摩擦學(xué)論文.doc

摩擦學(xué)論文題目名稱：機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦學(xué)問(wèn)題學(xué) 校：合肥工業(yè)大學(xué)班 級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化12-7班學(xué) 號(hào)：2012216755姓 名：曹志強(qiáng)2015年 6 月機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦學(xué)問(wèn)題摘要：本文指出了機(jī)械設(shè)計(jì)中重視零部件強(qiáng)度問(wèn)題而忽視摩擦學(xué)方面問(wèn)題的弊病，并分析了摩擦學(xué)方面設(shè)計(jì)的重要性、需要注意的問(wèn)題及在機(jī)械設(shè)計(jì)中摩擦學(xué)設(shè)計(jì)所涉及的因素，包括彈流潤(rùn)滑、混合潤(rùn)滑、潤(rùn)滑劑應(yīng)用等，并敘述了摩擦學(xué)設(shè)計(jì)的一般準(zhǔn)則。關(guān)鍵詞：摩擦 摩擦學(xué)設(shè)計(jì) 摩擦學(xué)設(shè)計(jì)因素 潤(rùn)滑設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一、前言 摩擦現(xiàn)象在日常生活中隨處可見，它既給人們帶來(lái)一些益處，又帶來(lái)許多危害。任何機(jī)械中都存在著摩擦，摩擦是一種不可逆過(guò)程，其結(jié)果必然有能量損耗和產(chǎn)生磨損。據(jù)估計(jì)，世界上在工業(yè)方面約有1/3-1/2的能量消耗于摩擦過(guò)程中，大約有80%的損壞零件是由各種形式的磨損引起的，由于磨損，會(huì)使零件的表面形狀和尺寸遭到緩慢而連續(xù)的破壞，使機(jī)械的效率和可靠性逐漸降低，喪失原有的工作性能?？刂颇Σ?、磨損的有效手段是潤(rùn)滑，因此，把研究有關(guān)摩擦、磨損與潤(rùn)滑的科學(xué)與技術(shù)統(tǒng)稱為摩擦學(xué)，把在機(jī)械設(shè)計(jì)中正確應(yīng)用摩擦學(xué)知識(shí)與技術(shù)，使之具有良好的摩擦學(xué)性能這一過(guò)程稱為摩擦學(xué)設(shè)計(jì)。 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，人們普遍非常重視零部件的強(qiáng)度問(wèn)題，而往往對(duì)涉及到的摩擦、磨損及潤(rùn)滑問(wèn)題重視不夠，主要因?yàn)槟Σ翆W(xué)設(shè)計(jì)遠(yuǎn)不像強(qiáng)度設(shè)計(jì)那樣可以定量分析，它是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，涉及的問(wèn)題和影響因素眾多。二、機(jī)械設(shè)計(jì)中摩擦學(xué)設(shè)計(jì)涉及的因素（一）彈流潤(rùn)滑（1）潤(rùn)滑膜高壓性態(tài) 在彈流潤(rùn)滑條件下，潤(rùn)滑油通過(guò)接觸區(qū)時(shí)，壓力急劇增高，液體的粘性轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃乒腆w的粘彈性，大大地增強(qiáng)了油膜的承載力。（2）潤(rùn)滑膜極限剪切應(yīng)力 彈流潤(rùn)滑膜處在高剪應(yīng)變率和壓力急劇變化狀態(tài)下，呈非牛頓流體，達(dá)到極限剪切應(yīng)力時(shí)，彈性潤(rùn)滑膜為粘塑性性質(zhì)，在油膜內(nèi)部或油膜與固體界面上將出現(xiàn)滑動(dòng)，從而使油膜壓力降低，甚至喪失承載力。（3）潤(rùn)滑油膜承載力經(jīng)典潤(rùn)滑理論認(rèn)為，隨著載荷增加，潤(rùn)滑油膜逐漸變薄，當(dāng)膜厚減小到粗糙度高峰直接接觸時(shí)，即為潤(rùn)滑失效。因此，采用膜厚比入作為潤(rùn)滑狀態(tài)的判斷準(zhǔn)則X -h/ a，式中：h為最小油膜厚度。為表面綜合粗糙度。通常認(rèn)為入=2-3為全膜彈流潤(rùn)滑。然而對(duì)彈流潤(rùn)滑的深人研究發(fā)現(xiàn)，上述的判斷準(zhǔn)則不完全符合實(shí)際。粗糙度高峰附近的局部壓力隨著載荷增加而增加，此壓力產(chǎn)生的表面變形足以使粗糙峰展平而不發(fā)生接觸，這意味著彈流油膜有更大的承載力。（4）乏油與干涸潤(rùn)滑有關(guān)學(xué)者分析了充足供油、乏油和干涸潤(rùn)滑的性能，并提出了3種狀態(tài)的判別方法。研究表明，彈流潤(rùn)滑膜可以存在于微米、亞微米甚至納米膜厚很寬的范圍內(nèi)。（二）磨損問(wèn)題磨損過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，關(guān)于它的研究現(xiàn)在還處于初始階段。研究?jī)?nèi)容涉及實(shí)際接觸面積、磨損機(jī)理、磨屑形成機(jī)理及各種參數(shù)對(duì)磨損的影響等問(wèn)題。許多磨損機(jī)理和計(jì)算方法均帶有很大的局限性，距離工程上的應(yīng)用還有相當(dāng)大的距離。因此，對(duì)磨損規(guī)律、磨損機(jī)理及磨損計(jì)算方法的研究，應(yīng)當(dāng)予以足夠的重視。（三）新型潤(rùn)滑劑的應(yīng)用20世紀(jì)50年代以來(lái)，各種合成潤(rùn)滑油有較大的發(fā)展。我國(guó)的各種潤(rùn)滑油、添加劑發(fā)展也很迅速，近幾年來(lái)，自潤(rùn)滑材料的研究和應(yīng)用發(fā)展很快，是十分有前途的潤(rùn)滑材料。為了生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展，綠色潤(rùn)滑油和添加劑是今后的發(fā)展方向。三、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)的一般準(zhǔn)則從上面的分析可看出，摩擦學(xué)涉及到的問(wèn)題和因素很多，因此目前還沒(méi)有一套成熟的設(shè)計(jì)理論?，F(xiàn)行的摩擦學(xué)設(shè)計(jì)依據(jù)主要有摩擦副的工況及運(yùn)行環(huán)境、摩擦副的接觸類型及運(yùn)動(dòng)方式、磨損類型及機(jī)理、配對(duì)副的精度及零件的重要性。設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括三個(gè)方面，分別是零件的表面形貌設(shè)計(jì)、工況參數(shù)和潤(rùn)滑設(shè)計(jì)以及摩擦副材料特別是零件表面及亞表面的顯微組織結(jié)構(gòu)、成分和理化性能設(shè)計(jì)。（1）表面形貌設(shè)計(jì)表面形貌通常用摩擦副的表面粗糙度來(lái)表征。粗糙度是表面的微觀不平狀態(tài)即微凸體的高度及其分布的描述，它直接影響著摩擦副的實(shí)際接觸面面積、接觸應(yīng)力、接觸變形類型、表面持油能力及磨粒的嵌人特性等。表面形貌設(shè)計(jì)主要是表面粗糙度的設(shè)計(jì)。如果表面粗糙度設(shè)計(jì)得恰如其分，在摩擦副磨合后就能夠得到適于工況條件的平衡粗糙度。粗糙度設(shè)計(jì)的原則有三條：一是用加工精度與粗糙度相對(duì)應(yīng)的方式設(shè)計(jì)；二是與機(jī)械工況相適應(yīng)的潤(rùn)滑模式設(shè)計(jì)；三是特殊的潤(rùn)滑情況下粗糙度及其紋理方向應(yīng)特殊設(shè)計(jì)。（2）潤(rùn)滑設(shè)計(jì)潤(rùn)滑設(shè)計(jì)包括潤(rùn)滑劑類型的選擇和潤(rùn)滑方式的確定。潤(rùn)滑劑影響摩擦副摩擦性能，其關(guān)鍵指標(biāo)是粘度。在設(shè)計(jì)中，潤(rùn)滑劑的粘度要根據(jù)摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式和工況參數(shù)來(lái)確定，并由粘度決定相應(yīng)的潤(rùn)滑劑類型。當(dāng)按運(yùn)動(dòng)形式選潤(rùn)滑劑時(shí)，滾動(dòng)潤(rùn)滑選用高粘度的潤(rùn)滑脂，滑動(dòng)潤(rùn)滑選用低粘度的潤(rùn)滑油；當(dāng)按工況參數(shù)選潤(rùn)滑劑時(shí)，高速低載荷選用低粘度潤(rùn)滑油，低速高載荷選用高粘度潤(rùn)滑油。另外，因?yàn)闄C(jī)械啟動(dòng)和停止時(shí)，機(jī)械的潤(rùn)滑狀態(tài)要經(jīng)歷邊界潤(rùn)滑階段，因此，在潤(rùn)滑油選擇時(shí)，潤(rùn)滑油的油性和極壓性也應(yīng)考慮，保證機(jī)械啟動(dòng)和停車時(shí)在邊界狀態(tài)下潤(rùn)滑條件良好。摩擦副常用的潤(rùn)滑方式有滴油、浴油、濺油、注油和噴油等幾種。潤(rùn)滑方式的選擇主要依據(jù)是摩擦副的運(yùn)動(dòng)速度，當(dāng)滑動(dòng)速度12m/s時(shí)，一般選用注油和噴油潤(rùn)滑方式;當(dāng)滑動(dòng)速度在3-12m/s之間時(shí)，一般選用濺油或噴油潤(rùn)滑方式；當(dāng)滑動(dòng)速度低于3m/s時(shí)，一般選用浴油和滴油潤(rùn)滑方式。（3）摩擦副表面層設(shè)計(jì)在摩擦學(xué)設(shè)計(jì)中，摩擦副的耐磨層薄膜通常有三種設(shè)計(jì)法則：一是摩擦副若是粘著磨損為主，則采用互溶性小、化學(xué)活性強(qiáng)而抗剪切強(qiáng)度低的表面層，即用抗剪切強(qiáng)度正梯度法則設(shè)計(jì)。二是摩擦副若是磨粒磨損為主，則采用非常硬的表面，如TiC, TiN及表面淬硬層等，即采用表面硬度負(fù)梯度法則設(shè)計(jì)。三是摩擦副若是幾種摩擦磨損過(guò)程混合的情況，即采用強(qiáng)度正梯度法則一硬度負(fù)梯度法則的復(fù)合梯度法則設(shè)計(jì)。四、結(jié)語(yǔ)摩擦學(xué)設(shè)計(jì)是一門正處于發(fā)展完善中的科學(xué)，許多問(wèn)題還有待解決。摩擦學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)與機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)被工程上應(yīng)用，在滿足機(jī)械強(qiáng)度的條件下，推導(dǎo)出摩擦學(xué)公式，建立以摩擦學(xué)為基礎(chǔ)的潤(rùn)滑模型，使機(jī)械設(shè)計(jì)更加牢固可靠。參考文