效手段，對(duì)于提高機(jī)械效率和延長(zhǎng)機(jī)械壽命具有重要意義。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，必須充分考慮摩擦、磨損及潤(rùn)滑的影響，合理選擇材料和潤(rùn)滑方式，以確保機(jī)械系統(tǒng)的正常運(yùn)行。摩擦、磨損及潤(rùn)滑在機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要性010204本章學(xué)習(xí)目標(biāo)和要求掌握摩擦、磨損的基本概念、分類(lèi)及影響因素。了解常用潤(rùn)滑劑的種類(lèi)、性能及選用原則。理解潤(rùn)滑系統(tǒng)的工作原理、設(shè)計(jì)要求及維護(hù)方法。能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決機(jī)械設(shè)計(jì)中與摩擦、磨損及潤(rùn)滑相關(guān)的問(wèn)題。0302摩擦基本原理摩擦定義兩個(gè)相互接觸的物體，在外力作用下發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在接觸面間產(chǎn)生的阻礙物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用力稱為摩擦力，這種現(xiàn)象稱為摩擦。摩擦分類(lèi)根據(jù)摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式，摩擦分為靜摩擦和動(dòng)摩擦兩類(lèi)。其中，動(dòng)摩擦又分為滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦。摩擦定義及分類(lèi)兩物體相互接觸且擠壓；接觸面粗糙；物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。靜摩擦力可根據(jù)二力平衡來(lái)計(jì)算；滑動(dòng)摩擦力可根據(jù)公式$F=muN$來(lái)計(jì)算，其中$mu$為摩擦系數(shù)，$N$為正壓力。摩擦力產(chǎn)生條件與計(jì)算摩擦力計(jì)算摩擦力產(chǎn)生條件表示摩擦副間的摩擦性能，是表征材料摩擦特性的重要參數(shù)。摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)受材料性質(zhì)、表面粗糙度、溫度、濕度、潤(rùn)滑條件等多種因素影響。影響因素摩擦系數(shù)及其影響因素選擇合適的摩擦副材料選擇具有低摩擦系數(shù)、良好耐磨性和抗膠合性能的材料。降低表面粗糙度通過(guò)研磨、拋光等方法降低摩擦副表面的粗糙度，以減小摩擦阻力。采用良好的潤(rùn)滑選用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑，形成潤(rùn)滑膜，減少摩擦面間的直接接觸。改善工作條件控制溫度、濕度等環(huán)境因素，保持摩擦副表面的清潔和干燥。減小摩擦措施03磨損類(lèi)型與機(jī)理磨損定義磨損是指機(jī)械零件在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面材料由于摩擦而逐漸損失的現(xiàn)象。分類(lèi)方法根據(jù)磨損機(jī)理的不同，磨損可分為磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損等類(lèi)型。磨損定義及分類(lèi)方法粘著磨損摩擦副表面在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于粘著效應(yīng)導(dǎo)致表面材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面的現(xiàn)象。腐蝕磨損在摩擦過(guò)程中，摩擦副表面與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的磨損現(xiàn)象。疲勞磨損在交變應(yīng)力作用下，摩擦副表面材料因疲勞而產(chǎn)生裂紋，并逐步擴(kuò)展導(dǎo)致材料剝落的現(xiàn)象。磨粒磨損由于外界硬顆粒或摩擦副表面間的硬突起物在摩擦過(guò)程中引起表面材料脫落的現(xiàn)象。常見(jiàn)磨損類(lèi)型介紹磨損過(guò)程磨損過(guò)程通常包括磨合階段、穩(wěn)定磨損階段和劇烈磨損階段。機(jī)理分析不同的磨損類(lèi)型具有不同的磨損機(jī)理，如磨粒磨損的切削和犁溝作用、粘著磨損的粘著和撕脫作用等。磨損過(guò)程與機(jī)理分析合理選擇摩擦副材料選擇具有互溶性小、抗粘著能力強(qiáng)、耐磨性好的材料組成摩擦副。表面強(qiáng)化處理采用表面熱處理、化學(xué)熱處理、表面涂層等技術(shù)提高材料表面的硬度和耐磨性。優(yōu)化潤(rùn)滑條件選用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑和潤(rùn)滑方式，減少摩擦和磨損。改善工作條件降低工作溫度、減少外界硬顆粒進(jìn)入摩擦副等，以減輕磨損。減小磨損措施04潤(rùn)滑原理及作用潤(rùn)滑定義及目的潤(rùn)滑定義潤(rùn)滑是摩擦副之間加入某種物質(zhì)以降低摩擦阻力、減緩磨損的重要措施。潤(rùn)滑目的減少摩擦、降低磨損、冷卻降溫、防止腐蝕、密封防護(hù)、減振降噪等。潤(rùn)滑油主要起潤(rùn)滑、冷卻、防銹、清潔、密封和緩沖等作用。潤(rùn)滑脂俗稱黃油，由基礎(chǔ)油、稠化劑、添加劑組成，具有粘附性好、不易流失、使用方便等特點(diǎn)。固體潤(rùn)滑劑如石墨、二硫化鉬等，適用于高溫、高壓、低速等惡劣工況。常見(jiàn)潤(rùn)滑劑類(lèi)型與性能特點(diǎn)利用摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使?jié)櫥瑒┍粠肽Σ帘砻嬷g，形成壓力油膜將兩摩擦表面完全隔開(kāi)，實(shí)現(xiàn)流體潤(rùn)滑。流體動(dòng)壓潤(rùn)滑原理適用于高速、輕載、精密的摩擦副，如軸承、齒輪等。應(yīng)用流體動(dòng)壓潤(rùn)滑原理及應(yīng)用邊界潤(rùn)滑原理在摩擦副表面形成一層極薄的邊界膜，起減小摩擦與抗磨作用。要點(diǎn)一要點(diǎn)二應(yīng)用適用于重載、低速、高溫等惡劣工況，如軋鋼機(jī)、挖掘機(jī)等。邊界潤(rùn)滑原理及應(yīng)用固體潤(rùn)滑原理及應(yīng)用利用固體潤(rùn)滑劑的層狀結(jié)構(gòu)、低剪切強(qiáng)度等特性，在摩擦副表面形成固體潤(rùn)滑膜，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑。固體潤(rùn)滑原理適用于高溫、高壓、真空、輻射等極端工況，如航天器、核反應(yīng)堆等。應(yīng)用05機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損與潤(rùn)滑問(wèn)題

軸承設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損與潤(rùn)滑問(wèn)題軸承摩擦類(lèi)型包括滾動(dòng)摩擦和滑動(dòng)摩擦，滾動(dòng)摩擦主要發(fā)生在球軸承和滾子軸承中，滑動(dòng)摩擦則常見(jiàn)于軸承與軸或軸承座的配合面。軸承磨損形式主要有磨粒磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損等，其中磨粒磨損是最常見(jiàn)的形式，由外界硬顆?；蚪饘俦砻嫱狗逶跐?rùn)滑不足的情況下引起。軸承潤(rùn)滑方式包括油潤(rùn)滑和脂潤(rùn)滑，油潤(rùn)滑適用于高速、高溫和重載的軸承，而脂潤(rùn)滑則適用于低速、輕載和密封性要求較高的場(chǎng)合。03齒輪潤(rùn)滑方式主要采用油潤(rùn)滑，通過(guò)浸油、噴油或油霧潤(rùn)滑等方式將潤(rùn)滑油引入齒輪嚙合處，以降低摩擦系數(shù)和減緩磨損。01齒輪摩擦類(lèi)型主要為滑動(dòng)摩擦，發(fā)生在齒輪齒面之間，特別是在高速重載的情況下更為顯著。02齒輪磨損形式主要有磨粒磨損、點(diǎn)蝕和膠合等，其中點(diǎn)蝕是最常見(jiàn)的形式，由齒面接觸應(yīng)力超過(guò)材料疲勞極限引起。齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損與潤(rùn)滑問(wèn)題密封件摩擦類(lèi)型主要為滑動(dòng)摩擦，發(fā)生在密封件與軸或密封腔的配合面。密封件磨損形式主要有磨粒磨損和疲勞磨損等，其中疲勞磨損較為常見(jiàn)，由密封件材料在交變應(yīng)力作用下引起。密封件潤(rùn)滑方式一般采用脂潤(rùn)滑或固體潤(rùn)滑劑，以保證密封件在長(zhǎng)期使用過(guò)程中保持良好的密封性能和降低磨損。密封件設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損與潤(rùn)滑問(wèn)題活塞環(huán)與氣缸套的摩擦磨損在發(fā)動(dòng)機(jī)中，活塞環(huán)與氣缸套之間的摩擦磨損是影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能和壽命的重要因素之一。為降低摩擦系數(shù)和減緩磨損，常采用表面涂層、優(yōu)化配合間隙以及使用高性能潤(rùn)滑油等措施。導(dǎo)軌副的摩擦磨損導(dǎo)軌副是機(jī)床等精密機(jī)械的關(guān)鍵部件之一，其摩擦磨損特性對(duì)機(jī)床的加工精度和穩(wěn)定性具有重要影響。為改善導(dǎo)軌副的摩擦學(xué)性能，常采用表面改性、優(yōu)化潤(rùn)滑方式以及使用耐磨材料等措施。凸輪機(jī)構(gòu)的摩擦磨損凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化機(jī)械中，其摩擦磨損特性直接影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度和可靠性。為降低凸輪機(jī)構(gòu)的摩擦系數(shù)和減緩磨損，常采用表面硬化處理、優(yōu)化凸輪輪廓線以及使用高性能潤(rùn)滑脂等措施。其他機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的摩擦、磨損與潤(rùn)滑問(wèn)題06實(shí)驗(yàn)與案例分析包括四球摩擦實(shí)驗(yàn)、銷(xiāo)-盤(pán)摩擦實(shí)驗(yàn)等，用于測(cè)定材料的摩擦系數(shù)和磨損率。摩擦實(shí)驗(yàn)方法包括砂輪磨損實(shí)驗(yàn)、滑動(dòng)磨損實(shí)驗(yàn)等，用于模擬實(shí)際工作條件下的磨損情況，評(píng)估材料的耐磨性能。磨損實(shí)驗(yàn)方法介紹常用的摩擦、磨損實(shí)驗(yàn)設(shè)備及其工作原理，如摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、表面輪廓儀等。實(shí)驗(yàn)設(shè)備與原理摩擦、磨損實(shí)驗(yàn)方法介紹案例四某型機(jī)械密封的摩擦磨損特性研究。通過(guò)對(duì)機(jī)械密封的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，研究其摩擦磨損特性，為優(yōu)化機(jī)械密封設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。案例一某型發(fā)動(dòng)機(jī)軸承摩擦磨損分析。通過(guò)對(duì)該軸承的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，分析其磨損機(jī)理和影響因素，提出改進(jìn)措施。案例二某型齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑不良導(dǎo)致的磨損故障。分析潤(rùn)滑不良對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的影響，探討合理的潤(rùn)滑方式和潤(rùn)滑劑選擇。案例三某型液壓系統(tǒng)中摩擦副的磨損問(wèn)題。分析液壓系統(tǒng)中摩擦副的磨損原因和危害，提出相應(yīng)的解決方案。典型案例分析07總結(jié)與展望摩擦基本概念闡述了摩擦的定義、分類(lèi)及影響因素，包括靜摩擦、滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦等。磨損過(guò)程及機(jī)理詳細(xì)介紹了磨損的三個(gè)階段（跑合階段、穩(wěn)定磨損階段、劇烈磨損階段）及其產(chǎn)生原因，探討了粘著磨損、磨料磨損、疲勞磨損等磨損機(jī)理。潤(rùn)滑原理及方法講解了潤(rùn)滑的作用及分類(lèi)，包括流體潤(rùn)滑、邊界潤(rùn)滑和混合潤(rùn)滑等，同時(shí)介紹了潤(rùn)滑劑的選擇和使用注意事項(xiàng)。本章內(nèi)容總結(jié)回顧VS隨著科技的不斷進(jìn)步，摩擦、磨損