机械设计02第一讲主要内容

摩擦、磨损与润滑概述材料选用原则、零件工艺性第二讲主要内容

.1摩擦、磨损与润滑概述摩擦现象是自然界中普遍存在的物理现象。对于机器来讲，摩擦会使效率降低，温度升高，表面磨损。过大的磨损会使机器丧失应有的精度，进而产生振动和噪音，缩短使用寿命。世界上使用的能源大约有1/3-1/2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。机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废。润滑是减小摩擦、减小磨损、提高机械效率的最常用最有效方法。关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学。.1.1摩擦分类§3-1摩擦一、摩擦的分类静摩擦动摩擦1按运动的状态不同分为：滑动摩擦滚动摩擦2按运动的形式不同分为：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不同分为：摩擦、磨损与润滑概述.1.2四种摩擦的描述（1）

研究干摩擦的理论主要有：“机械理论”、“分子理论”、“机械－分子理论”等。1）干摩擦：是指表面间无任何润滑剂或保护膜，表面金属直接接触时的摩擦。其摩擦阻力最大，磨损最严重。

2）边界摩擦：是指两摩擦面被吸附在表面的边界膜隔开，摩擦性质取决于边界膜和表面吸附性能的摩擦。摩擦、磨损与润滑概述1.2四种摩擦的描述（2）润滑剂中的极性分子与金属表面相互吸引，形成定向排列的分子栅，称为物理吸附膜。润滑油靠物理吸附形成边界膜的能力，称为油性。润滑剂中的活性分子靠离子键吸附在金属表面上形成的吸附膜，称为化学吸附膜。吸附膜反应膜边界膜分为：物理吸附膜化学吸附膜在润滑剂中添加入硫、磷、氯等元素，它们与表面金属发生化学反应生成的边界膜，称为反应膜。边界摩擦靠边界膜起润滑作用，边界膜的类型如下：摩擦、磨损与润滑概述温度1.2四种摩擦的描述（3）摩擦、磨损与润滑概述

３）流体摩擦：是指摩擦表面完全被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。其摩擦系数最小，且不会产生磨损，是理想的摩擦状态。1.2四种摩擦的描述（4）摩擦、磨损与润滑概述

边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为边界摩擦。

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。4）混合摩擦：是指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状态。1.3磨损（1）摩擦、磨损与润滑概述磨损主要是运动副中的摩擦导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。磨损会影响机器的效率，降低工作的可靠性，促使机器提前报废。磨损率单位时间（或单位行程、转等）材料的损失量。耐磨性：是指材料抵抗脱落的能力。与磨损率成倒数关系。一、典型宏观磨损过程

磨损量时间磨合稳定磨损剧烈磨损一个机械零件的磨损过程大体可分为三个阶段：1）磨合阶段磨合（跑合）：是指新零件在运转初期的磨损。1.3磨损（2）新的摩擦副表面比较粗糙，真实微观接触面积比较小，压强大，因此运转初期的磨损比较快。但是，磨损以后表面的微观凸峰降低，接触面积增大，压强减小，磨损的速度逐渐减慢。新摩擦表面的微观形貌2）稳定磨损阶段这个阶段属于零件的正常工作阶段，磨损率稳定且较低。这一阶段的长短直接影响机器的寿命。3）剧烈磨损阶段零件经长时间工作磨损以后，表面精度下降，效率降低，温度升高，冲击振动加大，导致磨损加剧，最终导致零件报废。磨损量时间磨合稳定磨损剧烈磨损1.3磨损（1）摩擦、磨损与润滑概述二、磨损的类型

按磨损的机理不同，机械零件的磨损大体分为四种基本类型：1）粘着磨损也称胶合摩擦表面的微观凸峰粘在一起后，在相对运动中，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘着磨损。3）磨粒磨损也称磨料磨损是外界的硬颗粒或粗糙的硬表面在相对运动中，对摩擦表面的擦伤所引起的磨损。，2）疲劳磨损即疲劳点蚀是高副（点、线接触）机械零件的常件磨损形式。4）腐蚀磨损摩擦表面在摩擦过程中，伴随有表面材料被腐蚀的现象，这种情况下产生的磨损即为腐蚀磨损。

除了上述四种基本磨损类型以外，还有侵蚀磨损、微动磨损等1.3磨损（1）摩擦、磨损与润滑概述

三、减小磨损的主要方法(减小摩擦力,提高耐磨)（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(温度、压力等）等粘着磨损

疲劳磨损磨粒磨损腐蚀磨损1.4润滑（2）摩擦、磨损与润滑概述润滑剂润滑剂凡是能减小摩擦阻力，减小磨损的物质都可作为润滑剂。一、

润滑剂的分类：石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。1）液体润滑剂：主要有：动植物油、矿物油、水、液态金属等。2）润滑脂：注：润滑油和润滑脂在实际中应用最广。俗称黄油。由润滑油+稠化剂混合而成。3)

固体润滑剂4）气体润滑剂：如空气、氮气、二氧化碳等。1.4润滑（1）摩擦、磨损与润滑概述润滑：是指在两个摩擦表面之间加入润滑剂，以减小摩擦和磨损。此外，润滑还可起到散热降温，防锈、防尘，缓冲吸振等作用。二、润滑的分类

润滑静压流体润滑油润滑脂润滑油膜润滑流体润滑动压流体润滑滴油飞溅容油1.4润滑（3）摩擦、磨损与润滑概述润滑剂2润滑剂的选用因素一：线速度，如3-5m/s以下用润滑脂因素二：载荷，载荷越大，用脂的可能性越大因素三：运动特性：如链轮，可用油雾或滴油平稳性要求高：用动压或静压成液体摩擦等.2材料选用原则润滑剂一、材料使用要求按强度条件设计的零件，当其尺寸和重量都受限制时，应选用强度较高的材料；按刚度条件设计的零件，应选用弹性模量较大的材料；若零件表面接触应力较高(如齿轮)，应选用可以进行表面强化处理的材料(如调质钢、渗碳钢)。此外，对容易磨损的零件(如蜗轮)，应选用耐磨性好的材料；对滑动摩擦下工作的零件(如滑动轴承)，应选用减摩性好的材料；对高温下工作的零件，应选用耐热材料；对腐蚀性介质中工作的零件，应选用耐腐蚀材料。二、工艺要求润滑剂

所谓工艺要求，是指选择冷、热加工性能好的材料。零件加工应考虑到零件结构的复杂程度、尺寸大小和毛坯类别。

对于外形复杂、尺寸较大的零件，若采用铸造毛坯，则应采用铸造性能好的材料； 若采用焊接毛坯，则应选用焊接性能好的低碳钢，因为含碳量超过0.3％的钢难以焊接； 对于尺寸较小、外形简单、大量生产的零件，适合冲压或模锻，应选用延展性较好的材料； 需要热处理的零件，所选材料应有良好的热处理性能。此外，还要考虑材料的易加工性，包括零件热处理后的易加工性能。.2材料选用原则三、经济性要求润滑剂.2材料选用原则

在机械的成本中，材料费用约占30％以上，有的甚至达到50％，可见选用廉价材料有重大的意义。选用廉价材料，节约原材料，特别是节约贵重材料，是机械设计的一个基本原则。为了使零件最经济地制造出来，不仅要考虑原材料的价格，还要考虑零件制造费用。（1）尽量采用高强度铸铁(如球墨铸铁)来代替钢材，用工程塑料或粉末冶金材料代替有色金属材料。（2）采用热处理(包括化学热处理)或表面强化(如喷丸、滚压)等工艺，充分发挥和利用材料潜在的力学性能。（3）合理采用表面镀层等方法(如镀铬、镀铜、喷涂减摩层、发黑等)，以减少和延缓腐蚀或磨损的速度，延长零件的使用寿命。（4）采用组合式零件结构，在零件的工作部分使用贵重材料，其他非直接工作部分则可采用廉价的材料。例如大直径的蜗轮，常采用青铜齿圈和铸铁轮芯的组合式结构，以节约大量的有色金属。（5）改善工艺方法，提高材料利用率，降低成本。例如采用冷镦锥齿轮代替齿形刨削加工，实现无切削加工。（6）用我国富有元素(锰、硅、硼、钼、钒、钛等)合金钢代替稀有元素(铬、镍等)合金钢。在选用材料时，还应注意本国、本地区、本企业的材料供应情况，尽可能就地取材，减少采购和管理费用。.2.2零件工艺性润滑剂.2材料选用原则

1.零件的结构应与生产条件和批量相适应零件的结构工艺性与生产条件和批量有着密切的联系。实例：*单件和小批生产的零件，应利用现有生产条件制造，例如大尺寸的齿轮毛坯，在一般设备条件下锻造较困难，就应采用铸件或焊接件；

*当缺少磨齿设备时，就不能用变形大的热处理工艺等。

*成批和大量生产的零件，可采用专门设备、数控加工中心和自动线生产，这种条件应考虑用无切削或少切削成形工艺；采用组装结构等。.2.2零件工艺性润滑剂.2材料选用原则

2.零件的结构应与毛坯种类相适应

实例：*设计铸件时，壁厚δ≥6mm、壁厚应均匀、过渡结构、圆角、拔模斜、分型结构.2.2零件工艺性润滑剂3.零件的结构应便于切削加工退刀槽或砂轮越程槽(a)车；(b)磨；(c)刨.2.2零件工艺性润滑剂3.零件的结构应便于切削加工.2.2零件工艺性润滑剂3.零件的结构应便于切削加工.2.2零件工艺性润滑剂3.零件的结构应便于切削加工.2.2零件工艺性润滑剂3.零件的结构应便于切削加工.2.2零件工艺性润滑剂4.零件的结构应便于装拆和调整

.2.2零件工艺性润滑剂4.零件的结构应便于装拆和调整

(2)保证正确地安装。.2.2零件工艺性润滑剂4.零件的结构应便于装拆和