机械设计课件04第四章 摩擦、磨损与润滑概述

1、第四章第四章 摩擦、磨损与润滑概述摩擦、磨损与润滑概述 了解摩擦的种类及基本性质；了解摩擦的种类及基本性质； 本章学习要求：本章学习要求： 了解磨损的一般规律及种类；了解磨损的一般规律及种类； 了解润滑的作用及润滑剂的主要质量指标；了解润滑的作用及润滑剂的主要质量指标； 掌握流体动力润滑的基本概念及楔效应承载原理掌握流体动力润滑的基本概念及楔效应承载原理 明确摩擦学所包含的主要内容明确摩擦学所包含的主要内容第四章第四章 摩擦、磨损与润滑概述摩擦、磨损与润滑概述4-1 摩擦摩擦4-2 磨损磨损4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法润滑剂、添加剂和润滑方法4-4 流体润滑原理简介流体润滑原理简介4-0

2、概述概述4-0 4-0 概述概述v 摩擦摩擦是相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象；是相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象；q 磨损磨损是由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；是由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；q 润滑润滑是减轻摩擦和磨损所应采取的措施是减轻摩擦和磨损所应采取的措施。关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学摩擦学(Tribology)。 摩擦学摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损和润是研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。

3、世界上使用的能源大约有世界上使用的能源大约有 1/31/2 消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗，便可大量节省能源。另外，机械产品的易损零件大部分是的摩擦消耗，便可大量节省能源。另外，机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的，如果能控制和减少磨损，则既减少由于磨损超过限度而报废和更换的，如果能控制和减少磨损，则既减少设备维修次数和费用，又能节省制造零件及其所需材料的费用设备维修次数和费用，又能节省制造零件及其所需材料的费用。4-1 4-1 摩擦摩擦摩擦分类：摩擦分类：内摩擦内摩擦(微观微观)：在在物质的内部物质的内部发生的阻碍分子之间相对运

4、动的现象发生的阻碍分子之间相对运动的现象外摩擦外摩擦(宏观宏观)：在相对运动的在相对运动的物体表面间物体表面间发生的相互阻碍作用现象。发生的相互阻碍作用现象。滑动摩擦滑动摩擦：物体表面间的运动形式是物体表面间的运动形式是相对滑动相对滑动滚动摩擦滚动摩擦：物体表面间的运动形式是物体表面间的运动形式是相对滚动相对滚动静摩擦静摩擦：仅有仅有相对运动趋势相对运动趋势时的摩擦时的摩擦动摩擦动摩擦：在在相对运动相对运动进行中的摩擦进行中的摩擦是否相对运动是否相对运动摩擦性质摩擦性质4-1 4-1 摩擦摩擦一、干摩擦一、干摩擦表面间表面间无任何润滑剂无任何润滑剂或或保护膜保护膜的纯金属接触时的摩擦。通的纯金

5、属接触时的摩擦。通常将未经人为润滑的摩擦状态当作常将未经人为润滑的摩擦状态当作“干摩擦干摩擦”处理。处理。滑动摩擦分为：滑动摩擦分为：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦、混合摩擦干摩擦、边界摩擦、流体摩擦、混合摩擦4-1 4-1 摩擦摩擦边界摩擦边界摩擦：运动副的摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开运动副的摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开摩擦性质摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能即化学性质。取决于边界膜和表面的吸附性能即化学性质。边界摩擦摩擦系数边界摩擦摩擦系数f0.1f0.1；( (膜厚比膜厚比1)1)二、边界摩擦二、边界摩擦按边界膜形成机理，边界膜分为按边界膜形成机理，边界膜分为： 反应膜反应膜:比

6、较稳定比较稳定 吸附膜吸附膜物理吸附膜（极性分子）物理吸附膜（极性分子）化学吸附膜（化学键）化学吸附膜（化学键） 吸附性不稳定，受温吸附性不稳定，受温 度影响较大度影响较大4-1 4-1 摩擦摩擦四、混合摩擦四、混合摩擦混合摩擦混合摩擦：摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状 态态（ =1=13 3） 。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。小得多。三、流体摩擦三、流体摩擦流体摩擦流体摩擦：指运动副的摩擦表面被流体膜隔开指运动副的摩擦表面被流体膜隔开（334 4）摩擦性质摩擦性质

7、取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。摩擦系数最小（摩擦系数最小（f=0.001-0.008f=0.001-0.008），无磨损产生，是理想的摩无磨损产生，是理想的摩擦状态。擦状态。边界摩擦边界摩擦和和混合摩擦混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为在工程实际中很难区分，常统称为不完全液体摩擦不完全液体摩擦。4-2 4-2 磨损磨损磨损：磨损：运动副之间的摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。运动副之间的摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。零件的磨损过程：零件的磨损过程：磨合阶段磨合阶段（有利磨损有利磨损）表面轮廓峰的形状变化表面轮廓峰的形状变化表面材料被冷

8、作硬化表面材料被冷作硬化剧烈磨损阶段剧烈磨损阶段: :即将报废阶段即将报废阶段。稳定磨损阶段稳定磨损阶段: :代表零件使用寿命的长短。代表零件使用寿命的长短。结论：力求缩短磨合期，延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损的到来力求缩短磨合期，延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损的到来汽车磨合期间的使用汽车磨合期间的使用 目的目的:汽车汽车磨合也叫走合。磨合也叫走合。汽车汽车磨合期是指新车磨合期是指新车或大修后的初驶阶段。机体各部件机能适应环境的或大修后的初驶阶段。机体各部件机能适应环境的能力得以调整提升。新车、大修车及装用大修发动能力得以调整提升。新车、大修车及装用大修发动机的汽车在初期使用阶段都要经过磨合，以便

9、相互机的汽车在初期使用阶段都要经过磨合，以便相互配合机件的磨擦表面进行吻合加工，从而顺利过渡配合机件的磨擦表面进行吻合加工，从而顺利过渡到正常使用状态。汽车磨合的优劣，会对汽车寿命、到正常使用状态。汽车磨合的优劣，会对汽车寿命、安全性和经济性产生重要影响。安全性和经济性产生重要影响。汽车的磨合期如同运动员在参赛前的热身运动汽车的磨合期如同运动员在参赛前的热身运动汽车磨合期间的使用汽车磨合期间的使用 提高磨合质量应注意以下几个方面的问题提高磨合质量应注意以下几个方面的问题: 1）磨合里程：）磨合里程：10002500公里，这是保证机件充分接触、摩擦、公里，这是保证机件充分接触、摩擦、适应、定型的

10、基本里程适应、定型的基本里程，进口车的磨合期则更长一些，多数为进口车的磨合期则更长一些，多数为15003000公里。磨合期分为三个阶段。行驶里程至公里。磨合期分为三个阶段。行驶里程至100公里时为磨合初期，公里时为磨合初期，200公里时为初磨合程度，公里时为初磨合程度，3000公里就可磨合形成氧化膜。公里就可磨合形成氧化膜。2)行驶速度：行驶速度：磨合期内应尽量低速行驶。一般情况下，载重汽车最磨合期内应尽量低速行驶。一般情况下，载重汽车最高车速驶期高车速驶期300公里以内应避免紧急制动。公里以内应避免紧急制动。新车及大修后的汽车化油器新车及大修后的汽车化油器都装有限速器，不得随意拆除。都装有限

11、速器，不得随意拆除。 汽车磨合期间的使用汽车磨合期间的使用 4）合理使用油料：）合理使用油料：一般来讲，轿车的油料是越高级越好，这里一般来讲，轿车的油料是越高级越好，这里讲的高级是指使用性能，而不仅仅是精美的包装、昂贵的价格。讲的高级是指使用性能，而不仅仅是精美的包装、昂贵的价格。磨合期间的保养磨合结束检查保养后才能进入正磨合期间的保养磨合结束检查保养后才能进入正常使用期。常使用期。3）轻装上阵：）轻装上阵：新车不宜劳顿，新车不宜劳顿，处于磨合期的车辆装载质量一定不处于磨合期的车辆装载质量一定不要超过额定载重量的要超过额定载重量的70%，满载、超载对新车各个构件都会造成极大的，满载、超载对新车

12、各个构件都会造成极大的损害，损害，并选择平坦道路行驶。慢起动、缓停车。并选择平坦道路行驶。慢起动、缓停车。4-2 4-2 磨损磨损磨 损2F磨粒磨损（简称磨损）磨粒磨损（简称磨损） 是外部进入摩擦表面的游离硬颗粒或是外部进入摩擦表面的游离硬颗粒或硬的轮廓峰尖所引起的磨损。硬的轮廓峰尖所引起的磨损。F粘附磨损（胶合）粘附磨损（胶合） 当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处由于瞬时的温升和压力发生由于瞬时的温升和压力发生“冷焊冷焊”后，在相对运动时，材料从后，在相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘附磨损。一个表面迁移到另一个表面，便形成粘附磨损。F

13、疲劳磨损（点蚀）疲劳磨损（点蚀） 是由于摩擦表面材料微体积在重复变形时是由于摩擦表面材料微体积在重复变形时所产生的材料疲劳所引起的机械磨损。所产生的材料疲劳所引起的机械磨损。4-2 4-2 磨损磨损F 冲蚀磨损冲蚀磨损流体中所夹带的硬质物质或颗粒，在流体冲击力流体中所夹带的硬质物质或颗粒，在流体冲击力作用下而在摩擦表面引起的磨损。作用下而在摩擦表面引起的磨损。F 腐蚀磨损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。起腐蚀，在摩擦副相对运动时所产生的磨损即为腐蚀磨损。F 微动磨损微动磨损是指摩擦副

14、在微幅运动时，由上述各磨损机理是指摩擦副在微幅运动时，由上述各磨损机理共同形成的复合磨损。微幅运动可理解为不足以使磨粒脱离摩共同形成的复合磨损。微幅运动可理解为不足以使磨粒脱离摩擦副的相对运动擦副的相对运动4-3 4-3 润滑剂、添加剂和润滑办法润滑剂、添加剂和润滑办法一、润滑剂一、润滑剂作用：作用：减小摩擦、磨损；散热降温；缓冲、吸振；密封减小摩擦、磨损；散热降温；缓冲、吸振；密封分类：分类： 气体气体空气等任何气体空气等任何气体 液体液体润滑油（有机油、矿物油、化学合成油）润滑油（有机油、矿物油、化学合成油） 半固体半固体润滑脂润滑脂 固体固体石墨等石墨等粘度是润滑油的主要指标：粘度是润滑

15、油的主要指标：润滑脂：润滑脂：润滑油润滑油+ +稠化剂稠化剂动力粘度动力粘度（Pa.s）运动粘度运动粘度 （m2/s）（）（润滑油牌号润滑油牌号）条件粘度条件粘度e（Et）温度和压力对粘度影响较大：温度温度和压力对粘度影响较大：温度 ，粘度，粘度 ：压力：压力 ，粘度，粘度4-3 4-3 润滑剂、添加剂和润滑办法润滑剂、添加剂和润滑办法二、添加剂二、添加剂滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等 用于低速用于低速用于高速用于高速三、润滑方法三、润滑方法提高油性、极压性提高油性、极压性延长使用寿命延长使用寿命改善物理性能改善物理性能添加

16、剂的作用添加剂的作用 为了提高油的品质和性能，常在润滑油或润滑脂中加入一些分量虽为了提高油的品质和性能，常在润滑油或润滑脂中加入一些分量虽小但对润滑剂性能改善其巨大作用的物质，这些物质叫小但对润滑剂性能改善其巨大作用的物质，这些物质叫添加剂添加剂。4-3 4-3 润滑剂、添加剂和润滑办法润滑剂、添加剂和润滑办法滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等 用于低速用于低速用于高速用于高速三、润滑方法三、润滑方法常用的润滑装置常用的润滑装置浸油与飞溅润滑浸油与飞溅润滑喷油润滑喷油润滑油脂润滑油脂润滑常用于运转速度较低的场合，将润滑脂涂抹于需

17、润常用于运转速度较低的场合，将润滑脂涂抹于需润滑的零件上。润滑脂还可以用于简单的密封。滑的零件上。润滑脂还可以用于简单的密封。4-4 4-4 流体润滑原理简介流体润滑原理简介流体动力润滑：流体动力润滑：指两个作相对运动物体的摩擦表面，借助于相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。产生的压力来平衡外载荷。一、流体动力润滑一、流体动力润滑优点：优点：摩擦力小，磨损小，缓和振动与冲击摩擦力小，磨损小，缓和振动与冲击4-4 4-4 流体润滑原理简介流体润滑原理简介剪切流剪切流剪切流剪切流+压力流压力流动画演示4-4 4-4 流体润滑原理简介流体润滑原理简介q 楔形空间楔形空间q 相对运动速度足够大（保证流体由大口进入）相对运动速度足够大（保证流体由大口进入）q 连续不断地供油连续不断地供油q 油要有一定粘度油要有一