§4-2磨損第4章摩擦、磨損及潤(rùn)滑概述§4-1摩擦§4-3潤(rùn)滑劑§4-4流體潤(rùn)滑原理簡(jiǎn)介

摩擦是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不可避免的,1/3~1/2的能源消耗在摩擦上.各種機(jī)械零件因磨損失效的占全部失效零件的一半以上。潤(rùn)滑是減少摩擦和磨損的有力措施。摩擦及其分類靜摩擦動(dòng)摩擦1按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同分為：滑動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦2按運(yùn)動(dòng)形式不同分為：3按潤(rùn)滑狀態(tài)不同分為：干摩擦邊界摩擦流體摩擦混合摩擦§4-1摩擦3

式中：hmin——最小公稱油膜厚度，

mRq1

——接觸表面輪廓的均方根偏差，

mRq2——接觸表面輪廓的均方根偏差，

m

≤1，邊界摩擦；

＝1～3，混合摩擦；

＞3，流體摩擦

幾種摩擦的界限常以膜厚比大致估計(jì)：（4-1）界限為：~

1~3~

一、干摩擦表面間無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜的直接接觸的摩擦。剪斷微冷焊點(diǎn)機(jī)械刨犁作用形成微冷焊點(diǎn)摩擦系數(shù)較大

f≈0.3庫(kù)侖定律

Ff

＝f

Fn

零件表面會(huì)氧化形成氧化膜，會(huì)沾到少量潤(rùn)滑油或受到“油污”，故不存在真正的干摩擦。設(shè)計(jì)中，把未經(jīng)人為潤(rùn)滑的摩擦狀態(tài)當(dāng)作“干摩擦”處理。摩擦力的表達(dá)式：二、邊界摩擦脂肪酸是極性化合物，其極性分子能吸附在金屬表面。

λ≤1摩擦系數(shù)有所減小

f≈0.1比較牢固地吸附在金屬表面上的油分子膜，稱為邊界膜。邊界膜二、邊界摩擦

按形成機(jī)理，邊界膜分：

物理吸附膜f較低，熔點(diǎn)低，適于低速輕載。

吸附膜:化學(xué)吸附膜有較低的剪切強(qiáng)度，較高熔點(diǎn)，適于中等的的載荷、速度和溫度。反應(yīng)膜：有低的剪切強(qiáng)度和高的熔點(diǎn)，適于重載、高速和高溫.三、混合摩擦（λ=1～3

）

隨油膜厚度增大，表面微凸直接接觸的數(shù)量減少，油膜承載的比重加大，有的部位呈現(xiàn)邊界摩擦，有的部位呈現(xiàn)流體摩擦。油膜承擔(dān)約30％的載荷。摩擦系數(shù)f≈0.1～0.01四、流體摩擦（λ＞3或λ＞3～4）

當(dāng)油量多到一定程度，形成油膜的厚度能將兩表面的微凸完全分開(kāi)，兩表面金屬?zèng)]有直接接觸。

流體摩擦是在流體分子之間的摩擦,摩擦系數(shù)極小,是理想的摩擦狀態(tài)。兩表面輪廓峰完全被油膜隔開(kāi)。

載荷全部由油膜承擔(dān)摩擦系數(shù)f≈0.008～0.001油膜10北交大考研試題干摩擦?xí)r,摩擦力與所受載荷及表面接觸面積的關(guān)系為:A.與表面面積無(wú)關(guān)而與載荷成正比;B.與表面面積有關(guān)而與載荷無(wú)關(guān);C.與表面面積有關(guān)而與載荷成正比.11北理考研試題零件表面在混合潤(rùn)滑狀態(tài)時(shí)的摩擦系數(shù)比液體潤(rùn)滑狀態(tài)時(shí)的摩擦系數(shù)

。A.大；B.?。籆.可能大，可能??；D.相等?！?-2磨損運(yùn)動(dòng)副的摩擦使表面材料不斷喪失移的現(xiàn)象稱為磨損。其造成零件的失效，約占總失效的70%。對(duì)零件的危害：

①降低運(yùn)動(dòng)精度；②改變尺寸；③降低可靠性。

磨損過(guò)程大致分三階段：⑴磨合（跑合)階段新零件在運(yùn)轉(zhuǎn)初期的磨損階段。磨掉凸峰，增大接觸面積，提高承載能力。磨合是逐漸加載、逐漸提速，形成較穩(wěn)定的粗糙度，且在穩(wěn)定磨損階段中，此粗糙度幾乎不變。

磨合階段所占時(shí)間比率較小。結(jié)束時(shí),應(yīng)清洗零件，更換潤(rùn)滑油。穩(wěn)定磨損磨合磨損急劇磨損時(shí)間磨損量穩(wěn)定磨損磨合磨損急劇磨損時(shí)間磨損率汽車磨合期新車出廠時(shí)，由于零件的加工精度和裝配公差，因此需要一定里程的磨合。磨合的優(yōu)劣，會(huì)對(duì)汽車壽命、安全性和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重要影響。

磨合里程一般為1000至2500公里，進(jìn)口車則更長(zhǎng)一些，多數(shù)為1500至3000公里。磨合期又分三階段:初期、中期和后期。初期，一般車速控制在40km/h左右;中期，道路條件良好，車速可增加到60km/h;后期，可提高到80km/h左右。

⑵穩(wěn)定磨損階段

磨合后的表面加工硬化，形成穩(wěn)定的表面粗糙度；磨損以平穩(wěn)而緩慢的速度進(jìn)行，相對(duì)穩(wěn)定。穩(wěn)定磨損磨合磨損急劇磨損時(shí)間磨損量穩(wěn)定磨損磨合磨損急劇磨損時(shí)間磨損率⑶急劇磨損階段

經(jīng)穩(wěn)定磨損后，運(yùn)動(dòng)副間隙增大→動(dòng)載振動(dòng)→潤(rùn)滑狀態(tài)改變→溫升↑→磨損速度急劇上升→直至零件失效。

設(shè)計(jì)及使用時(shí)：力求縮短磨合期、延長(zhǎng)穩(wěn)定磨損期、推遲急劇磨損期。16

按磨損機(jī)理可分為：1.粘著磨損：“冷焊”后，表面材料的脫離及遷移。

2.磨粒磨損：摩擦面間的游離顆粒，起到微切削作用。3.疲勞磨損：疲勞點(diǎn)蝕。4.沖蝕磨損：流動(dòng)液體、氣體所夾硬質(zhì)物體顆粒引起。5.機(jī)械化學(xué)磨損（腐蝕磨損）：機(jī)械作用及化學(xué)或電化學(xué)作用共同引起。6、微動(dòng)磨損:由粘附磨損、磨粒磨損、疲勞磨損和機(jī)械化學(xué)磨損形成的復(fù)合磨損。1、粘附磨損:

摩擦表面的微凸體在相互作用的各處發(fā)生“冷焊”后，在相對(duì)滑動(dòng)過(guò)程中，材料從一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面的現(xiàn)象。減輕措施

①合理選擇摩擦副材料（選擇粘著傾向小的配對(duì)材料）；②采用油性、極壓性好的潤(rùn)滑劑；③限制摩擦表面的溫度；④控制壓強(qiáng)。QHaHa<

HmHa≈

HmHa>

Hm2、磨粒磨損從外部進(jìn)入摩擦面間的游離硬顆粒或硬的微凸體峰尖在較軟表面上犁出溝紋的現(xiàn)象。影響磨粒磨損速率的因素：材料硬度Hm；磨粒硬度Ha。3、疲勞磨損受交變接觸應(yīng)力的反復(fù)作用，在表面或表面下形成疲勞裂紋，隨著裂紋的擴(kuò)展與相互連接，造成工作表面上脫落顆粒，形成疲勞坑的現(xiàn)象——點(diǎn)蝕。影響因素：表面粗糙度；潤(rùn)滑油粘度；零件表面硬度和芯部硬度。4、沖蝕磨損流體磨粒磨損

—由流體中夾帶的硬質(zhì)物引起的機(jī)械磨損。流體侵蝕磨損

—因流體的沖蝕作用引起的機(jī)械磨損。影響因素：

微粒與表面的摩擦系數(shù)；微粒的沖擊速度；微粒沖擊方向與表面的夾角。

5、機(jī)械化學(xué)磨損（腐蝕磨損）由于機(jī)械作用、材料與環(huán)境的化學(xué)作用、電化學(xué)作用共同引起的磨損。影響因素:

氧化磨損是最常見(jiàn)的機(jī)械化學(xué)磨損之一。介質(zhì)的酸堿性，零件表面生成的氧化膜性質(zhì)，環(huán)境溫度。6、微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損是一種甚為隱蔽的、由粘附磨損、磨粒磨損、機(jī)械化學(xué)磨損、和疲勞磨損共同作用，而形成的復(fù)合磨損。

它發(fā)生在名義上相對(duì)靜止、實(shí)際上存在循環(huán)的微幅相對(duì)滑動(dòng)的兩個(gè)緊密接觸表面。如：軸與孔的過(guò)盈配合面、滾動(dòng)軸承外圈配合面等。這種相對(duì)滑移幅度非常小，一般僅為微米級(jí)。§4-3潤(rùn)滑劑、添加劑和潤(rùn)滑方法一、潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑分:氣體、液體、半固體和固體

4種基本類型1、潤(rùn)滑油

分3類：有機(jī)油（動(dòng)物油、植物油）、礦物油、化學(xué)合成油。

作用：降低摩擦、減輕磨損，防銹蝕，散熱降溫（循環(huán)油），緩沖吸振（可壓縮性），密封（潤(rùn)滑脂）。⑴粘度

流體抵抗變形的能力，標(biāo)志著流體內(nèi)部摩擦阻力的大小。即粘度大，流動(dòng)性差。

A板運(yùn)動(dòng)、B板靜止，貼近A板的流體速度u

，貼近B板的流體靜止，流體的運(yùn)動(dòng)是層流，層間存在相對(duì)滑移，各層界面上的剪切應(yīng)力：性能指標(biāo)：

潤(rùn)滑油粘度反映潤(rùn)滑油在外力作用下抵抗剪切變形的能力，是內(nèi)摩擦力大小的標(biāo)志。τ—流體切應(yīng)力u—流體的流動(dòng)速度η—流體的動(dòng)力粘度流體沿垂直于運(yùn)動(dòng)方向的速度梯度。表示流速隨膜厚的增大而減小。

上式稱為牛頓流體粘性定律,符合此定律的流體稱為牛頓流體，否則為非牛頓流體。（4-3）①動(dòng)力粘度η

長(zhǎng)、寬、高各為1m的流體，若流體頂面相對(duì)底面產(chǎn)生1m/s的速度，所需外力F為1N時(shí)，則動(dòng)力粘度

（國(guó)際）常用

η=②運(yùn)動(dòng)粘度ν(讀[nju:])動(dòng)力粘度η與同溫度下的密度ρ的比值。oyxv1m=1m/sF=1N單位cm2/s

--斯,用St表示,GB規(guī)定：采用潤(rùn)滑油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度中心值，作為牌號(hào)。教材P53表4-1《常用工業(yè)潤(rùn)滑油的粘度分類及相應(yīng)的粘度值》

如：牌號(hào)為15，即在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度中心值為15cSt

。1St=100cSt（厘斯）。③條件粘度ηE

在規(guī)定條件下，用規(guī)定規(guī)格的粘度計(jì)，測(cè)定潤(rùn)滑油穿過(guò)規(guī)定通道的時(shí)間計(jì)量的粘度。我國(guó)常用恩氏度（°Et）作為條件粘度單位。（略）運(yùn)動(dòng)粘度vt與條件粘度ηE的換算:教材P54,公式(4-5)影響粘度的因素

1）溫度：溫度高，粘度低。

粘度隨溫度變化存在指數(shù)關(guān)系：2）壓力：壓力增大粘度提高壓力低于20Mpa時(shí)，影響很小；超過(guò)則明顯。105Pa壓力下的粘度

0，Pa·S；

粘壓系數(shù)

＝（1~3）×10-8m2／N。（2）潤(rùn)滑性：油膜吸附能力。（3）極壓性：添加S、CI、P，形成反應(yīng)膜，抗磨、耐高壓。（4）閃點(diǎn)：遇火焰能發(fā)出閃光的油蒸汽溫度。（5）凝點(diǎn)：油不能自由流動(dòng)的最高溫度。影響低溫啟動(dòng)。（6）氧化穩(wěn)定性：高溫生成酸性化合物，膠狀沉積，腐蝕金屬。2、潤(rùn)滑脂

在潤(rùn)滑油中加入適量的稠化劑，加熱后混合均勻，冷卻成為潤(rùn)滑脂。性能指標(biāo)有：針入度、滴點(diǎn)、析油量、機(jī)械雜質(zhì)、灰分、水分等。⑴針入度⑵滴點(diǎn)

標(biāo)準(zhǔn)圓錐體(重1.5N)、25℃和時(shí)間5s條件下，沉入標(biāo)準(zhǔn)量杯內(nèi)潤(rùn)滑脂的深度(以0.1mm為單位表示)。衡量脂的稠度。低速重載時(shí)選針入度小的潤(rùn)滑脂。h

加熱的潤(rùn)滑脂從滴點(diǎn)計(jì)小孔滴下第一個(gè)液滴時(shí)的溫度。表示脂的耐熱性，是確定脂最高使用溫度的依據(jù)。

脂的工作溫度至少比其滴點(diǎn)低20℃左右。3、固體潤(rùn)滑劑

在某些惡劣的工作條件下（如溫度很高或很低，載荷很大或沖壓載荷大等），潤(rùn)滑油及潤(rùn)滑脂都難以維持良好的潤(rùn)滑，固體潤(rùn)滑劑則能實(shí)現(xiàn)有效潤(rùn)滑。

固體潤(rùn)滑劑是固體細(xì)粉末，例如石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯（PTFE)粉末。它們的剪切強(qiáng)度低，摩擦系數(shù)小。

在潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂中，加入添加劑，可改善某些性能。二、添加劑作用：⑴提高油性、極壓性和極端工作條件能力；⑵推遲老化變質(zhì)，延長(zhǎng)使用壽命；⑶改善物理性能：如降低凝點(diǎn)、消除泡沫、提高粘度，改進(jìn)粘—溫特性等。種類：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、增粘劑等。油性添加劑：提高邊界潤(rùn)滑的油膜強(qiáng)度。極壓添加劑：提高抗膠合性。耐磨損添加劑：抗磨損。三、潤(rùn)滑方法1、油潤(rùn)滑裝置⑴手工加油潤(rùn)滑裝置旋套式注油杯油槍手動(dòng)潤(rùn)滑泵油壺⑵滴油潤(rùn)滑裝置油芯油杯特點(diǎn):不易調(diào)節(jié)供油量，供油不均勻。停車時(shí)仍供油，引起無(wú)用的消耗。

用油繩、氈墊、泡沫塑料等浸油中，進(jìn)行供油。虹吸作用:

由于大氣壓作用，液體從液面高的容器通過(guò)曲管流入液面低容器的現(xiàn)象。

條件:曲管（虹吸管）里先要充滿液體，且高出較高液面的曲管液柱壓強(qiáng)不超過(guò)大氣壓。如，從油桶中吸出油；給魚(yú)缸換水等。⑵滴油潤(rùn)滑裝置針閥油杯特點(diǎn)：調(diào)節(jié)螺母控制油孔開(kāi)口以調(diào)節(jié)油量。

⑶油環(huán)潤(rùn)滑裝置⑷飛濺潤(rùn)滑裝置⑸油浴潤(rùn)滑裝置

利用適量浸油的轉(zhuǎn)動(dòng)件（如齒輪）將潤(rùn)滑油濺成油滴潤(rùn)滑軸承。⑺油霧潤(rùn)滑裝置⑻噴油潤(rùn)滑裝置⑹壓力循環(huán)潤(rùn)滑裝置2、脂潤(rùn)滑裝置脂潤(rùn)滑只能間歇供應(yīng)潤(rùn)滑脂適用低中速

旋蓋式油脂杯1、流體動(dòng)力潤(rùn)滑

（也稱流體動(dòng)壓潤(rùn)滑）復(fù)習(xí)：流體摩擦（流體潤(rùn)滑）λ＞3

兩摩擦表面被流體（液或氣體）完全隔開(kāi)時(shí)，不產(chǎn)生金屬間的直接摩擦，流體層間的粘剪阻力就是摩擦力。

實(shí)現(xiàn)流體潤(rùn)滑的3種方法：2、彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑

(簡(jiǎn)稱為彈流潤(rùn)滑)3、流體靜壓潤(rùn)滑§4-4流體潤(rùn)滑原理簡(jiǎn)介

（一）流體動(dòng)力潤(rùn)滑

承載油楔的形成機(jī)理1、平行平板:

設(shè)無(wú)限大平板，上板：運(yùn)動(dòng)v

＋載荷F

，供油充分F

v＝Fv＋A3A4A2A1流量：A1=A2,A3=A4A1+A3>A2－A4不能形成承載油楔！(A1+A3)＝Q出

Q入＝(A2－A4)2、傾斜平板:無(wú)限大平板，上板：運(yùn)動(dòng)v＋載荷F

，供油充