机械设计基础(第2章)

1、第2章 摩擦、磨损及润滑概述重点：重点：1）各类摩擦的机理、物理特征及其影响因素）各类摩擦的机理、物理特征及其影响因素 2）各类磨损的机理、物理特征及其影响因素）各类磨损的机理、物理特征及其影响因素 3）润滑与密封）润滑与密封难点：如何根据工作情况，合适地选择润滑剂和密封装置。难点：如何根据工作情况，合适地选择润滑剂和密封装置。2.1 摩擦与磨损摩擦与磨损 摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象。摩擦不仅消耗能量，摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象。摩擦不仅消耗能量，而且使零件发生磨损，甚至导致零件的失效。磨损是摩擦的结果。为了而且使零件发生磨损，甚至导致零件的失效。磨损是摩擦的结果。为了

2、减少摩擦或降低磨损，往往要采用润滑。减少摩擦或降低磨损，往往要采用润滑。 摩擦在某些情况下是有益的，如带传动等，必须尽可能地增大它。摩擦在某些情况下是有益的，如带传动等，必须尽可能地增大它。磨损也有有利的一面，如新机械的跑合等。磨损也有有利的一面，如新机械的跑合等。 2.1 摩擦与磨损2.1.1 2.1.1 摩擦及其分类摩擦及其分类两物体接触区产生阻碍运动并消耗能量的现象，称为摩擦摩擦。有些情况下却要利用摩擦工作，如带传动，摩擦制动器等。2.1 摩擦与磨损1.干摩擦干摩擦 如果两物体的滑动表面为无任何润滑剂或保护膜的纯金如果两物体的滑动表面为无任何润滑剂或保护膜的纯金属，这两个物体表面直接接触

3、时的摩擦称为干摩擦属，这两个物体表面直接接触时的摩擦称为干摩擦 2. 2. 液体摩擦液体摩擦两摩擦表面不直接接触，被油膜隔开。根据摩擦副表面间的润滑状态将摩擦状态分为四种：根据摩擦副表面间的润滑状态将摩擦状态分为四种：2.1.1 2.1.1 摩擦及其分类摩擦及其分类2.1 摩擦与磨损2.1.2 磨损及其过程磨损及其过程 表面物质在摩擦过程中不断损失的现象称为摩损。单位表面物质在摩擦过程中不断损失的现象称为摩损。单位时间内材料的磨损量称为磨损率。磨损量可以用体积、质量时间内材料的磨损量称为磨损率。磨损量可以用体积、质量或厚度来衡量。或厚度来衡量。工程上常利用磨损的原理来减小零件表面的工程上常利用

4、磨损的原理来减小零件表面的粗糙度，如磨削、研磨、抛光、跑合等。粗糙度，如磨削、研磨、抛光、跑合等。3.边界摩擦边界摩擦两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开。两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开。4.4.混合摩擦混合摩擦处于干摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态。处于干摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态。2.1 摩擦与磨损磨损过程大致可分为以下三个阶段：磨损过程大致可分为以下三个阶段：1.1.跑合（磨合）磨损阶段跑合（磨合）磨损阶段2.2.稳定磨损阶段稳定磨损阶段3.3.剧烈磨损阶段剧烈磨损阶段在跑合阶段结束后应清洗零件，更换润滑油。在跑合阶段结束后应清洗零件，更换润滑油。2.1 摩擦与磨损1.1.磨

5、粒磨损磨粒磨损 由于摩擦表面上的硬质突出物或从外部进入摩擦表面的硬由于摩擦表面上的硬质突出物或从外部进入摩擦表面的硬质颗粒，对摩擦表面起到切削或刮擦作用，从而引起表层材质颗粒，对摩擦表面起到切削或刮擦作用，从而引起表层材料脱落的现象，称为磨粒磨损。料脱落的现象，称为磨粒磨损。 减轻磨粒磨损：满足润滑条件，合理地选择摩擦副的材减轻磨粒磨损：满足润滑条件，合理地选择摩擦副的材料、降低表面粗糙度值以及加装防护密封装置等。料、降低表面粗糙度值以及加装防护密封装置等。2.1.3 磨损分类磨损分类 按照磨损的机理以及零件表面磨损状态的不同把磨损分为：按照磨损的机理以及零件表面磨损状态的不同把磨损分为：2.

6、粘着磨损粘着磨损粘着作用引起的磨损，称为粘着磨损粘着作用引起的磨损，称为粘着磨损。 粘着磨损按程度不同可分为五级：轻微磨损、涂抹、粘着磨损按程度不同可分为五级：轻微磨损、涂抹、擦伤、撕脱、咬死。擦伤、撕脱、咬死。 涂抹、擦伤、撕脱又称为胶合，往往发生于高速、重载涂抹、擦伤、撕脱又称为胶合，往往发生于高速、重载的场合。的场合。 合理地选择配对材料，采用表面处理，限制摩擦表面的合理地选择配对材料，采用表面处理，限制摩擦表面的温度，控制压强及采用含有油性极压添加剂的润滑剂等，温度，控制压强及采用含有油性极压添加剂的润滑剂等，都可减轻粘着磨损。都可减轻粘着磨损。2.1 摩擦与磨损2.1 摩擦与磨损3.

7、 .疲劳磨损（点蚀）疲劳磨损（点蚀） 两摩擦表面为点或线接触时，由于局部的弹性变形形成两摩擦表面为点或线接触时，由于局部的弹性变形形成了小的接触区。这些小的接触区形成的摩擦副如果受变化了小的接触区。这些小的接触区形成的摩擦副如果受变化接触应力的作用，则在其反复作用下，表层将产生裂纹。接触应力的作用，则在其反复作用下，表层将产生裂纹。 合理地选择材料及材料的硬度，选择粘度高的润滑油，合理地选择材料及材料的硬度，选择粘度高的润滑油，加入极压添加剂或及减小摩擦面的粗糙度值等，可以提抗加入极压添加剂或及减小摩擦面的粗糙度值等，可以提抗疲劳磨损的能力疲劳磨损的能力。4.4.腐蚀磨损腐蚀磨损 在摩擦过程中

8、，摩擦面与周围介质发生化学或电化学反在摩擦过程中，摩擦面与周围介质发生化学或电化学反应而产生物质损失的现象，称为腐蚀磨损。应而产生物质损失的现象，称为腐蚀磨损。 实际上大多数磨损是以上述四种磨损形式的复合形式出实际上大多数磨损是以上述四种磨损形式的复合形式出现的。现的。2.2 润滑润滑的主要作用是润滑的主要作用是: :(1) (1) 减小摩擦系数减小摩擦系数, ,提高机械效率提高机械效率(2) (2) 减轻磨损减轻磨损, ,延长机械的使用寿命。还可起到冷却、延长机械的使用寿命。还可起到冷却、防尘以及吸振等作用。防尘以及吸振等作用。2.2.1润滑剂的性能与选择润滑剂的性能与选择1.润滑油润滑油

9、主要有矿物油、合成油、动植物油等，其中应用主要有矿物油、合成油、动植物油等，其中应用最广泛的为矿物油。最广泛的为矿物油。 润滑油最重要的一项物理性能指标为润滑油最重要的一项物理性能指标为粘度粘度，它是选择润，它是选择润滑油的主要依据。滑油的主要依据。 2.2 润滑2.2 润滑 粘度可用动力粘度、运动粘度、条件粘度（恩氏粘度）粘度可用动力粘度、运动粘度、条件粘度（恩氏粘度）等表示。等表示。 润滑油的主要物理性能指标还有润滑油的主要物理性能指标还有凝点凝点、闪点闪点、燃点燃点和和油性油性等。等。 润滑油的粘度并不是固定不变的，而是随着温度和压润滑油的粘度并不是固定不变的，而是随着温度和压强而变化。

10、粘度随温度的升高而降低，且变化很大，因此，强而变化。粘度随温度的升高而降低，且变化很大，因此，在注明某种润滑油的粘度时，必须同时标明它的测试温度，在注明某种润滑油的粘度时，必须同时标明它的测试温度，否则便毫无意义。否则便毫无意义。2.润滑脂润滑脂 润滑脂是在润滑油中加入稠化剂润滑脂是在润滑油中加入稠化剂( (如钙、钠、锂等金属如钙、钠、锂等金属皂基）而形成的脂状润滑剂，又称为黄油或干油。皂基）而形成的脂状润滑剂，又称为黄油或干油。润滑脂的主要性能指标为润滑脂的主要性能指标为滴点滴点、锥（针）入度锥（针）入度和和耐水性耐水性等等 2.2 润滑3.润滑剂的选用润滑剂的选用 润滑剂选用的基本原则是：

11、在低速、重载、高温和间润滑剂选用的基本原则是：在低速、重载、高温和间隙大的情况下，应选用粘度较大的润滑油；高速、轻载、隙大的情况下，应选用粘度较大的润滑油；高速、轻载、低温和间隙小的情况下应选粘度较小的润滑油。润滑脂主低温和间隙小的情况下应选粘度较小的润滑油。润滑脂主要用于速度低、载荷大、不需经常加油、使用要求不高或要用于速度低、载荷大、不需经常加油、使用要求不高或灰尘较多的场合。气体、固体润滑剂主要用于高温、高压、灰尘较多的场合。气体、固体润滑剂主要用于高温、高压、防止污染等一般润滑剂不能适用的场合。防止污染等一般润滑剂不能适用的场合。2.2 润滑2.2.2 润滑方法和润滑装置润滑方法和润滑

12、装置机械设备的润滑，主要集中在传动件和支承件上。机械设备的润滑，主要集中在传动件和支承件上。机器的润滑方法：机器的润滑方法：集中润滑集中润滑分散润滑分散润滑2.2 润滑润滑装置润滑装置 :油润滑装置油润滑装置脂润滑装置脂润滑装置固体润滑装置固体润滑装置气体润滑装置气体润滑装置 为了使润滑持续、可靠、不漏油，同时为了防止外为了使润滑持续、可靠、不漏油，同时为了防止外界脏物进入机体，必须采用相应的密封装置。界脏物进入机体，必须采用相应的密封装置。 密封装置是一种能保证密封性的零件组合。一般包括密封装置是一种能保证密封性的零件组合。一般包括被密封表面被密封表面(如轴和轴承座的圆柱表面如轴和轴承座的圆

13、柱表面)、密封件、密封件(例如例如O形密形密封圈、毡圈等封圈、毡圈等)和辅助件和辅助件(如副密封件、受力件、加固件等如副密封件、受力件、加固件等)。2.3 密封的方法及装置2.3.1 密封装置的分类密封装置的分类动密封动密封密封后两密封件之间有相对密封后两密封件之间有相对运动运动的称为动密封。的称为动密封。动密封又动密封又分为接触式、非接触式密封，其中应用较广的是接触式密分为接触式、非接触式密封，其中应用较广的是接触式密封，它主要是利用各种密封圈或毡圈密封。封，它主要是利用各种密封圈或毡圈密封。2.3 密封的方法及装置密封可分为两大类：密封可分为两大类：静密封静密封 密封后密封件之间固定不动的称为静密封。静密封可密封后密封件之间固定不动的称为静密封。静密封可采用各种垫片，包括金属、非金属垫片以及密封胶等采用各种垫片，包括金属、非金属垫片以及密封胶等。 在设计机械时，必须选择合适的润滑装置和密封装置，同时还要注意装置的维护与保养。由于各种机械的工作条件不同，在选择密封装置时也会有所差异，也就是在某一工作条件下，这种装置能有良好的密封效果，而当工作条件改变时，仍然采用这种装置