1、武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,1,第4章 摩擦磨損及潤(rùn)滑概述,主要內(nèi)容： 1. 摩擦及其分類 2磨損及其分類 3. 潤(rùn)滑劑類型及常用的潤(rùn)滑方法 4. 流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本原理,重點(diǎn)內(nèi)容： 1. 摩擦的類型及特點(diǎn) 2. 磨損的類型及特點(diǎn) 3. 流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本原理,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,2,4-0 概 述,摩擦學(xué)-研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用表面間的摩擦、磨損和潤(rùn)滑，以及三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門邊緣學(xué)科。, 摩擦-相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；, 磨損-由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；, 潤(rùn)滑-減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。,關(guān)于摩擦、磨損與潤(rùn)滑的學(xué)科構(gòu)

2、成了摩擦學(xué)Tribology)。,世界上使用的能源大約有 1/31/2 消耗于摩擦。,機(jī)械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損過度而報(bào)廢和更換的。,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，摩擦學(xué)的理論和應(yīng)用必將由宏觀進(jìn)入微觀，由靜態(tài)進(jìn)入動(dòng)態(tài)，由定性進(jìn)入定量，成為系統(tǒng)綜合研究的領(lǐng)域。,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,3,一、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(duì)運(yùn) 動(dòng)的現(xiàn)象。,外 摩 擦：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間發(fā)生的相互阻礙 作用現(xiàn)象。,靜 摩 擦：僅有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)的摩擦。,動(dòng) 摩 擦：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行中的摩擦。,滑動(dòng)摩擦：物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滑動(dòng)。,滾動(dòng)摩擦：物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滾

3、動(dòng)。,4-1 摩擦,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,4,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,1. 干摩擦,兩零件表面直接接觸后，因?yàn)槲⒂^局部壓力高而形成許多冷焊點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)時(shí)被剪切。,不允許出現(xiàn)干摩擦！,2. 邊界摩擦,三、 滑動(dòng)摩擦狀態(tài),功耗,磨損,溫度,燒毀軸瓦,運(yùn)動(dòng)副表面有一層厚度1 m的薄油膜，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。,比干摩擦的磨損輕，f 0.1 0.3,有一層壓力油膜將兩金屬表面完全隔開，彼此不直接接觸。是理想的摩擦狀態(tài)。,3. 液體摩擦,摩擦和磨損極輕，f 0.001 0.01,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,5,潘存云

4、教授研制,4. 混合摩擦,混合摩擦是指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)?；旌夏Σ聊苡行Ы档湍Σ磷枇?，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦?xí)r要小得多。,邊界摩擦和混合摩擦在工程實(shí)際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,6,磨損由于摩擦而導(dǎo)致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。,磨損曲線,4-2 磨損,磨損過程大致如圖所示：,磨合階段-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(gè)過程。,穩(wěn)定磨損階段-零件在平穩(wěn)而緩慢的速度下磨損。 它標(biāo)志著磨擦條件相對(duì)穩(wěn)定。,劇烈磨損階段-零件表面遭到破壞，運(yùn)動(dòng)副間隙增大引起動(dòng)載荷和振動(dòng)。零件即將進(jìn)入報(bào)廢階段。,后果降低機(jī)器的效率

5、和可靠性，甚至促使機(jī)器提前報(bào)廢。,設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)，要求縮短磨合期、延長(zhǎng)穩(wěn)定期、推遲劇烈磨損期的到來。,它是磨損的不穩(wěn)定階段，在整個(gè)壽命周期內(nèi)時(shí)間很短。,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,7,磨粒磨損,磨損的分類：,疲勞磨損,粘附磨損,沖蝕磨損,腐蝕磨損,微動(dòng)磨損,磨損類型,按磨損機(jī)理分,按磨損表面外觀可分為,點(diǎn)蝕磨損,膠合磨損,擦傷磨損,兩種不同的稱謂,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,8,磨粒磨損也簡(jiǎn)稱磨損，外部進(jìn)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(shí)被移去的材料，一部分流動(dòng)到溝紋兩旁，一部分則形成一連串的碎片脫落下來成

6、為新的游離顆粒，這樣的微粒切削過程就叫磨粒磨損。,潘存云教授研制,磨損的機(jī)理：,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,9,磨損的機(jī)理：,粘附磨損也稱膠合，當(dāng)摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點(diǎn)處由于瞬時(shí)的溫升和壓力發(fā)生“冷焊”后，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，材料從一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面，便形成粘附磨損。嚴(yán)重的粘附磨損會(huì)造成運(yùn)動(dòng)副咬死。,潘存云教授研制,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,10,磨損的機(jī)理：,疲勞磨損也稱點(diǎn)蝕，是由于摩擦表面材料微體積在交 變的摩擦力作用下，反復(fù)變形所產(chǎn)生的材料疲勞所引起的機(jī)械磨損。 點(diǎn)蝕過程：產(chǎn)生初始疲勞裂紋擴(kuò)展微粒脫落，形成點(diǎn)蝕坑。,潘存云教授研制,武漢科技大學(xué)專用 作者：

7、 潘存云教授,11,磨損的機(jī)理：,沖蝕磨損流動(dòng)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(jī)械磨損。利用高壓空氣輸送型砂或高壓水輸送碎石時(shí)，管道內(nèi)壁所產(chǎn)生的機(jī)械磨損是實(shí)例之一。,近年來，由于燃?xì)鉁u輪機(jī)的葉片、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的尾噴管這樣一些部位的破壞，才引起人們對(duì)這種磨損形式的特別注意,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,12,磨損的機(jī)理：,腐蝕磨損當(dāng)摩擦表面材料在環(huán)境的化學(xué)或電化學(xué)作 用下引起腐蝕，在摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的磨損即為腐蝕磨損。,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,13,磨損的機(jī)理：,微動(dòng)磨損是指摩擦副在微幅運(yùn)動(dòng)時(shí)，由上述各磨損機(jī)理共同形成的復(fù)合磨損。微幅運(yùn)動(dòng)可

8、理解為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。,實(shí)例：軸與孔的過盈配合面、滾動(dòng)軸承套圈的配合面、 旋合螺紋的工作面、鉚釘?shù)墓ぷ髅娴取?武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,14,一、 潤(rùn)滑劑,作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。,分類,液體潤(rùn)滑劑-潤(rùn)滑油,半固體潤(rùn)滑劑-潤(rùn)滑脂,固體潤(rùn)滑劑,1. 潤(rùn)滑油,礦物油來源充足、成本低廉、穩(wěn)定性好，應(yīng)用最廣。,種類：,氣體潤(rùn)滑劑-空氣,有機(jī)油-動(dòng)、植物油,礦物油-石油產(chǎn)品,化學(xué)合成油,4-3 潤(rùn)滑劑、添加劑和潤(rùn)滑方法,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,15,潘存云教授研制,在軸承中，潤(rùn)滑油最重要的物理參數(shù)是粘度，它是選擇潤(rùn)滑油的主要依據(jù)。粘度

9、表征液體流動(dòng)的內(nèi)摩擦特性。,A、B兩板之間充滿了液體，B板靜止，A板水平移動(dòng)速度為v。由于液體與金屬表面的吸附作用，A板表面的液體速度為v，而B板表面的液體速度為0。兩板之間的速度呈線性分布。,液體層與層之間摩擦切應(yīng)力：,-流體中任意點(diǎn)處的切應(yīng)力與該處的速度梯度成正比。,-液體的動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱粘度,單位：泊（P，1P0.1Pas） 或厘泊（cP，1P100cP）。,實(shí)驗(yàn)結(jié)果：,分析位置y處薄層的受力,粘度-重要指標(biāo)，粘度值越高，油越稠，反之越稀；,粘度的種類,動(dòng)力粘度,運(yùn)動(dòng)粘度,條件粘度,1) 動(dòng)力粘度,- 牛頓液體流動(dòng)定律,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,16,工程中常用運(yùn)動(dòng)粘度：,單

10、位：cm2 / s（斯St）,2) 運(yùn)動(dòng)粘度,注：潤(rùn)滑油的牌號(hào)與運(yùn)動(dòng)粘度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如：牌號(hào)為L(zhǎng)-AN10的油在40時(shí)的平均運(yùn)動(dòng)粘度大約為10cSt。,或 mm2 / s（厘斯cSt）,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,17,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,18,3) 條件粘度,指在一定條件下，利用某種規(guī)格的粘度計(jì)，通過測(cè)定潤(rùn)滑油穿過規(guī)定孔道的時(shí)間來進(jìn)行度量的粘度。,常用的有：,恩氏度（ Et） -中國(guó)慣用,賽氏通用秒（SUS）-美國(guó)慣用,雷氏秒 -英國(guó)慣用,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,19,潘存云教授研制,潤(rùn)滑油的特性：,1）粘-溫相關(guān)性,溫度 t ,壓力p , ,

11、但p10MPa時(shí)可忽略。變化很小, ,粘-溫圖,L-TSA32,L-TSA46,L-AN10,L-EQC10W/30,選用原則：,(1) 載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的油；,(2) 載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，宜選用粘度小的油；,粘度值的大小不僅影響摩擦副的運(yùn)動(dòng)阻力，而且對(duì)潤(rùn)滑油膜的形成及承載能力具有決定性的作用。,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,20,2）潤(rùn)滑性（油性-吸附性）,潤(rùn)滑性是指潤(rùn)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(rùn)滑性愈好，吸附能力愈強(qiáng)。對(duì)于那些低速重載或潤(rùn)滑不充分的場(chǎng)合，潤(rùn)滑性具有特別重要的意義。,3）極壓性 (抗磨、耐壓性),極壓性能是潤(rùn)滑油中

12、加入含硫、氯、磷的有機(jī)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(rùn)滑性能。,4）閃點(diǎn)(易燃性),潤(rùn)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(shí)的最低溫度。是衡量油易燃性的指標(biāo)。對(duì)于在高溫下工作的機(jī)器，這是一個(gè)重要參數(shù)。一般要求工作溫度比油的閃點(diǎn)低3040 。,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,21,5）凝點(diǎn) (凝固性),潤(rùn)滑油在規(guī)定的條件下，不再自由流動(dòng)時(shí)所達(dá)到的最高溫度。它是潤(rùn)滑油在低溫下工作的一個(gè)重要指標(biāo)，直接影響到機(jī)器在低溫下的啟動(dòng)性能和磨損情況。,6）氧化穩(wěn)定性,從化學(xué)意義上講，潤(rùn)滑油是不活潑的。

13、但當(dāng)它們暴露在高溫氣體中時(shí)，也會(huì)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。,2. 潤(rùn)滑脂,-潤(rùn)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(diǎn)：密封簡(jiǎn)單、不需要經(jīng)常添加、不易流失；對(duì)速度和溫度不敏感，適用范圍廣。,缺點(diǎn)：摩擦損耗較大、機(jī)械效率低，不適宜高速場(chǎng)合。,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,22,潤(rùn)滑脂的種類：,鈉基潤(rùn)滑脂,鋰基潤(rùn)滑脂,鋁基潤(rùn)滑脂,鈣基潤(rùn)滑脂,分類,1) 鈣基潤(rùn)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(rùn)滑脂,具有較高的耐熱性，但抗水性較差，工作溫度可達(dá)120。由于它能與

14、少量水乳化，從而保護(hù)金屬免遭腐蝕，比鈣基脂有更好的防銹能力。,-工程上應(yīng)用最廣,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,23,3) 鋰基潤(rùn)滑脂,既能抗水、又耐高溫，而且有較好的機(jī)械安定性，是一種多用途的潤(rùn)滑值。工作溫度不宜超過145。,4) 鋁基潤(rùn)滑脂,具有良好的抗水性，對(duì)金屬表面有高的吸附能力，故可起到良好的防銹作用。,潤(rùn)滑脂的主要質(zhì)量指標(biāo)：,2) 滴點(diǎn)，決定工作溫度。,錐入度，反映其稠度大小。,-在25恒溫下，一質(zhì)量為1.5N的標(biāo)準(zhǔn)錐體由潤(rùn)滑脂表面經(jīng)5秒后刺入的深度，其等級(jí)做為潤(rùn)滑脂的牌號(hào)。,-在規(guī)定加熱條件下,潤(rùn)滑脂從標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量杯的孔口滴下第一滴時(shí)的溫度。,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教

15、授,24,3. 固體潤(rùn)滑劑,聚氟乙烯樹脂,用于潤(rùn)滑油不能勝任工作的場(chǎng)合：高溫、低速重載。,石墨,二流化鉬（MoS2）,-性能穩(wěn)定、t350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。,使用方式：,1.調(diào)和在潤(rùn)滑油中；,2.涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；,3.混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。,其應(yīng)用日漸廣泛,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,25,添加劑-為了改善潤(rùn)滑劑品質(zhì)和性能而添加的物質(zhì)。,二、添加劑,作用-提高油性、極壓性、延長(zhǎng)使用壽命、改善性能。,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,26,潘存云教授研制

16、,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潤(rùn)滑油潤(rùn)滑在工程中的應(yīng)用最普遍，其供油方式有：,三、潤(rùn)滑方法,潤(rùn)滑方式,人工給油；,油杯滴油；,浸油潤(rùn)滑、飛濺給油；,用油泵強(qiáng)制潤(rùn)滑和冷卻。,噴油潤(rùn)滑,滴油潤(rùn)滑,浸油潤(rùn)滑,飛濺潤(rùn)滑,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,27,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,針閥式油杯,旋蓋式油脂杯 脂用,潘存云教授研制,壓注式油杯,彈簧蓋油杯,四、潤(rùn)滑裝置,1. 油杯,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,28,潘存云教授研制,潘存云教授研制,2. 油環(huán),武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,29,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,一、流體動(dòng)力潤(rùn)

17、滑,先分析平行板的情況。板B靜止，板A以速度向左運(yùn)動(dòng)，板間充滿潤(rùn)滑油，無載荷時(shí)， 液體各層的速度呈三角形分布，近油量與處油量相等，板A不會(huì)下沉。但若板A有載荷時(shí)，油向兩邊擠出，板A逐漸下沉，直到與B板接觸。,4-4 流體潤(rùn)滑原理簡(jiǎn)介,流體動(dòng)力潤(rùn)滑是指兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的摩擦表面，借助于相對(duì)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(dòng)壓油膜-因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜。,兩平形板之間不能形成壓力油膜！,如兩板不平行板。板間間隙呈沿運(yùn)動(dòng)方向由大到小呈收斂楔形分布，且板A有載荷， 當(dāng)板A運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩端速度若程虛線分布，則必然進(jìn)油多而出油少。由于液體實(shí)際上是不可壓縮的，必

18、將在板內(nèi)擠壓而形成壓力，迫使進(jìn)油端的速度往內(nèi)凹，而出油端的速度往外鼓。進(jìn)油端間隙大而速度曲線內(nèi)凹，出油端間隙小而速度曲線外凸，進(jìn)出油量相等，同時(shí)間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡，板A不會(huì)下沉。這說明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜。這種因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜稱為動(dòng)壓油膜。各截面的速度圖不一樣，從凹三角形過渡到凸三角形，中間必有一個(gè)位置呈三角形分布。,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,30,潘存云教授研制,形成動(dòng)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(rùn)滑油或其它液體；,3.兩工件表面必須有相對(duì)滑動(dòng)速度。其運(yùn)動(dòng)方向必 須保證潤(rùn)滑油從大截面流進(jìn)，從小截面出來

19、。, Fy =F Fx 0, Fy =F Fx = 0,應(yīng)用實(shí)例-向心滑動(dòng)軸承動(dòng)壓油膜的形成過程：,靜止,爬升,將軸起抬 轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高,穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速,e -偏心距,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,31,二、彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑,彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論-研究在點(diǎn)、線接觸條件下，兩彈性物體間的流體動(dòng)力潤(rùn)滑膜的力學(xué)性質(zhì)。,求解油膜壓力分布、潤(rùn)滑膜厚度分布等問題,流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論的前提：,-適應(yīng)于低副中兩零件之間的潤(rùn)滑問題，,潤(rùn)滑劑粘度不隨壓力變化,零件摩擦表面為剛體,武漢科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,32,潘存云教授研制,潘存云教授研制,依靠潤(rùn)滑劑的粘附作用，兩圓柱體相互滾動(dòng)時(shí)將潤(rùn)滑劑帶入間隙。由于接觸壓力較高使接觸面發(fā)生局部變形，接觸面積增大，并形成了一個(gè)平行縫隙，在出油口處的接觸面邊緣出現(xiàn)了使間隙變小的突出部分，稱為縮頸現(xiàn)象，此處形成了最小油膜厚度，出現(xiàn)了第二個(gè)峰值壓力。,干摩擦接觸