第4章摩擦 磨损 润滑

1、机械设计第四章 摩 擦 摩 擦 1 磨 损 2 润 滑 3 流体摩擦润滑原理简介 4 第4章 摩擦磨损润滑 机械设计第四章 摩 擦 v一、摩擦的分类 动 摩 擦 1 按运动的状态分： 滑动摩擦 滚动摩擦 2按运动的形式分： 干摩擦 边界摩擦 流体摩擦 混合摩擦 3 滑动摩擦按润滑状态分： 液体动力润滑 液体静力润滑 静 摩 擦 零件的相对运动 是在相互摩擦下进行的。 有益的摩擦：摩擦传动、 摩擦制动和摩擦联接等 摩擦在大多数情况下是有 害的：造成能量损耗、效 率降低、温度升高、表面 磨损 4.1 摩擦 机械设计第四章 摩 擦 v（1 1）干摩擦）干摩擦 摩擦面间不加任何润滑剂的摩擦 特点：摩擦

2、系数大，发热多，磨损严重，零件寿命短等 4.1 摩擦 机械设计第四章 摩 擦 v（2）边界摩擦 边界膜 润滑剂与金属表面的吸附作用或化学反应作用， 在摩擦表面上生成一层薄膜。 干摩擦边界摩擦流体摩擦混合摩擦 塑性变形弹性变形 4.1 摩擦 机械设计第四章 摩 擦 v（3）流体摩擦 两摩擦表面被一液体层（油膜）完全隔开， 表面微观凸峰不直接接触， 摩擦的性质取决于液体黏性阻力， 由液体的压力传递两个表面间的相互作用力 干摩擦边界摩擦流体摩擦混合摩擦 塑性变形弹性变形 4.1 摩擦 机械设计第四章 摩 擦 v（4）混合摩擦 摩擦表面间有润滑油，但不能保证液体摩擦时， 有部分接触是边界摩擦，其余部分

3、是液体摩擦 干摩擦边界摩擦流体摩擦混合摩擦 塑性变形弹性变形 4.1 摩擦 机械设计第四章 摩 擦 v定义：由于摩擦的机械作用使接触表面物质逐渐 损耗的过程 4.2 摩损 机械设计第四章 摩 擦 磨损过程 磨损曲线 磨损量 时间 磨合阶段-包括摩擦表面轮廓峰的形 状变化和表面材料被加工硬化两个过 程。 稳定磨损阶段-零件在平稳而缓慢的 速度下磨损。 剧烈磨损阶段-在经过稳定磨损阶段后，零件表面遭到破坏，运动副间隙增大 引起而外的动载荷和振动。零件即将进入报废阶段。 设计机器时，要求缩短磨合期、延长稳定期、推迟剧烈磨损 期的到来。 稳定磨损阶段 磨合阶段 剧烈磨损阶段 机器寿命 4.2 摩损 机

4、械设计第四章 摩 擦 v粘着磨损 由于粘着作用，使摩擦表面的材料由一个表面转移到另 一个表面所引起的磨损 载荷愈大、温度愈高、材料愈软，粘着现象也就愈严重。 轻微磨损 涂抹 划伤 撕脱 咬死 磨损程度 胶合 潘存云教授研制 4.2 摩损 机械设计第四章 摩 擦 v磨粒磨损 也简称磨损，外部进入摩擦面间的游离硬颗粒（如空气中 的尘土或磨损造成的金属微粒）或硬的轮廓峰尖在软材料 表面上犁刨出很多沟纹时被移去的材料，一部分流动到沟 纹两旁，一部分则形成一连串的碎片脱落下来成为新的游 离颗粒，这样的微粒切削过程就叫磨粒磨损。 潘存云教授研制 4.2 摩损 机械设计第四章 摩 擦 v疲劳磨损 也称点蚀，

5、是由于摩擦表面材料微体积在交变的摩擦力 作用下，反复变形所产生的材料疲劳所引起的机械磨损。 产生初始疲劳裂纹扩展 微粒脱落，形成点蚀坑。 点蚀过程 潘存云教授研制 4.2 摩损 机械设计第四章 摩 擦 v腐蚀磨损 当摩擦表面材料在环境的化学或电化学作用下引起腐蚀， 在摩擦副相对运动时所产生的磨损即为腐蚀磨损。 4.2 摩损 机械设计第四章 摩 擦 v减小磨损的主要方法 （1）润滑是减小摩擦、减小磨损的最有效的方法； （2）合理选择摩擦副材料； （3）进行表面处理； （4）注意控制摩擦副的工作条件等。 4.2 摩损 机械设计第四章 摩 擦 v定义：凡是能减小摩擦阻力，减小磨损的物质都 可作为润滑

6、剂。 v 作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、 防锈等。 v 分类： 石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。 动植物油、矿物油、水、液态金属 俗称黄油。由润滑油+稠化剂混合而成。 1）液体润滑剂： 2）润滑脂： 3) 固体润滑剂： 4）气体润滑剂：如空气、氮气、二氧化碳等。 4.3 润滑剂 机械设计第四章 摩 擦 v一、润滑油的主要性质 1）粘度：选择润滑油的重要指标，粘度值越高，油越 稠，内摩擦力愈大，反之越稀 dy du h表征流体黏性的比例常数，称为流体的动力黏度 单位是：Ns/m2或 Pas v 动力粘度 ， mm2/s 或 cm2/s r润滑油的密度， kg/m3 * 运动粘度是划分润

7、滑油牌号的主要依据 4.3 润滑剂 机械设计第四章 摩 擦 粘度的影响因素粘度的影响因素 温度：温度：温度升高粘度降低。温度升高粘度降低。 粘温特性曲线粘温特性曲线 压力：压力：压力增大，粘度增加压力增大，粘度增加 100MPa时，影响严重时，影响严重 5MPa是，影响不明显是，影响不明显 v 一、润滑油的主要性质 4.3 润滑剂 机械设计第四章 摩 擦 4.3 润滑剂 v 一、润滑油的主要性质 2）油性：是润滑油吸附于摩擦表面形成边界膜的能 力。油性越好，吸附能力就越强。 3）闪点：润滑油标准一起内加热蒸发的油气遇到火 焰发出闪光的最低温度。是衡量润滑油易燃性的尺度。 4）凝点：在规定的条件

8、下，润滑油不能自由流动时所 达到的最高温度。是衡量润滑油在低温下工作的一个 指标。 机械设计第四章 摩 擦 v二、润滑脂 4.3 润滑剂 n润滑脂是以润滑油作为基础油，再加入稠化剂制成的膏状物质 润滑脂 类型： 钙基润滑脂 （耐热能力差 5565） 钠基润滑脂 （抗水性能差 可达120） 锂基润滑脂 （良好的耐热、抗水性能、机械安定性） 润滑脂的主要 性能指标： 滴点：决定工作温度。 锥入度：反映其稠度大小。 机械设计第四章 摩 擦 v三、添加剂 4.3 润滑剂 为了改善润滑剂某些方面的性能，在润滑剂中加入的化学合 成物，称为添加剂。 添加剂的种类很多，例如：油性添加剂、极压添加剂、降凝剂、

9、增粘剂等。 极压添加剂可以在金属表面上形成一层保护膜，以减轻磨损。 降凝添加剂可以降低油的凝点 。 机械设计第四章 摩 擦 v四、润滑剂的选用原则 4.3 润滑剂 （1）类型选择: 一般情况下多选用润滑油，橡胶、塑料制成的零件宜用 水润滑。 润滑脂常用于不宜用油润滑或重载低速场合。 气体润滑剂多用于高速轻载场合。 固体润滑剂一般用于不易使用润滑油或润滑脂的特殊条件下， 如高温、高压、极低温、真空、强辐射，不允许污染及无法给 油灯场合，或作为润滑油、润滑脂的添加剂等。 机械设计第四章 摩 擦 v 四、润滑剂的选用原则 4.3 润滑剂 （2）工作条件 工作载荷大时，应选用黏度大且油性和极压性能好的

10、润滑油。 承受重载、间断或冲击载荷时要加入油性剂或极压润滑剂。 高速时以选用黏度小的润滑油或锥入度大的润滑脂。 低温时选用黏度小、凝点低的润滑油。高温时选用黏度大、 闪点高及抗氧化性好的润滑油。 低速时以选用黏度大的润滑油或锥入度小的润滑脂。 机械设计第四章 摩 擦 v 四、润滑剂的选用原则 4.3 润滑剂 （3）结构条件及工作特点 垂直润滑面、开式齿轮、链条等应采用高黏度或 润滑脂或固体润滑剂。 多尘、潮湿环境下，宜采用抗水的钙基、锂基或钠 基润滑脂。 在酸碱化学介质环境及真空、辐射条件下宜采用 固体润滑剂。 机械设计第四章 摩 擦 4.4 流体摩擦润滑 v流体摩擦润滑分类 液体摩擦润滑 气

11、体摩擦润滑 按照工作介质分 流体动力润滑 弹性流体动力润滑 流体静力润滑 按照油膜形成原 理分： 机械设计第四章 摩 擦 4.4 流体摩擦润滑 v 流体摩擦润滑分类 1）流体动力润滑 靠两摩擦表面的相对运动建立压力油膜（称为动压油膜）， 两表面被压力油膜完全分开，实现流体润滑。 2）流体静力润滑 两摩擦表面被外部供油装备输入的压力油完全分开，强迫形 成压力油膜，实现流体润滑。 3）弹性流体动力润滑： 是指理论上为点、线接触的摩擦副，在考虑表面的弹性变形 等因素的基础上建立的流体动力润滑。 4）边界润滑和混合润滑：即边界摩擦和混合摩擦。 机械设计第四章 摩 擦 4.4 流体摩擦润滑 一、流体动力

12、润滑 流体动力润滑是指两个作相对运动物体的摩擦表面，借助于相对速度而产生 的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷。 形成动压油膜的条件：形成动压油膜的条件： 平行间隙不能平行间隙不能 形成动压油膜形成动压油膜。 机械设计第四章 摩 擦 形成动压油膜的条件： O x y A B F max p 油压分布曲线油压分布曲线 楔形间隙能够形成动压楔形间隙能够形成动压 油膜。油膜。 1）两摩擦表面之间必须能形成收敛的楔形间隙；）两摩擦表面之间必须能形成收敛的楔形间隙； 3）两表面之间必须有一定的相对运动速度。）两表面之间必须有一定的相对运动速度。 2）两表面之间必须连续充满具有

13、一定粘度的液体）两表面之间必须连续充满具有一定粘度的液体； 4.4 流体摩擦润滑原理简介 3 0 6 h hh x p 机械设计第四章 摩 擦 4.4 流体摩擦润滑 二、弹性流体润滑 弹性流体动力润滑理论是研究在点、线接触条 件下，两弹性物体间的流体动力润滑膜的力学性质。 这时的计算必须把在油膜压力下，摩擦表面的变形 的弹性方程、表述润滑剂粘度与压力间关系的粘压 方程与流体动力润滑的主要方程结合起来，以求解 油膜压力分布、润滑膜厚度分布等问题。 机械设计第四章 摩 擦 弹性流体动力润滑的特点： n润滑油膜的压力很高，达到1000MPa以上。 n油膜厚度很薄，达到m级。 n接触区的弹性变形很大，与油膜厚度处于同一数量级。