机械设计摩擦磨损及润滑

1、4-1 摩擦4-2 磨损4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法 4-4 流体润滑原理简介 4-0 概述 机械零件设计概论机械零件设计概论4-0 概 述 摩擦学摩擦学研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损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。缘学科。 摩擦摩擦相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象 磨损磨损由于摩擦而造成物体表面材料的损失或转移由于摩擦而造成物体表面材料的损失或转移 润滑润滑减轻摩擦和磨损所应采取的措施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

2、科构成了摩擦学(Tribology)。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。消耗于摩擦。机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废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。和更换的。减少摩擦减少摩擦 节省能源；节省能源；减少磨损减少磨损 降低设备维修次数和费用，节省制造降低设备维修次数和费用，节省制造零零 件及其所需材料的费用。件及其所需材料的费用。随着科学技术的发展，摩擦学的理论和应用必将由宏观进入微观，由静态进入动态，由定性进入定量，成为系统综合研究的领域。 二二、摩擦的分类摩擦的分类内内 摩摩 擦擦在物质的内部发生的阻碍分子之间相对

3、在物质的内部发生的阻碍分子之间相对 运动的现象。运动的现象。外外 摩摩 擦擦在相对运动的物体表面间发生的相互阻在相对运动的物体表面间发生的相互阻 碍作用现象。碍作用现象。静静 摩摩 擦擦仅有相对运动趋势时的摩擦。仅有相对运动趋势时的摩擦。动动 摩摩 擦擦在相对运动进行中的摩擦。在相对运动进行中的摩擦。滑动摩擦滑动摩擦物体表面间的运动形式是相对滑动。物体表面间的运动形式是相对滑动。滚动摩擦滚动摩擦物体表面间的运动形式是相对滚动。物体表面间的运动形式是相对滚动。 “机械说机械说” 摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用 “分子说分子说” 摩擦原因是表面材料分子间的吸力

4、作用摩擦原因是表面材料分子间的吸力作用一、摩擦的机理一、摩擦的机理 “机械分子说机械分子说”两种作用均有两种作用均有 4-1 摩擦摩擦潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制1. 干摩擦干摩擦 两零件表面直接接触后，因为微观局部两零件表面直接接触后，因为微观局部压力高而形成许多冷焊点，运动时被剪切。压力高而形成许多冷焊点，运动时被剪切。 不允许出现干摩擦！不允许出现干摩擦！2. 边界摩擦边界摩擦三、三、 滑动摩擦状态滑动摩擦状态 功耗功耗 磨损磨损 温度温度 烧毁轴瓦烧毁轴瓦 运动副表面有一层厚度运动副表面有一层厚度ttEVEt时，当 润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系，如牌号润滑油的牌

5、号与运动粘度有一定的对应关系，如牌号为为L-AN10的油在的油在40时的运动粘度大约为时的运动粘度大约为10 cSt。潘存云教授研制润滑油的特性：润滑油的特性： (1)粘粘温相关性温相关性 温度温度 t 压力压力p 但但p 350 才开始氧化，可在水中工作。才开始氧化，可在水中工作。摩擦系数低，使用温度范围广摩擦系数低，使用温度范围广 (- -60300 )，但遇水性能下降。，但遇水性能下降。摩擦系数低，只有石墨的一半。摩擦系数低，只有石墨的一半。使用方式使用方式1.1.调和在润滑油中；调和在润滑油中；2.2.涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；3.3.混入金属或塑

6、料粉末中烧结成型。混入金属或塑料粉末中烧结成型。其应用日渐广泛油性添加剂油性添加剂 种类种类添加剂添加剂为了改善润滑剂品质和性能而添加的物质。为了改善润滑剂品质和性能而添加的物质。二、添加剂二、添加剂 非极压油非极压油软化温度软化温度t t/ / 摩擦系数摩擦系数 f含脂肪酸和极压添加剂的油含脂肪酸和极压添加剂的油含脂肪含脂肪酸的油酸的油含极压添含极压添加剂的油加剂的油作用作用提高油性、极压性、延长使用寿命、改善性能。提高油性、极压性、延长使用寿命、改善性能。极压添加剂极压添加剂分散净化剂分散净化剂消泡添加剂消泡添加剂抗氧化添加剂抗氧化添加剂降凝剂降凝剂增粘剂增粘剂潘存云教授研制潘存云教授研制

7、潘存云教授研制润滑油润滑在工程中的应用最普遍，其供油方式有：润滑油润滑在工程中的应用最普遍，其供油方式有：三、润滑方法三、润滑方法 润滑方式润滑方式 人工给油人工给油 油杯滴油油杯滴油浸油润滑、飞溅给油浸油润滑、飞溅给油用油泵强制润滑和冷却用油泵强制润滑和冷却低速传动低速传动高速传动高速传动甩油环甩油环喷油润滑喷油润滑 油泵油泵冷冷却却器器滴油润滑滴油润滑 浸油润滑浸油润滑 飞溅润滑飞溅润滑 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制针阀针阀式油式油杯杯旋盖式油杯旋盖式油杯 脂用潘存云教授研制压注式油杯压注式油杯弹簧盖油杯弹簧盖油杯四、润滑装置四、润滑装置 1. 油杯油杯 潘存云教授研制潘存云

8、教授研制2. 油环油环 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一、流体动力润滑一、流体动力润滑 FFFF先分析平行板的情况。板B静止，板A以速度向左运动，板间充满润滑油，无载荷时， 液体各层的速度呈三角形分布，近油量与处油量相等，板A不会下沉。但若板A有载荷时，油向两边挤出，板A逐渐下沉，直到与B板接触。 v F4-4流体润滑原理简介 流体动力润滑是指两个作相对运动物体的摩擦表面，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。隔开，由流体膜产生的压力来平衡外

9、载荷。动压油膜动压油膜因运动而产生的压力油膜。 v vvh1aah2ccvv两平形板之间不能形成压力油膜！两平形板之间不能形成压力油膜！ 如两板不平行板。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布，且板A有载荷， 当板A运动时，两端速度若程虚线分布，则必然进油多而出油少。由于液体实际上是不可压缩的，必将在板内挤压而形成压力，迫使进油端的速度往内凹，而出油端的速度往外鼓。进油端间隙大而速度曲线内凹，出油端间隙小而速度曲线外凸，进出油量相等，同时间隙内形成的压力与外载荷平衡，板A不会下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动而产生的压力油膜称为动压油膜。各截面的速度图不一样，从凹三角形过渡到

10、凸三角形，中间必有一个位置呈三角形分布。Fpmax潘存云教授研制F形成动压油膜的必要条件：形成动压油膜的必要条件：1.两工件之间的间隙必须有楔形间隙；两工件之间的间隙必须有楔形间隙；2.两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；3.两工件表面必须有相对滑动速度。其运动方向必两工件表面必须有相对滑动速度。其运动方向必 须保证润滑油从大截面流进，从小截面流出来。须保证润滑油从大截面流进，从小截面流出来。 Fy =F Fx 0 Fy =F Fx = 0应用实例应用实例向心滑动轴承动压油膜的形成过程：向心滑动轴承动压油膜的形成过程：静止静止 爬升爬升将轴起

11、抬将轴起抬转速继续升高质心质心左移左移稳定运转稳定运转达到工作转速e 偏心距。偏心距。e二、弹性流体动力润滑二、弹性流体动力润滑 弹性流体动力润滑理论弹性流体动力润滑理论研究在点、线接触条件研究在点、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。下，两弹性物体间的流体动力润滑膜的力学性质。求解油膜求解油膜压力分布压力分布、润滑膜、润滑膜厚度分布厚度分布等问题等问题 在油膜压力下，摩擦表面的变形的弹性方程在油膜压力下，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表述润滑剂粘度与压力间关系的粘压方程流体动力润滑的主要方程流体动力润滑的主要方程流体动力润滑理论的前提流体动力润

12、滑理论的前提适应于低副中两零件之间的润滑问题。适应于低副中两零件之间的润滑问题。 润滑剂粘度不随压力变化润滑剂粘度不随压力变化零件摩擦表面为刚体零件摩擦表面为刚体潘存云教授研制潘存云教授研制 依靠依靠润滑剂的粘附作用，两圆柱体相互滚动时将润滑剂的粘附作用，两圆柱体相互滚动时将润滑剂带入间隙。由于接触压力较高使接触面发生局润滑剂带入间隙。由于接触压力较高使接触面发生局部变形，接触面积增大，并形成了一个平行缝隙，在部变形，接触面积增大，并形成了一个平行缝隙，在出油口处的接触面边缘出现了使间隙变小的突出部分，出油口处的接触面边缘出现了使间隙变小的突出部分，称为缩颈现象，此处形成了最小油膜厚度，出现了

13、第称为缩颈现象，此处形成了最小油膜厚度，出现了第二个峰值压力。二个峰值压力。V2V1V1V2FV1V2F赫兹接触区赫兹接触区hminh0第二个峰值压力第二个峰值压力 弹性流体动力润滑的机理：弹性流体动力润滑的机理：与干摩擦进行对比分析V1V2F F干摩擦接触干摩擦接触赫兹接触区赫兹接触区潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制节节流流器器节流器节流器D工作原理：工作原理：依靠供依靠供油装置，将高压油油装置，将高压油压入轴承间隙中，压入轴承间隙中，强制形成油膜。强制形成油膜。特点：特点：静压轴承静压轴承在任何工况下都在任何工况下都能胜任工作。能胜任工作。d0d0常用节流器常用节流器关键器件：关键器件：节流器节流器节流器作用：节流器作用：根据外载荷根据外载荷的变化自动调节各油腔内的变化自动调节各油腔内的压力。的压力。油台油台 起密封作用 三、流体静力润滑三、流体静力润滑1. 静压轴承静压轴承2.空气轴承空气轴承 空气也是一种流体润滑剂，其粘度只有空气也是一种流体润滑剂，其粘度只有L-AN7润润滑油的滑油的1/4000， 摩擦力小到可忽略不计，因此可用于摩擦力小到可忽略不计，因此可用于数十万转的超高速轴承。数十万转的超高速轴承。