1、第四章 摩擦、磨損及潤滑概述,1、了解摩擦的種類及其基本性質(zhì)，干摩擦、邊界摩擦潤滑、 彈性流體動壓潤滑理輪、常用潤滑劑及添加劑的種類、 工業(yè)常用潤滑脂的種類及性能；,2、掌握磨損的概念、分類及設計原則、潤滑油粘度及其 單位換算、形成流體動壓潤滑的基本條件。,基本要求,4-0 概 述,引 言,摩擦現(xiàn)象是自然界中普遍存在的物理現(xiàn)象。對于機器來講，摩 擦會使效率降低，溫度升高，表面磨損。過大的磨損會使機器喪失 應有的精度，進而產(chǎn)生振動和噪音，縮短使用壽命。,世界上使用的能源大約有 1/31/2 消耗于摩擦。如果能夠盡力 減少無用的摩擦消耗，便可大量節(jié)省能源。,機械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過限

2、度而報廢。,潤滑是減小摩擦、減少磨損、提高機械效率的最常用最有效方法。,研究摩擦、磨損與潤滑的科學與技術(shù)構(gòu)成了摩擦學。,當在正壓力作用下相互接觸的兩個物體受切向力的影響而發(fā)生相對運動或相對運動的趨勢時，在接觸表面上會產(chǎn)生抵抗運動的阻力，這種自然現(xiàn)象叫做摩擦。,摩擦學的發(fā)展 摩擦、磨損、潤滑是一種古老的技術(shù)，但一直未成為一門獨立的學科。1964年英國以喬斯特為首的一個小組，受英國科研與教育部的委托，調(diào)查了潤滑方面的科研與教育狀況及工業(yè)在這方面的需求。于1966年提出了一項調(diào)查報告。這項報告提到，通過充分運用摩擦學的原理與知識，就可以使英國工業(yè)每年節(jié)約510,000,000英鎊，相當于英國國民生產(chǎn)

3、總值的1%。這項報告引起了英國政府和工業(yè)部門的重視，同年英國開始將摩擦、磨損、潤滑及有關(guān)的科學技術(shù)歸并為一門新學科-摩擦學（Tribology）。,4-1 摩擦,“機械說” -摩擦原因是表面微凸體的相互阻礙作用；,“分子說” -摩擦原因是表面材料分子間的吸附力作用；,一、摩擦的機理,“機械分子說”兩種作用均有。,二、摩擦的分類,內(nèi)摩擦：在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對運動的現(xiàn)象。,外摩擦：在相對運動的物體表面間發(fā)生的相互阻礙作用現(xiàn)象。,1. 干摩擦,表面間無任何潤滑劑或保護膜，表面金屬直接接觸時的摩擦。,2. 邊界摩擦1,三、 滑動摩擦狀態(tài),功耗,磨損,溫度,運動副表面有一層厚度1 m的薄油

4、膜，不足以將兩金屬表面完全分開，其表面部分微觀高峰部分仍將相互搓削。,摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面吸附性能，比干摩擦的磨損輕，f 0.1 0.3,邊界摩擦靠邊界膜起潤滑作用，邊界膜的類型如下：,潤滑劑中的極性分子與金屬表面相互吸引，形成定向排列的分 子柵，稱為物理吸附膜。,潤滑油靠物理吸附形成邊界膜的能力，稱為油性。,潤滑劑中的活性分子靠離子鍵吸附在金屬表面上形成的吸附膜， 稱為化學吸附膜。,在潤滑劑中添加入硫、磷、氯等元素，它們與表面金屬發(fā)生化 學反應生成的邊界膜，稱為反應膜。,反應膜在高溫下破裂后，能生成新的化合物，形成新的反應膜， 這種能力稱為極壓性。,能生成反應膜的潤滑油稱為極壓油。,注

5、：溫度對邊界膜的影響很大。溫度越高，邊界膜越容易破壞。,3. 流體摩擦 34,其摩擦系數(shù)最小， f 0.001 0.008，摩擦和磨損極輕，是理想的摩擦狀態(tài)。,是指摩擦表面完全被流體膜隔開，彼此不直接接觸摩擦性質(zhì)取決于流體內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦。,邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為邊界摩擦。,4.混合摩擦 13 是指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)。,混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦時要小得多。,磨損由于摩擦而導致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。,4-2 磨損,后果降低機器的效率和可靠性，甚至促使機器提前報廢。,磨損率：單位時間（或單位行程、轉(zhuǎn)角等）材料

6、的損失量。,耐磨性：是指材料抵抗脫落的能力，與磨損率成倒數(shù)關(guān)系。,一、典型宏觀磨損過程,一個機械零件的磨損過程大體可分為三個階段：,1）磨合階段,磨合（跑合）：是指新零件在運轉(zhuǎn)初期的磨損。,包括摩擦表面輪廓峰的形狀變化和表面材料被加工硬化兩個過程。,新摩擦副表面比較粗糙，真實微觀接觸面積比較小，壓強大，因此運轉(zhuǎn)初期的磨損比較快。但是，磨損以后表面的微觀凸峰降低，接觸面積增大，壓強減小，磨損的速度逐漸減慢。,2）穩(wěn)定磨損階段,這個階段屬于零件的正常工作階段，磨損率穩(wěn)定且較低。這一階段的長短直接影響機器的壽命。,3）劇烈磨損階段,零件經(jīng)長時間工作磨損以后，表面精度下降，效率降低，沖擊振動加大，溫度

7、升高，導致磨損加劇，最終導致零件報廢。,注：設計機器時，應該力求縮短磨合期，延長穩(wěn)定磨損期， 推遲劇烈磨損的到來。,磨粒磨損,二、磨損的分類：,疲勞磨損,粘附磨損,沖蝕磨損,腐蝕磨損,微動磨損,磨損類型,按磨損機理分,按磨損表面外觀可分為,點蝕磨損,膠合磨損,擦傷磨損,三、磨損的機理：,磨粒磨損也簡稱磨損，外部進入摩擦面間的游離硬顆粒（如空氣中的塵土或磨損造成的金屬微粒）或硬的輪廓峰尖在軟材料表面上犁刨出很多溝紋時被移去的材料，一部分流動到溝紋兩旁，一部分則形成一連串的碎片脫落下來成為新的游離顆粒，這樣的微粒切削過程就叫磨粒磨損。,粘附磨損也稱膠合，當摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點處由于瞬時

8、的溫升和壓力發(fā)生“冷焊”后，在相對運動時，材料從一個表面遷移到另一個表面，便形成粘附磨損。嚴重的粘附磨損會造成運動副咬死。,三、磨損的機理：,疲勞磨損也稱點蝕，是由于摩擦表面材料微體積在交變的接觸應力作用下，反復變形所產(chǎn)生的材料疲勞所引起的機械磨損。 點蝕過程： 產(chǎn)生初始疲勞裂紋擴展 微粒脫落，形成點蝕坑。,三、磨損的機理：,是高副（點、線接觸）機械零件的常件磨損形式。,沖蝕磨損流動的液體或氣體中所夾帶的硬質(zhì)物體或硬質(zhì)顆粒沖擊零件表面所引起的機械磨損。利用高壓空氣輸送型砂或高壓水輸送碎石時，管道內(nèi)壁所產(chǎn)生的機械磨損是實例之一。,三、磨損的機理：,腐蝕磨損當摩擦表面材料在環(huán)境的化學或電化學作用下

9、引起腐蝕，在摩擦副相對運動時所產(chǎn)生的磨損即為腐蝕磨損。,三、磨損的機理：,微動磨損是指摩擦副在微幅運動時，由上述各磨損機理共同形成的復合磨損。微幅運動可理解為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對運動。,應用實例：軸與孔的過盈配合面、滾動軸承套圈的配合面、旋合螺紋的工作面、鉚釘?shù)墓ぷ髅娴取?三、磨損的機理：,四、減小磨損的主要方法,（1）潤滑是減小摩擦、減小磨損的最有效的方法；,（2）合理選擇摩擦副材料；,（3）進行表面處理；,（4）注意控制摩擦副的工作條件等。,4-3 潤滑劑、添加劑和潤滑方法,潤滑：在兩個摩擦表面之間加入潤滑劑，以減小摩擦和磨損。 此外，潤滑還可起到散熱降溫，防銹、防塵，緩沖吸振等作

10、用。,一、 潤滑劑,凡是能減小摩擦阻力，減小磨損的物質(zhì)都可作為潤滑劑。,：石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。,1、潤滑劑的分類,1）液體潤滑劑： 潤滑油,2）潤滑脂：,俗稱黃油。由潤滑油+稠化劑混合而成。,3) 固體潤滑劑,4）氣體潤滑劑： 如空氣、氮氣、二氧化碳等。,注：潤滑油和潤滑脂在實際中應用最廣。,2、 潤滑油,礦物油來源充足、成本低廉、穩(wěn)定性好、因而應用最廣。,二、 潤滑油的主要性質(zhì),粘度：是表示油液內(nèi)部相對運動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦阻力大小的性能指標。 （粘度是選擇潤滑油的主要依據(jù)）。,1) 動力粘度,兩個平行的平板之間充滿潤滑油，B 板靜止，A 板以速度 運動，各油層的速度呈直線分布。相鄰油層

11、之間有相對運動，會產(chǎn)生內(nèi)摩擦阻力。,研究表明：油液內(nèi)摩擦切應力 與速度梯度 成正比。,即,式中： 即為潤滑油的動力粘度。,其國際單位(SI)為： （帕秒） 。,絕對單位制（C.G.S）泊：1P(泊)=1dyn s /cm2,1P（泊）=100 CP（厘泊）,2) 運動粘度,運動粘度：動力粘度 與同溫度下該流體的密度 之比。,單位： m2 / s,C.G.S單位：斯1St=1cm2 /s,厘斯：1cSt=1mm2 /s,注：我國潤滑油的牌號就是用40下運動粘度的中心值表示的。,即運動粘度,如：牌號為L-AN10的油在40時的運動粘度大約為10 cSt。 （表4-1）,運動粘度與條件粘度之間的換算

12、關(guān)系：,3) 條件粘度,指在一定條件下，利用某種規(guī)格的粘度計，通過測定潤滑油穿過規(guī)定孔道的時間來進行度量的粘度。,4) 潤滑油的特性,（1）溫度,潤滑油的粘度隨著溫度的升高而降低,（2）壓力,潤滑油的粘度隨著壓力的增高而增大。一般潤滑情況下，影響不大。,粘度指數(shù)：粘度指數(shù)高，表明粘度隨溫度變化小。,式中： 為一個大氣壓下的粘度； 為粘壓指數(shù)； 為壓強。,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。,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

13、中的極性分子在金屬表面生成抗磨、耐高壓的化學反應邊界膜的性能，它在重載、高速、高溫條件下，可改善邊界潤滑性能。,閃點,潤滑油在標準容器中加熱所蒸發(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。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 3040 。,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，直接影響到機器在低溫下的啟動性能和磨損情況。,氧化穩(wěn)定性,從化學意義上講，潤滑油是不活潑的。但當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

14、的磨損。,三、 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。,1) 鈣基潤滑脂,這種潤滑脂具有良好的抗水性，但耐熱能力差，工作溫度不宜超過 5565 。,2) 鈉基潤滑脂,這種潤滑脂具有較高的耐熱性，但抗水性較差，工作溫度可達 120 。由于它能與少量水乳化，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,這種潤滑脂既能抗水，又耐高溫，而且有較好的機械按定型，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

15、,這種潤滑脂具有良好的抗水性，對金屬表面有高的吸附能力，故可起到良好的防銹作用。,潤滑脂的主要質(zhì)量指標是：,1）錐(針)入度（或稠度） 標志潤滑脂內(nèi)阻力的大小和流動性的強弱。 錐入度越大，稠度越小。,2) 滴點 決定工作溫度。應低于滴點,四、 固體潤滑劑,聚氟乙烯樹脂,用于潤滑油不能勝任工作的場合：高溫、低速重載。,石墨,二流化鉬（MoS2）,-性能穩(wěn)定、t 350 才開始氧化， 可在水中工作。,-摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣 (-60300 )，但遇水性能下降。,-摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。,添加劑-為了改善潤滑劑品質(zhì)和性能而添加的物質(zhì)。,五、添加劑,作用-提高油性、極壓性、延長使用壽命、改

16、善性能。,潤滑油潤滑在工程中的應用最普遍，其供油方式有：,六、潤滑方法,潤滑方式,人工給油；,油杯滴油；,浸油潤滑、飛濺給油；,用油泵強制潤滑和冷卻。,噴油潤滑,滴油潤滑,浸油潤滑,飛濺潤滑,針閥式油杯,旋蓋式油杯,壓注式油杯,彈簧蓋油杯,七、潤滑裝置,1. 油杯,2. 油環(huán),一、流體動力潤滑,4-4 流體潤滑原理簡介,流體動力潤滑是指兩個作相對運動物體的摩擦表面，借助于相對速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷。,動壓油膜-因運動而產(chǎn)生的壓力油膜。,兩平形板之間不能形成壓力油膜！,形成動壓油膜的必要條件：,1.兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；,2.兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤滑油或其它液體；,3.兩工件表面必須有相對滑動速度。其運動方方向必 須保證潤滑油從大截面流進，從小截面出來。, Fy =F Fx 0, Fy =F Fx = 0,應用實例-向心滑動軸承動壓油膜的形成過程：,靜止,爬升,將軸起抬,穩(wěn)定運轉(zhuǎn),e -偏心距,二、彈性流體動力潤滑,彈性流體動力潤滑理論-研究在點、線接觸條件下，兩彈性物體間的流體動力潤滑膜的力學性質(zhì)。,求解油膜壓力分布、潤滑膜厚度分布等問題,流體動力潤滑理論的前提：,-適應于低副中兩零件之間的潤滑問題，,潤滑劑粘度不隨壓力變化；,零件摩擦表面