江蘇大學機械設計第4章摩擦、磨損及潤滑

江蘇大學機械設計第4章摩擦、磨損及潤滑CATALOGUE目錄引言摩擦基本原理磨損類型與機理潤滑原理及作用機械設計中的摩擦、磨損與潤滑問題實驗與案例分析總結與展望01引言摩擦、磨損是機械運動中普遍存在的現(xiàn)象，直接影響機械零件的工作性能和壽命。潤滑是減小摩擦、降低磨損的有效手段，對于提高機械效率和延長機械壽命具有重要意義。在機械設計中，必須充分考慮摩擦、磨損及潤滑的影響，合理選擇材料和潤滑方式，以確保機械系統(tǒng)的正常運行。摩擦、磨損及潤滑在機械設計中的重要性010204本章學習目標和要求掌握摩擦、磨損的基本概念、分類及影響因素。了解常用潤滑劑的種類、性能及選用原則。理解潤滑系統(tǒng)的工作原理、設計要求及維護方法。能夠運用所學知識分析和解決機械設計中與摩擦、磨損及潤滑相關的問題。0302摩擦基本原理摩擦定義兩個相互接觸的物體，在外力作用下發(fā)生相對運動或有相對運動趨勢時，在接觸面間產(chǎn)生的阻礙物體相對運動的作用力稱為摩擦力，這種現(xiàn)象稱為摩擦。摩擦分類根據(jù)摩擦副的運動形式，摩擦分為靜摩擦和動摩擦兩類。其中，動摩擦又分為滑動摩擦和滾動摩擦。摩擦定義及分類兩物體相互接觸且擠壓；接觸面粗糙；物體間有相對運動或相對運動趨勢。靜摩擦力可根據(jù)二力平衡來計算；滑動摩擦力可根據(jù)公式$F=muN$來計算，其中$mu$為摩擦系數(shù)，$N$為正壓力。摩擦力產(chǎn)生條件與計算摩擦力計算摩擦力產(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。采用良好的潤滑選用適當?shù)臐櫥瑒?，形成潤滑膜，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磨損類型與機理磨損定義磨損是指機械零件在相對運動時，表面材料由于摩擦而逐漸損失的現(xiàn)象。分類方法根據(jù)磨損機理的不同，磨損可分為磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損等類型。磨損定義及分類方法粘著磨損摩擦副表面在相對運動時，由于粘著效應導致表面材料從一個表面轉移到另一個表面的現(xiàn)象。腐蝕磨損在摩擦過程中，摩擦副表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學或電化學反應而導致的磨損現(xiàn)象。疲勞磨損在交變應力作用下，摩擦副表面材料因疲勞而產(chǎn)生裂紋，并逐步擴展導致材料剝落的現(xiàn)象。磨粒磨損由于外界硬顆?；蚰Σ粮北砻骈g的硬突起物在摩擦過程中引起表面材料脫落的現(xiàn)象。常見磨損類型介紹磨損過程磨損過程通常包括磨合階段、穩(wěn)定磨損階段和劇烈磨損階段。機理分析不同的磨損類型具有不同的磨損機理，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。磨損過程與機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、耐磨性好的材料組成摩擦副。表面強化處理采用表面熱處理、化學熱處理、表面涂層等技術提高材料表面的硬度和耐磨性。優(yōu)化潤滑條件選用適當?shù)臐櫥瑒┖蜐櫥绞?，減少摩擦和磨損。改善工作條件降低工作溫度、減少外界硬顆粒進入摩擦副等，以減輕磨損。減小磨損措施04潤滑原理及作用潤滑定義及目的潤滑定義潤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。潤滑目的減少摩擦、降低磨損、冷卻降溫、防止腐蝕、密封防護、減振降噪等。潤滑油主要起潤滑、冷卻、防銹、清潔、密封和緩沖等作用。潤滑脂俗稱黃油，由基礎油、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。固體潤滑劑如石墨、二硫化鉬等，適用于高溫、高壓、低速等惡劣工況。常見潤滑劑類型與性能特點利用摩擦副的相對運動，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，實現(xiàn)流體潤滑。流體動壓潤滑原理適用于高速、輕載、精密的摩擦副，如軸承、齒輪等。應用流體動壓潤滑原理及應用邊界潤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。要點一要點二應用適用于重載、低速、高溫等惡劣工況，如軋鋼機、挖掘機等。邊界潤滑原理及應用固體潤滑原理及應用利用固體潤滑劑的層狀結構、低剪切強度等特性，在摩擦副表面形成固體潤滑膜，實現(xiàn)潤滑。固體潤滑原理適用于高溫、高壓、真空、輻射等極端工況，如航天器、核反應堆等。應用05機械設計中的摩擦、磨損與潤滑問題

軸承設計中的摩擦、磨損與潤滑問題軸承摩擦類型包括滾動摩擦和滑動摩擦，滾動摩擦主要發(fā)生在球軸承和滾子軸承中，滑動摩擦則常見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的形式，由外界硬顆粒或金屬表面凸峰在潤滑不足的情況下引起。軸承潤滑方式包括油潤滑和脂潤滑，油潤滑適用于高速、高溫和重載的軸承，而脂潤滑則適用于低速、輕載和密封性要求較高的場合。03齒輪潤滑方式主要采用油潤滑，通過浸油、噴油或油霧潤滑等方式將潤滑油引入齒輪嚙合處，以降低摩擦系數(shù)和減緩磨損。01齒輪摩擦類型主要為滑動摩擦，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、點蝕和膠合等，其中點蝕是最常見的形式，由齒面接觸應力超過材料疲勞極限引起。齒輪傳動設計中的摩擦、磨損與潤滑問題密封件摩擦類型主要為滑動摩擦，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，由密封件材料在交變應力作用下引起。密封件潤滑方式一般采用脂潤滑或固體潤滑劑，以保證密封件在長期使用過程中保持良好的密封性能和降低磨損。密封件設計中的摩擦、磨損與潤滑問題活塞環(huán)與氣缸套的摩擦磨損在發(fā)動機中，活塞環(huán)與氣缸套之間的摩擦磨損是影響發(fā)動機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滑油等措施。導軌副的摩擦磨損導軌副是機床等精密機械的關鍵部件之一，其摩擦磨損特性對機床的加工精度和穩(wěn)定性具有重要影響。為改善導軌副的摩擦學性能，常采用表面改性、優(yōu)化潤滑方式以及使用耐磨材料等措施。凸輪機構的摩擦磨損凸輪機構廣泛應用于各種自動化機械中，其摩擦磨損特性直接影響機構的運動精度和可靠性。為降低凸輪機構的摩擦系數(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滑脂等措施。其他機械零件設計中的摩擦、磨損與潤滑問題06實驗與案例分析包括四球摩擦實驗、銷-盤摩擦實驗等，用于測定材料的摩擦系數(shù)和磨損率。摩擦實驗方法包括砂輪磨損實驗、滑動磨損實驗等，用于模擬實際工作條件下的磨損情況，評估材料的耐磨性能。磨損實驗方法介紹常用的摩擦、磨損實驗設備及其工作原理，如摩擦磨損試驗機、表面輪廓儀等。實驗設備與原理摩擦、磨損實驗方法介紹案例四某型機械密封的摩擦磨損特性研究。通過對機械密封的摩擦磨損實驗，研究其摩擦磨損特性，為優(yōu)化機械密封設計提供理論依據(jù)。案例一某型發(fā)動機軸承摩擦磨損分析。通過對該軸承的摩擦磨損實驗，分析其磨損機理和影響因素，提出改進措施。案例二某型齒輪傳動系統(tǒng)潤滑不良導致的磨損故障。分析潤滑不良對齒輪傳動系統(tǒng)的影響，探討合理的潤滑方式和潤滑劑選擇。案例三某型液壓系統(tǒng)中摩擦副的磨損問題。分析液壓系統(tǒng)中摩擦副的磨損原因和危害，提出相應的解決方案。典型案例分析07總結與展望摩擦基本概念闡述了摩擦的定義、分類及影響因素，包括靜摩擦、滑動摩擦和滾動摩擦等。磨損過程及機理詳細介紹了磨損的三個階段（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、疲勞磨損等磨損機理。潤滑原理及方法講解了潤滑的作用及分類，包括流體潤滑、邊界潤滑和混合潤滑等，同時介紹了潤滑劑的選擇和使用注意事項。本章內(nèi)容總結回顧VS隨著科技的不斷進步，摩擦、磨損