《摩擦損耗與潤滑》課件

摩擦損耗與潤滑摩擦和潤滑是機械設(shè)計和工程中的重要概念。本課件將探討摩擦和潤滑的基本原理、應(yīng)用和重要性。課程概述內(nèi)容概述本課程深入講解摩擦、潤滑相關(guān)概念和理論。涵蓋摩擦類型、摩擦系數(shù)、摩擦力影響因素。介紹潤滑原理、潤滑劑類型、潤滑系統(tǒng)設(shè)計。學(xué)習(xí)目標(biāo)理解摩擦、潤滑的基本概念和重要性。掌握分析和解決摩擦學(xué)問題的方法。了解潤滑技術(shù)在機械設(shè)計和工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。摩擦概念及分類摩擦的定義摩擦是指兩個表面相互接觸并發(fā)生相對運動時所產(chǎn)生的阻力?；瑒幽Σ粱瑒幽Σ涟l(fā)生在兩個表面互相滑動時，例如木塊在桌面上滑動。滾動摩擦滾動摩擦發(fā)生在一個物體在另一個物體表面滾動時，例如輪子在道路上滾動。靜摩擦靜摩擦是指當(dāng)兩個表面互相接觸但沒有相對運動時產(chǎn)生的阻力。摩擦產(chǎn)生的原因1表面粗糙度接觸表面并非完全光滑2分子間作用力接觸表面分子間相互吸引3形變接觸表面發(fā)生彈性或塑性形變摩擦力的產(chǎn)生主要由表面粗糙度、分子間作用力和接觸表面形變共同作用引起。摩擦系數(shù)的測量摩擦系數(shù)是衡量材料之間摩擦力的重要指標(biāo)。測量摩擦系數(shù)通常采用傾斜平面法和摩擦試驗機法。傾斜平面法通過測量物體在斜面上開始滑動時的角度來確定摩擦系數(shù)，該方法操作簡單但精度較低。摩擦試驗機法則是通過測量施加在物體上的力和摩擦力的大小來計算摩擦系數(shù)，該方法精度較高，適用于各種材料的摩擦系數(shù)測量。粗糙表面摩擦粗糙表面摩擦是指兩個物體表面存在微觀凸起和凹陷時產(chǎn)生的摩擦。這些凸起和凹陷相互接觸、相互作用，形成微觀接觸點。接觸點之間的相互作用力主要包括正壓力、剪切力、粘著力和彈性力。這些力的綜合作用導(dǎo)致了粗糙表面的摩擦力。摩擦力的影響因素接觸面材料接觸面材料的性質(zhì)對摩擦力有很大影響。例如，金屬表面之間的摩擦力通常大于塑料表面之間的摩擦力。接觸面的粗糙度接觸面越粗糙，摩擦力越大。因為粗糙的表面會產(chǎn)生更多的接觸點，從而增加摩擦力。法向力的大小法向力是指垂直于接觸面的力，法向力越大，摩擦力也越大。運動速度對于某些材料，運動速度會影響摩擦力。例如，在低速下，摩擦力通常會隨著速度的增加而增加，但在高速下，摩擦力可能會減少。固體摩擦模型阿蒙頓-庫侖模型假設(shè)接觸面由許多微小的凸起組成，這些凸起相互接觸，并產(chǎn)生摩擦力。摩擦力與正壓力成正比，與接觸面積無關(guān)，稱為庫侖摩擦定律。彈性接觸模型考慮接觸面的彈性變形，并假設(shè)接觸面是由許多微小的彈性體組成，這些彈性體相互接觸，并產(chǎn)生摩擦力。摩擦力與正壓力、接觸面積和材料彈性模量有關(guān)。塑性接觸模型考慮接觸面的塑性變形，并假設(shè)接觸面是由許多微小的塑性體組成，這些塑性體相互接觸，并產(chǎn)生摩擦力。摩擦力與正壓力、接觸面積和材料屈服強度有關(guān)。分子間作用力模型考慮接觸面分子間的作用力，并假設(shè)摩擦力是由接觸面分子間的吸引力和排斥力產(chǎn)生的。該模型適用于原子尺度的摩擦研究。固體摩擦的基本規(guī)律庫侖定律摩擦力與正壓力成正比，與接觸面的材料和表面狀況有關(guān)。運動方向摩擦力總是與物體相對運動方向相反，或者阻礙物體相對運動趨勢。接觸面積摩擦力與接觸面積無關(guān)，只取決于正壓力?；瑒铀俣饶Σ亮υ谝欢ǚ秶鷥?nèi)與滑動速度無關(guān)。滾動摩擦11.接觸面積滾動摩擦發(fā)生在兩個表面接觸并滾動時，接觸面積相對較小。22.滾動阻力滾動阻力主要由變形和摩擦力組成，一般比滑動摩擦力小得多。33.滾珠軸承滾珠軸承利用滾動摩擦原理，減少摩擦力，提高機械效率。44.應(yīng)用滾動摩擦廣泛應(yīng)用于車輛、機械設(shè)備等，提高運行效率，減少能耗。液體潤滑的分類流體動力潤滑潤滑劑依靠相對運動表面產(chǎn)生的壓力形成油膜。邊界潤滑潤滑劑與摩擦表面直接接觸，形成一層薄膜。混合潤滑流體動力潤滑和邊界潤滑同時存在。液膜潤滑的工作機理1接觸面分離潤滑油在運動部件之間形成一層油膜，將相互接觸的表面隔開，減少摩擦力。2流體動力潤滑潤滑油在運動部件間形成油膜，油膜的形成主要依靠部件相對運動產(chǎn)生的壓力。3流體靜壓潤滑潤滑油在外部壓力作用下形成油膜，例如，油封或軸承內(nèi)部的油壓，用于支撐部件的重量或承受外力。邊界潤滑的特點薄膜潤滑邊界潤滑膜很薄，厚度在幾納米到幾十納米之間，相當(dāng)于幾個分子層。潤滑油分子直接與摩擦副表面接觸，形成一層薄的潤滑膜。高摩擦系數(shù)邊界潤滑的摩擦系數(shù)較高，通常在0.1到0.3之間。由于潤滑膜非常薄，金屬表面之間的直接接觸難以避免，導(dǎo)致摩擦系數(shù)較高。流體潤滑的理論基礎(chǔ)流體潤滑是指兩個相對運動的表面被一層連續(xù)的潤滑油膜完全隔開。流體潤滑是潤滑方式中最理想的一種，其摩擦系數(shù)低，磨損小，可顯著延長機械壽命。雷諾方程描述潤滑油膜壓力分布和速度分布粘性理論解釋油膜流動和摩擦力產(chǎn)生的原理瑞利潤滑理論流體潤滑潤滑油形成油膜，隔開摩擦表面，減少摩擦和磨損。雷諾方程描述了油膜的壓力分布、厚度和速度。軸承設(shè)計根據(jù)雷諾方程，設(shè)計軸承的形狀和尺寸，確保油膜的穩(wěn)定性。流體潤滑參數(shù)的確定流體潤滑參數(shù)的確定對于保證潤滑效果至關(guān)重要。這些參數(shù)包括油膜厚度、油壓、油溫、油粘度等。0.01-0.1mm油膜厚度保證足夠的油膜厚度，以防止金屬表面直接接觸。1-10bar油壓油壓決定油膜的承載能力，保證足夠的油壓才能將負(fù)載傳遞給潤滑油。40-80℃油溫溫度過高會導(dǎo)致油膜變薄、粘度下降，而溫度過低又會影響油的流動性。10-100cSt油粘度油粘度是潤滑油最重要的性質(zhì)之一，它直接影響著油膜的形成和穩(wěn)定性。摩擦學(xué)對機械設(shè)計的影響11.提高機械效率降低摩擦損耗，提高能量利用率，節(jié)約能源消耗。22.延長機械壽命減少磨損，延長機械使用壽命，降低維修成本。33.優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)摩擦學(xué)原理，優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)，提高可靠性和安全性。潤滑劑的種類礦物油從原油中提煉，是最常見的潤滑劑類型，具有良好的潤滑性能和經(jīng)濟性。合成油通過化學(xué)合成制造，具有更高的抗氧化性、耐高溫性和低溫流動性，適用于特殊工況。半合成油由礦物油和合成油混合而成，兼具兩種油的優(yōu)點，性價比高，應(yīng)用范圍廣。固體潤滑劑如石墨、二硫化鉬等，主要用于高溫、高壓或干摩擦條件下，可降低摩擦系數(shù)，延長設(shè)備壽命。潤滑劑的性能與選擇粘度潤滑劑的粘度是其最重要的性能指標(biāo)之一，它決定了潤滑劑在不同溫度下的流動性，從而影響到潤滑系統(tǒng)的性能。抗磨損性能潤滑劑的抗磨損性能是指其抵抗摩擦表面磨損的能力，良好的抗磨損性能可以延長機械設(shè)備的使用壽命?？寡趸阅軡櫥瑒┑目寡趸阅苁侵钙涞挚寡趸磻?yīng)的能力，良好的抗氧化性能可以延長潤滑劑的使用壽命，防止?jié)櫥瑒┳冑|(zhì)。其他性能除了以上性能外，潤滑劑還應(yīng)具有良好的抗腐蝕性能、抗乳化性能、抗泡沫性能等，以滿足不同的應(yīng)用需求。潤滑系統(tǒng)的設(shè)計1確定潤滑類型選擇最佳潤滑類型，例如液膜潤滑、邊界潤滑或混合潤滑2潤滑油選擇根據(jù)應(yīng)用條件選擇合適的潤滑油，考慮粘度、添加劑等3潤滑系統(tǒng)設(shè)計選擇合適的潤滑油泵、管道、濾清器，確保潤滑油高效循環(huán)4潤滑系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)測潤滑油狀態(tài)和壓力，及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行維護(hù)潤滑系統(tǒng)設(shè)計需要考慮多種因素，包括潤滑類型、潤滑油選擇、系統(tǒng)布局、監(jiān)測方式等。合理的潤滑系統(tǒng)設(shè)計可以有效降低摩擦磨損，提高設(shè)備使用壽命和工作效率。潤滑技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用機械設(shè)備潤滑油可有效減少摩擦，降低磨損，延長設(shè)備壽命。汽車、飛機、船舶等機械設(shè)備廣泛使用潤滑油，提高效率，降低維護(hù)成本。金屬加工潤滑劑在金屬切削、沖壓、拉伸等加工過程中起著重要作用，減少摩擦，降低加工溫度，提高加工精度，改善表面質(zhì)量。能源行業(yè)潤滑油用于發(fā)電機、風(fēng)力渦輪機等能源設(shè)備，減少摩擦損失，提高能量轉(zhuǎn)換效率，降低能耗，減少污染排放。其他應(yīng)用潤滑技術(shù)還應(yīng)用于食品加工、醫(yī)療器械、航空航天等領(lǐng)域，確保設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，保障安全生產(chǎn)。減摩節(jié)能的重要性降低能耗減少摩擦損耗，可以降低機械運行過程中的能量消耗，節(jié)約能源。環(huán)保效益減少能源消耗，降低二氧化碳排放，有助于保護(hù)環(huán)境。延長壽命減少摩擦導(dǎo)致的零件磨損，可以延長機械設(shè)備的使用壽命。提高效率降低機械運行阻力，提高工作效率，提升生產(chǎn)效率。摩擦損耗的測量方法方法描述摩擦力測量法直接測量摩擦力的大小，通常使用摩擦力傳感器。功耗測量法測量摩擦過程中的能量消耗，通過計算功耗來推算摩擦損耗。熱量測量法測量摩擦產(chǎn)生的熱量，通常使用熱電偶或熱敏電阻等溫度傳感器。磨損測量法測量摩擦過程中的磨損量，通常使用顯微鏡或掃描電子顯微鏡等。摩擦學(xué)研究的發(fā)展方向納米摩擦學(xué)研究納米尺度下的摩擦現(xiàn)象，探索材料表面微觀結(jié)構(gòu)和摩擦行為之間的關(guān)系，開發(fā)新型低摩擦納米材料和潤滑劑。生物摩擦學(xué)研究生物體內(nèi)的摩擦現(xiàn)象，例如關(guān)節(jié)潤滑、皮膚摩擦等，應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)設(shè)計和生物材料研發(fā)。摩擦材料開發(fā)新型摩擦材料，提高材料的摩擦系數(shù)和耐磨性，應(yīng)用于各種機械設(shè)備，例如汽車剎車片、離合器片。常見的摩擦學(xué)問題與解決常見的摩擦學(xué)問題包括磨損、疲勞、卡死等。磨損是材料表面由于摩擦而產(chǎn)生的材料損失，會導(dǎo)致零件尺寸變化、精度下降、性能降低。疲勞是材料在重復(fù)應(yīng)力作用下，由于微觀裂紋的擴展而導(dǎo)致的破壞，會導(dǎo)致零件斷裂?？ㄋ朗悄Σ粮北砻嬷g的粘合力大于分離力，導(dǎo)致零件無法正常運動，造成機械故障。解決摩擦學(xué)問題的方法有很多，主要包括：選擇合適的材料、表面處理、潤滑、設(shè)計優(yōu)化等。選擇合適的材料可以提高材料的耐磨性、抗疲勞性和抗卡死性。