機械設(shè)計

摩擦、

磨損和潤滑

干摩擦(未經(jīng)人為潤滑f=0.4-0.8)邊界摩擦(表面吸附能力決定摩擦性質(zhì)

λ

≤1，f=0.1-0.4)流體摩擦(流體內(nèi)部分子間粘性決定摩性質(zhì)

1

≤

λ

≤

3,f=0.001-0.01)混合摩擦在接觸界面上產(chǎn)生抵抗相對運動的現(xiàn)象。3.1.1

摩擦的類型摩擦是在正壓力作用下相互接觸的兩物體發(fā)生相對運動，或有相對運動的趨勢時，外摩擦(接觸面間)靜摩擦

(滑動趨勢)摩擦、磨損和潤滑動摩擦

(滑動進行中)

3.1摩擦內(nèi)摩擦

(分子間)滑動摩擦滾動摩擦摩擦11.

膜厚比邊界摩擦、混合摩擦和流體摩擦是相對運動的接觸界面間在一定潤滑條件下呈現(xiàn)不同的摩擦狀態(tài)，因此可用最小油膜厚度與兩接觸界面表面微觀輪廓峰間的關(guān)系即膜厚比λ來估計兩滑動表面所處的摩擦(潤滑)狀態(tài)：入=

(R

1

R

2

)式中，hmin

為兩滑動粗糙表面間的最小公稱油膜厚度，單位為μm；Rq1

、Rq2為兩表面形貌輪廓的均方根偏差，單位為μm。通常λ≤1時呈邊界摩擦(潤滑)狀態(tài)；λ>3時呈流體摩擦(潤滑)狀態(tài)；1≤λ≤3時呈混合摩擦(潤滑)狀態(tài)。q2q2摩擦、磨損和潤滑

3.1.2

摩擦狀態(tài)的判斷

h

22.

摩擦特性曲線對于采用油潤滑的兩接觸界面間的摩擦狀態(tài)

通常用摩擦特性曲線(Stribeck曲線)進行描述，如圖3-3所示。摩擦特性曲線是表示摩擦系數(shù)f與ηn/p

之間關(guān)系的曲線，其中η為潤滑油粘度、n

為轉(zhuǎn)速、p為壓強。ηn/p不同，界面間的摩擦狀態(tài)不同，對應(yīng)的接觸界面間的間隙變化如圖3-3所示。隨著ηn/p的增大，摩擦副依次處于邊界摩擦(潤滑)、混合摩擦(潤滑)和流體摩擦(潤滑)狀態(tài)。摩擦、磨損和潤滑

3.1.2

摩擦狀態(tài)的判斷圖3-3

摩擦特性曲線2因運動副間摩擦作用導(dǎo)致接觸界面表層材料逐漸流失或遷移的現(xiàn)象稱為磨損。磨損會使零件表面形狀和尺寸發(fā)生破壞，降低機器效率和可靠性，有時還會引起零件突然破壞，導(dǎo)致機器提前報廢,因此，機械設(shè)計時需考慮如何避免或減輕磨損，從而延長零部件的壽命，保證機器能夠在預(yù)期壽命內(nèi)不因磨損而損壞或報廢。當(dāng)然，有些情況下可以合理的利用磨損，如機械加工中就是利用磨損實現(xiàn)磨削和拋光的。摩擦、磨損和潤滑

3.2磨損2磨損類型按磨損機理分按磨損表面外觀可分為摩擦、磨損和潤滑粘附磨損疲勞磨損沖蝕磨損腐蝕磨損

微動磨損

3.2.1磨損的分類點蝕磨損膠合磨損兩種不同的稱謂磨粒磨損擦傷磨損24所示。設(shè)計機器時要求：F縮短磨合期F延長穩(wěn)定期F推遲劇烈磨損期的到來機械零件的磨損過程可分為三個階段，即跑合磨損階段、穩(wěn)定磨損階段及劇烈磨損階段，如圖3-摩擦、磨損和潤滑

3.2.2

磨損過程圖3-4

磨損過程曲線23.3.1潤滑的類型1)

流體靜壓潤滑

(Hydrostatic

Lubrication)

靠外部油泵將壓力油送入支承面，把兩表面隔開。1、不完全液體潤滑--降低摩擦、減少磨損、防銹；2、液體動力潤滑--工作介質(zhì)、冷卻、緩沖、吸振。摩擦、磨損和潤滑目的

3.3潤滑(2)流體動壓潤滑

(Hydrodynamic

Lubrication)

:

由摩擦表面的幾何形狀和相對運動，借助粘性流體動力學(xué)作用，產(chǎn)生潤滑油膜壓力來承載.

(3)彈性流體動力潤滑:當(dāng)摩擦面間接觸壓力較大，產(chǎn)生的彈性變形與油膜的數(shù)量級相同，

這種流體動力潤滑特別地稱為彈性流體動力潤滑。摩擦、磨損和潤滑

3.3.1潤滑的類型圖3-4

磨損過程曲線21.潤滑油用作潤滑劑的油類可概括為三類：有機油，通常是動植物油；礦物油，只要是石油產(chǎn)品；化學(xué)合成油其中因礦物油來源充足，成本低廉，適用范圍光，而且穩(wěn)定好，故應(yīng)用做多。潤滑油的性能指標(biāo)：(1)

粘度

潤滑油的粘度可定性的定義為它的流動阻力，它是潤滑油最重要的性能之一。動力粘度運動粘度條件粘度摩擦、磨損和潤滑

3.3.2潤滑劑及其主要性能指標(biāo)2動力粘度量綱：力·時間/長度2單位：1Pa·s(帕·秒)1dyn·s/cm2

(泊)切應(yīng)力牛頓液體粘性定律在流體中任意點處的切應(yīng)力與該處流體速度梯度成正比?vT

=

一n

?y“-”號表示速度隨著流體膜厚度

方向的坐標(biāo)y增大而減小流體抵抗變形的能力，標(biāo)志著流體內(nèi)摩擦阻力的大小。摩擦、磨損和潤滑3.3.2潤滑劑及其主要性能指標(biāo)粘度平行板間液體的層流流動模型流體流

動速度速度梯度動力粘度2◆動力粘度n：主要用于流體動力計算中。Pa·

s1Pa

.s

=1N

.s/m2◆運動粘度v：主要用于測量流體粘度。m2/s◆兩種粘度之間的換算關(guān)系：

v

=n/

p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。宜選用粘度大的油；宜選用粘度小的油。摩擦、磨損和潤滑①載荷大、溫度高的軸承，②載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，

3.3.2潤滑劑及其主要性能指標(biāo)◆潤滑油粘度特性2(2)

潤滑性

(油性)潤滑性是指潤滑油中的分子與金屬表面吸附形成一邊界油膜，以減小摩擦和磨損。潤滑性愈好，吸附能力愈強。對于那些低速重載或潤滑不充分的場合，潤滑性具有特別重要的意義。(3)

極壓性潤滑性能是潤滑油中加入含硫、氯、磷的有機極性化合物之后，油中的極性分子在金屬表面生成抗磨、耐高壓的化學(xué)反應(yīng)邊界膜的性能，它在重載、高速、高溫條件下，可改善邊界潤滑性能。(4)

閃點潤滑油在標(biāo)準(zhǔn)容器中加熱所蒸發(fā)的油氣，遇火焰即能發(fā)出閃光時的最低溫度，是衡量油易燃性的指標(biāo)。對于在高溫下工作的機器，這是一個重要參數(shù)。一般要求工作溫度比油的閃點低30~40℃

。(5)

凝點潤滑油在規(guī)定的條件下，不再自由流動時所達到的最高溫度。它是潤滑油在低溫下工作的一個重要指標(biāo)，直接影響到機器在低溫下的啟動性能和磨損情況。摩擦、磨損和潤滑

3.3.2潤滑劑及其主要性能指標(biāo)2(6)

氧化穩(wěn)定性從化學(xué)意義上講，潤滑油是不活潑的。但當(dāng)它們暴露在高溫氣體中時，也會發(fā)生氧化并生成硫、氯、磷的酸性化合物。這是一種膠狀沉積物，不但腐蝕金屬，而且加劇零件的磨損。摩擦、磨損和潤滑

3.3.2潤滑劑及其主要性能指標(biāo)22.潤滑脂潤滑油與各種稠化劑(鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂)混合稠化而成。優(yōu)點：密封簡單，不需要經(jīng)常添加，不易流失，對速度和溫度不敏感，適用范圍廣。缺點：摩擦損耗較大、機械效率低，不適宜高速場合。潤滑脂的種類：鈣基潤滑脂——工程上應(yīng)用最廣鈉基潤滑脂分類鋰基潤滑脂鋁基潤滑脂摩擦、磨損和潤滑

3.3.2潤滑劑及其主要性能指標(biāo)22.潤滑脂(1)鈣基潤滑脂抗水性好，耐熱能力差，工作溫度低于55~65℃。(2)鈉基潤滑脂耐熱性好，工作溫度可達120℃，抗水性差?？膳c少量水乳化，從而保護金屬免遭腐蝕，比鈣基脂有更好的防銹能力。(3)鋰基潤滑脂既能抗水，又耐高溫，而且有較好的機械安定型，是一種多用途的潤滑值。工作溫度不宜超過145℃。(4)鋁基潤滑脂抗水性好，吸附能力強，可起到良好的防銹作用。摩擦、磨損和潤滑

3.3.2潤滑劑及其主要性能指標(biāo)2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。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20-30oC。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，潤滑脂越稀；反之亦然。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。摩擦、磨損和潤滑

3.3.2潤滑劑及其主要性能指標(biāo)針入度(稠度)滴點2.潤滑脂2潤滑油和潤滑脂的供應(yīng)方法是潤滑設(shè)計的核心內(nèi)容之一，尤其是油潤滑時其供應(yīng)方法與零件工作時的潤滑狀態(tài)密切相關(guān)。在實際工程應(yīng)用中，需要根據(jù)潤滑類型及實際工況綜合確定潤滑劑的供應(yīng)方法。1.油潤滑機械零件采用油潤滑時供油方法大體可分為兩類：間歇式供油和連續(xù)供油。對于小型、低速或間歇式運動的潤滑場合，常用手工油壺或油槍向旋蓋式油杯、壓配式注油杯或旋套