第四章 摩擦、润滑和润滑剂(2014修改)

第四章摩擦、磨损和润滑摩擦学概述

何谓摩擦？何谓磨损？（造成表面形状和尺寸的变化，间隙↑，表面粗糙度↓）摩擦学：即研究相对运动的相对作用表面间的摩擦、磨损及润滑，以及三者之间关系的基础理论和实践的一门边缘科学（形成于20世纪60年代）。摩擦、磨损及润滑三者之间的关系：作相对运动的两物体接触面间必然产生摩擦；摩擦的结果必然产生磨损；而减少摩擦、磨损的有效措施是润滑。80%损坏零件由磨损造成，一般不可避免。1981年美国公布的数据：磨损造成的损失1000亿/年，材料消耗200亿/年。中国每年由于摩擦、磨损损失584.7亿元。TJPU摩擦学研究范围：动、静摩擦副；零件表面受介质摩擦、或碰撞、冲击：犁铧、叶轮;机制工艺的摩擦学问题：金属成形加工等;弹性摩擦副：汽车轮胎与地面；特殊工况条件下的摩擦学问题。宇宙探索中遇到：高真空等。TJPU4-1

摩擦

静摩擦——仅有相对滑动趋势时的摩擦

外摩擦——两个相互接触表面之间的摩擦内摩擦——发生在物质（多指流体）内部

滚动摩擦滑动摩擦摩擦磨损造成：发热，效率↓，可靠性↓；噪音↑，工作精度↓，材料消耗。一般有害。可以利用：利用摩擦：带传动、制动器等摩擦摩擦动摩擦（动摩擦系数小于静摩擦）摩擦利用磨损：磨削、抛光和跑合等。TJPU摩擦表面的摩擦状态1.干摩擦：两摩擦表面直接接触，不加入任何润滑剂的摩擦。

干摩擦的摩擦阻力最大，磨损最严重，使用寿命最短，必须避免。2.边界摩擦：摩擦表面间存在润滑油，金属表面与润滑油作用形成一层很薄的边界膜（〈1m)，保护金属，这种摩擦称为边界摩擦。边界摩擦不能完全避免金属的直接接触，因此仍有磨损产生。TJPU边界膜分为：

物理吸附膜：利用油中的极性分子牢固的吸附在金属表面形成表面吸附膜（分子间的吸附力）；

化学吸附膜：利用化学键力形成金属皂膜（吸附在金属表面原子间的吸附力）；

化学反应膜：油中的S、P等元素与金属表面反应（150º～200ºC）形成化合物。适合高温重载和高速。表征润滑油形成吸附膜的能力——油性

油性的好坏取决于油中所含活性物质：动物油>植物油>矿物油表征润滑油形成反应膜的能力——极压性TJPU减小边界摩擦的措施：合理选择摩擦副材料和润滑剂；降低表面粗糙度；控制pv（控制发热等）；在润滑剂中加入油性添加剂和极压添加剂。TJPU4.混合摩擦：边界摩擦和液体摩擦共存。随着摩擦面油膜厚度的增大，表面凸峰接触数量在缩小，油膜所承载的比重增加。3.液体摩擦：摩擦面间的油膜厚度大到将两表面的不平度凸峰完全分开,即为完全液体摩擦。油膜必须是压力油膜TJPU混合摩擦时，仍不能避免金属的直接接触，仍存在摩擦，但比边界摩擦小得多。

边界摩擦=1～3混合摩擦增加，油膜厚度增加>3液体摩擦非液体摩擦：混合摩擦，边界摩擦，干摩擦。机械利用摩擦的实例：带传动、制动器、摩擦离合器、带式输送机等。TJPU膜厚比：最小油膜厚度表面轮廓均方根偏差摩擦副材料表面粗糙度润滑状态表面膜(由于污染、化学热处理、电镀和润滑剂的作用等，在金属表面形成一层极薄的表面膜）如氧化膜、硫化膜、磷化膜、氯化膜、锢膜、镉膜、铝膜等TJPU影响摩擦的主要因素：还与载荷、相对运动速度和温度等有关。4-2磨损磨损——摩擦体表面材料在相对运动中由于机械作用，或伴有化学作用而产生的不断的材料损失现象。磨损的类型：

1.粘着磨损粘结、材料迁移，严重时胶合(咬死)。粘着磨损可用艾查德公式计算,热粘着复杂

2.磨粒磨损（显微切削、犁沟现象）

3.表面疲劳磨损主要发生在接触应力作用下的齿轮、滚动轴承、钢轨和轮箍接触表面上。

4.腐蚀磨损（发生化学或电化学反应）还有微动磨损、冲蚀磨损TJPU磨损曲线：机械零件的磨损过程分为三个阶段。时间磨损量IIIIII1.跑合磨损阶段（I）：由于表面粗糙度大，致使接触面积小，单位面积上的载荷大，因此磨损速度很快。2.稳定（正常）磨损阶段（II）：磨损过程平稳而又缓慢，标志零件的耐磨寿命。TJPU3.剧烈（崩溃）磨损阶段（III）：磨损速度急剧增长，间隙增大，振动、噪声增大，精度下降，以致报废。设计、制造时要尽量缩短跑合期，延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损期的到来。新买的汽车、摩托车一般要跑合。减少机械零件磨损的措施：保证良好的润滑选择适当的表面粗糙度选择适当的材料和硬度TJPU4-3润滑

润滑的目的：能降低摩擦、减少磨损，还能冷却、缓冲吸振、防锈、有的有密封、防尘作用。1.润滑剂及其选择：润滑剂：液体（油、水、液态金属）半固体（润滑脂）固体（石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯）

气体（空气等）目前主要使用的润滑油和润滑脂。TJPU主要根据pv和工况润滑油：三大类：有机油、矿物油、合成油（用化学手段）。主要性能指标：<1>粘度：流体抵抗剪切变形的能力（流体内摩擦力阻力的大小）<2>其他性质：闪点和燃点；倾点和凝固点；油性与极压性；氧化稳定性。TJPUL-AN32L润滑剂A全损耗机械油AN由精制矿物油润滑油的选择：

转速高，比压小时，选低的油；转速低，比压大时选高的油。高温时选高些的油，低温选择低的油。具体选择时参考有关资料表4-2轻载TJPU钙基脂：抗水性好，耐热性差。工作温度不超过55～65ºc钠基脂：耐热性好，抗水性差。工作温度可达120ºc锂基脂：既抗水又耐高温(<145ºc)

为多用途润滑脂。铝基脂：抗水性好，吸附能力强，防锈作用好。(2)润滑脂：

润滑油与稠化剂（如钙、锂、钠的金属皂）的膏状混合物。类型：TJPUGB501一65润滑脂主要性能指标：

针入度（稠度）：重1.5N的标准锥体，在25ºC下，5秒刺入润滑脂的深度。针入度小,不易从摩擦面挤出，承载能力强，密封性好，但摩擦阻力大，填充性差。

滴点：润滑脂从标准测量杯的孔里滴下第一滴时的温度。标志其耐高温性能。TJPUGB7631.S一90是按润滑脂应用时的操作条件进行分粪的。L一XBCHA1,2,3。X润滑脂，Ｂ最低工作温度代号，Ｃ最高工作温度代号，Ｈ耐水性代号，Ａ极压性代号，１稠度组别代号润滑脂的选择：

单位压力高、滑动速度低时，选择针入度小的品种；反之,选择针入度大的品种。

所用润滑脂的滴点应高于轴承工作温度20～30ºC。

在水淋及潮湿的环境下，选用钙基脂及铝基脂；在温度较高处选用钠基、锂基或复合钙基脂。

具体选择时可参考机械设计手册。稠的TJPU2.润滑油的粘度和粘性定律：<1>粘度：流体抵抗变形的能力（流体内摩擦力阻力的大小）两平行平板间充满润滑油，拖动上平板A，且润滑油作层流流动，油层间的剪应力与速度梯度（速度变化率）成正比。0yvydydvBAvFvTJPU表达式：式中：“-”表示油层速度v随y的增大而减小。

——比例常数，即流体的动力粘度。牛顿液体：服从粘性定律的液体。a)动力粘度（绝对粘度）单位：国际单位制（SI）Pa·S绝对单位制（C.G.S)1dyn·s/cm2---1p(泊）v=1m/sF=1N1m1m1m1P（泊）=100cP（厘泊）1Pa·S=10P=1000cP=1pa∙sTJPUb)运动粘度：动力粘度与同温度下该液体的密度的比值。国际单位制（SI）

m²/s绝对单位制（C.G.S)

St（斯）1cm²/s----1St(斯）1St=100cSt（厘斯）我国的石油产品是用运动粘度（cSt）来标定的。旧5０℃,新40℃换算：1m²/s=104St=106cStTJPUc)相对粘度（条件粘度）单位：我国采用恩氏度当200ml待测油在规定温度t流过恩氏粘度计所需时间与同体积蒸馏水在20ºc时流过粘度计所需时间之比。TJPU[例]：求50ºc时50号机械油的动力粘度。=50cSt=900kg/m³1cSt=10-6m²/s==50×10-6×900=0.045Pa·sTJPU2）粘—压性：粘度随压力升高而增高(图4.8)，但一般(<100MPa)时变化很小，忽略不计。对于高副接触时（齿轮啮合处压力达4000MPa)不可忽略。1）粘—温性：粘度随温度升高而显著降低。(图4.8)润滑油温度润滑油黏度100℃粘度的性质：TJPU

改善润滑油及润滑脂的性能，以适应恶劣的工作条件：高温、低温、重载、真空等。

分散净化剂：使内燃机汽缸、曲轴箱中因氧化生成的胶状物分散，避免其粘着、卡死或过度磨损。

降凝剂：严寒地区或低温机械（冷冻机）。

抗氧化剂：防止润滑油氧化变质，腐蚀零件。

油性添加剂（鲸油、硫化棉籽油等）：提高油膜强度

极压及抗磨添加剂：在金属表面形成一层熔点高，剪切强度低的保护膜，以减轻磨损。

增粘剂：改善粘—温特性，使油高温不变稀,低温不致过稠。3添加剂TJPU4.流体摩擦（润滑）简介优点：

f↓

特点：ff小，磨损小，吸振（1）流体动力摩擦（润滑）楔中有足够的油量。

油楔AvBP（2）弹性流体动力摩擦（润滑）考虑了油黏度在高应力的的增加和接触表面的弹性变形。适用于高副（齿轮、凸轮）接触。（3）流体静压摩擦（润滑）TJPU5.润滑方法(1)油润滑方法：分散润滑及集中润滑a)分散润滑：连续的或间歇的，有压的或无压的

手工加油润滑：油孔，自动关闭式铰链油杯，旋套式油杯，压注油杯

油芯式油杯润滑

针阀式油杯润滑

带油润滑：油链、油轮（水平轴，d为25～50mm）

油浴润滑及飞溅润滑：5m/s<v<12～13m/s

喷油润滑：喷咀（减少搅油损失）v>12～15m/s

油雾润滑：油雾器TJPUTJPU返回TJPU返回TJPU(2)润滑脂方法

手工涂抹润滑

预填油脂润滑

润滑脂杯润滑