機械設(shè)計課件04第四章 摩擦、磨損與潤滑概述

1、第四章第四章 摩擦、磨損與潤滑概述摩擦、磨損與潤滑概述 了解摩擦的種類及基本性質(zhì)；了解摩擦的種類及基本性質(zhì)； 本章學(xué)習(xí)要求：本章學(xué)習(xí)要求： 了解磨損的一般規(guī)律及種類；了解磨損的一般規(guī)律及種類； 了解潤滑的作用及潤滑劑的主要質(zhì)量指標(biāo)；了解潤滑的作用及潤滑劑的主要質(zhì)量指標(biāo)； 掌握流體動力潤滑的基本概念及楔效應(yīng)承載原理掌握流體動力潤滑的基本概念及楔效應(yīng)承載原理 明確摩擦學(xué)所包含的主要內(nèi)容明確摩擦學(xué)所包含的主要內(nèi)容第四章第四章 摩擦、磨損與潤滑概述摩擦、磨損與潤滑概述4-1 摩擦摩擦4-2 磨損磨損4-3 潤滑劑、添加劑和潤滑方法潤滑劑、添加劑和潤滑方法4-4 流體潤滑原理簡介流體潤滑原理簡介4-0

2、概述概述4-0 4-0 概述概述 摩擦摩擦是相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；是相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象； 磨損磨損是由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；是由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移； 潤滑潤滑是減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施是減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。關(guān)于摩擦、磨損與潤滑的學(xué)科構(gòu)成了關(guān)于摩擦、磨損與潤滑的學(xué)科構(gòu)成了摩擦學(xué)摩擦學(xué)(Tribology)。 摩擦學(xué)摩擦學(xué)是研究相對運動的作用表面間的摩擦、磨損和潤是研究相對運動的作用表面間的摩擦、磨損和潤滑，以及三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門邊緣學(xué)科?；?，以及三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門邊緣學(xué)科。世界上

3、使用的能源大約有世界上使用的能源大約有 1/31/2 消耗于摩擦。如果能夠盡力減少無用消耗于摩擦。如果能夠盡力減少無用的摩擦消耗，便可大量節(jié)省能源。另外，機械產(chǎn)品的易損零件大部分是的摩擦消耗，便可大量節(jié)省能源。另外，機械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過限度而報廢和更換的，如果能控制和減少磨損，則既減少由于磨損超過限度而報廢和更換的，如果能控制和減少磨損，則既減少設(shè)備維修次數(shù)和費用，又能節(jié)省制造零件及其所需材料的費用設(shè)備維修次數(shù)和費用，又能節(jié)省制造零件及其所需材料的費用。4-1 4-1 摩擦摩擦摩擦分類：摩擦分類：內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦(微觀微觀)：在在物質(zhì)的內(nèi)部物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對運動的現(xiàn)

4、象發(fā)生的阻礙分子之間相對運動的現(xiàn)象外摩擦外摩擦(宏觀宏觀)：在相對運動的在相對運動的物體表面間物體表面間發(fā)生的相互阻礙作用現(xiàn)象。發(fā)生的相互阻礙作用現(xiàn)象。滑動摩擦滑動摩擦：物體表面間的運動形式是物體表面間的運動形式是相對滑動相對滑動滾動摩擦滾動摩擦：物體表面間的運動形式是物體表面間的運動形式是相對滾動相對滾動靜摩擦靜摩擦：僅有僅有相對運動趨勢相對運動趨勢時的摩擦?xí)r的摩擦動摩擦動摩擦：在在相對運動相對運動進(jìn)行中的摩擦進(jìn)行中的摩擦是否相對運動是否相對運動摩擦性質(zhì)摩擦性質(zhì)4-1 4-1 摩擦摩擦一、干摩擦一、干摩擦表面間表面間無任何潤滑劑無任何潤滑劑或或保護(hù)膜保護(hù)膜的純金屬接觸時的摩擦。通的純金屬接觸

5、時的摩擦。通常將未經(jīng)人為潤滑的摩擦狀態(tài)當(dāng)作常將未經(jīng)人為潤滑的摩擦狀態(tài)當(dāng)作“干摩擦干摩擦”處理。處理?；瑒幽Σ练譃椋夯瑒幽Σ练譃椋焊赡Σ痢⑦吔缒Σ?、流體摩擦、混合摩擦干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦、混合摩擦4-1 4-1 摩擦摩擦邊界摩擦邊界摩擦：運動副的摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開運動副的摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開摩擦性質(zhì)摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面的吸附性能即化學(xué)性質(zhì)。取決于邊界膜和表面的吸附性能即化學(xué)性質(zhì)。邊界摩擦摩擦系數(shù)邊界摩擦摩擦系數(shù)f0.1f0.1；( (膜厚比膜厚比1)1)二、邊界摩擦二、邊界摩擦按邊界膜形成機理，邊界膜分為按邊界膜形成機理，邊界膜分為： 反應(yīng)膜反應(yīng)膜:比較穩(wěn)定

6、比較穩(wěn)定 吸附膜吸附膜物理吸附膜（極性分子）物理吸附膜（極性分子）化學(xué)吸附膜（化學(xué)鍵）化學(xué)吸附膜（化學(xué)鍵） 吸附性不穩(wěn)定，受溫吸附性不穩(wěn)定，受溫 度影響較大度影響較大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：摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀 態(tài)態(tài)（ =1=13 3） 。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦?xí)r要混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦?xí)r要小得多。小得多。三、流體摩擦三、流體摩擦流體摩擦流體摩擦：指運動副的摩擦表面被流體膜隔開指運動副的摩擦表面被流體膜隔開（334 4）摩擦性質(zhì)摩擦性質(zhì)取決于

7、流體內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦取決于流體內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦。摩擦系數(shù)最?。Σ料禂?shù)最小（f=0.001-0.008f=0.001-0.008），無磨損產(chǎn)生，是理想的摩無磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。擦狀態(tài)。邊界摩擦邊界摩擦和和混合摩擦混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦不完全液體摩擦。4-2 4-2 磨損磨損磨損：磨損：運動副之間的摩擦而導(dǎo)致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。運動副之間的摩擦而導(dǎo)致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。零件的磨損過程：零件的磨損過程：磨合階段磨合階段（有利磨損有利磨損）表面輪廓峰的形狀變化表面輪廓峰的形狀變化表面材料被冷作硬化

8、表面材料被冷作硬化劇烈磨損階段劇烈磨損階段: :即將報廢階段即將報廢階段。穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段: :代表零件使用壽命的長短。代表零件使用壽命的長短。結(jié)論：力求縮短磨合期，延長穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損的到來力求縮短磨合期，延長穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損的到來汽車磨合期間的使用汽車磨合期間的使用 目的目的:汽車汽車磨合也叫走合。磨合也叫走合。汽車汽車磨合期是指新車磨合期是指新車或大修后的初駛階段。機體各部件機能適應(yīng)環(huán)境的或大修后的初駛階段。機體各部件機能適應(yīng)環(huán)境的能力得以調(diào)整提升。新車、大修車及裝用大修發(fā)動能力得以調(diào)整提升。新車、大修車及裝用大修發(fā)動機的汽車在初期使用階段都要經(jīng)過磨合，以便相互機

9、的汽車在初期使用階段都要經(jīng)過磨合，以便相互配合機件的磨擦表面進(jìn)行吻合加工，從而順利過渡配合機件的磨擦表面進(jìn)行吻合加工，從而順利過渡到正常使用狀態(tài)。汽車磨合的優(yōu)劣，會對汽車壽命、到正常使用狀態(tài)。汽車磨合的優(yōu)劣，會對汽車壽命、安全性和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重要影響。安全性和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重要影響。汽車的磨合期如同運動員在參賽前的熱身運動汽車的磨合期如同運動員在參賽前的熱身運動汽車磨合期間的使用汽車磨合期間的使用 提高磨合質(zhì)量應(yīng)注意以下幾個方面的問題提高磨合質(zhì)量應(yīng)注意以下幾個方面的問題: 1）磨合里程：）磨合里程：10002500公里，這是保證機件充分接觸、摩擦、公里，這是保證機件充分接觸、摩擦、適應(yīng)、定型的基本里

10、程適應(yīng)、定型的基本里程，進(jìn)口車的磨合期則更長一些，多數(shù)為進(jìn)口車的磨合期則更長一些，多數(shù)為15003000公里。磨合期分為三個階段。行駛里程至公里。磨合期分為三個階段。行駛里程至100公里時為磨合初期，公里時為磨合初期，200公里時為初磨合程度，公里時為初磨合程度，3000公里就可磨合形成氧化膜。公里就可磨合形成氧化膜。2)行駛速度：行駛速度：磨合期內(nèi)應(yīng)盡量低速行駛。一般情況下，載重汽車最磨合期內(nèi)應(yīng)盡量低速行駛。一般情況下，載重汽車最高車速駛期高車速駛期300公里以內(nèi)應(yīng)避免緊急制動。公里以內(nèi)應(yīng)避免緊急制動。新車及大修后的汽車化油器新車及大修后的汽車化油器都裝有限速器，不得隨意拆除。都裝有限速器，

11、不得隨意拆除。 汽車磨合期間的使用汽車磨合期間的使用 4）合理使用油料：）合理使用油料：一般來講，轎車的油料是越高級越好，這里一般來講，轎車的油料是越高級越好，這里講的高級是指使用性能，而不僅僅是精美的包裝、昂貴的價格。講的高級是指使用性能，而不僅僅是精美的包裝、昂貴的價格。磨合期間的保養(yǎng)磨合結(jié)束檢查保養(yǎng)后才能進(jìn)入正磨合期間的保養(yǎng)磨合結(jié)束檢查保養(yǎng)后才能進(jìn)入正常使用期。常使用期。3）輕裝上陣：）輕裝上陣：新車不宜勞頓，新車不宜勞頓，處于磨合期的車輛裝載質(zhì)量一定不處于磨合期的車輛裝載質(zhì)量一定不要超過額定載重量的要超過額定載重量的70%，滿載、超載對新車各個構(gòu)件都會造成極大的，滿載、超載對新車各個構(gòu)

12、件都會造成極大的損害，損害，并選擇平坦道路行駛。慢起動、緩?fù)＼?。并選擇平坦道路行駛。慢起動、緩?fù)＼嚒?-2 4-2 磨損磨損磨 損2磨粒磨損（簡稱磨損）磨粒磨損（簡稱磨損） 是外部進(jìn)入摩擦表面的游離硬顆?；蚴峭獠窟M(jìn)入摩擦表面的游離硬顆?；蛴驳妮喞寮馑鸬哪p。硬的輪廓峰尖所引起的磨損。粘附磨損（膠合）粘附磨損（膠合） 當(dāng)摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點處當(dāng)摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點處由于瞬時的溫升和壓力發(fā)生由于瞬時的溫升和壓力發(fā)生“冷焊冷焊”后，在相對運動時，材料從后，在相對運動時，材料從一個表面遷移到另一個表面，便形成粘附磨損。一個表面遷移到另一個表面，便形成粘附磨損。疲勞磨損（點

13、蝕）疲勞磨損（點蝕） 是由于摩擦表面材料微體積在重復(fù)變形時是由于摩擦表面材料微體積在重復(fù)變形時所產(chǎn)生的材料疲勞所引起的機械磨損。所產(chǎn)生的材料疲勞所引起的機械磨損。4-2 4-2 磨損磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損流體中所夾帶的硬質(zhì)物質(zhì)或顆粒，在流體沖擊力流體中所夾帶的硬質(zhì)物質(zhì)或顆粒，在流體沖擊力作用下而在摩擦表面引起的磨損。作用下而在摩擦表面引起的磨損。 腐蝕磨損腐蝕磨損當(dāng)摩擦表面材料在環(huán)境的化學(xué)或電化學(xué)作用下引當(dāng)摩擦表面材料在環(huán)境的化學(xué)或電化學(xué)作用下引起腐蝕，在摩擦副相對運動時所產(chǎn)生的磨損即為腐蝕磨損。起腐蝕，在摩擦副相對運動時所產(chǎn)生的磨損即為腐蝕磨損。 微動磨損微動磨損是指摩擦副在微幅運動時，由上

14、述各磨損機理是指摩擦副在微幅運動時，由上述各磨損機理共同形成的復(fù)合磨損。微幅運動可理解為不足以使磨粒脫離摩共同形成的復(fù)合磨損。微幅運動可理解為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對運動擦副的相對運動4-3 4-3 潤滑劑、添加劑和潤滑辦法潤滑劑、添加劑和潤滑辦法一、潤滑劑一、潤滑劑作用：作用：減小摩擦、磨損；散熱降溫；緩沖、吸振；密封減小摩擦、磨損；散熱降溫；緩沖、吸振；密封分類：分類： 氣體氣體空氣等任何氣體空氣等任何氣體 液體液體潤滑油（有機油、礦物油、化學(xué)合成油）潤滑油（有機油、礦物油、化學(xué)合成油） 半固體半固體潤滑脂潤滑脂 固體固體石墨等石墨等粘度是潤滑油的主要指標(biāo)：粘度是潤滑油的主要指標(biāo)：潤滑

15、脂：潤滑脂：潤滑油潤滑油+ +稠化劑稠化劑動力粘度動力粘度（Pa.s）運動粘度運動粘度 （m2/s）（）（潤滑油牌號潤滑油牌號）條件粘度條件粘度e（Et）溫度和壓力對粘度影響較大：溫度溫度和壓力對粘度影響較大：溫度 ，粘度，粘度 ：壓力：壓力 ，粘度，粘度4-3 4-3 潤滑劑、添加劑和潤滑辦法潤滑劑、添加劑和潤滑辦法二、添加劑二、添加劑滴油潤滑、浸油潤滑、飛濺潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑等滴油潤滑、浸油潤滑、飛濺潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑等 用于低速用于低速用于高速用于高速三、潤滑方法三、潤滑方法提高油性、極壓性提高油性、極壓性延長使用壽命延長使用壽命改善物理性能改善物理性能添加劑的作用添加劑的作

16、用 為了提高油的品質(zhì)和性能，常在潤滑油或潤滑脂中加入一些分量雖為了提高油的品質(zhì)和性能，常在潤滑油或潤滑脂中加入一些分量雖小但對潤滑劑性能改善其巨大作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)叫小但對潤滑劑性能改善其巨大作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)叫添加劑添加劑。4-3 4-3 潤滑劑、添加劑和潤滑辦法潤滑劑、添加劑和潤滑辦法滴油潤滑、浸油潤滑、飛濺潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑等滴油潤滑、浸油潤滑、飛濺潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑等 用于低速用于低速用于高速用于高速三、潤滑方法三、潤滑方法常用的潤滑裝置常用的潤滑裝置浸油與飛濺潤滑浸油與飛濺潤滑噴油潤滑噴油潤滑油脂潤滑油脂潤滑常用于運轉(zhuǎn)速度較低的場合，將潤滑脂涂抹于需潤常用于運轉(zhuǎn)速度較

17、低的場合，將潤滑脂涂抹于需潤滑的零件上。潤滑脂還可以用于簡單的密封。滑的零件上。潤滑脂還可以用于簡單的密封。4-4 4-4 流體潤滑原理簡介流體潤滑原理簡介流體動力潤滑：流體動力潤滑：指兩個作相對運動物體的摩擦表面，借助于相指兩個作相對運動物體的摩擦表面，借助于相對速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜對速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷。產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷。一、流體動力潤滑一、流體動力潤滑優(yōu)點：優(yōu)點：摩擦力小，磨損小，緩和振動與沖擊摩擦力小，磨損小，緩和振動與沖擊4-4 4-4 流體潤滑原理簡介流體潤滑原理簡介剪切流剪切流剪切流剪切流+壓力流壓力流動畫演示4-4 4-4 流體潤滑原理簡介流體潤滑原理簡介 楔形空間楔形空間 相對運動速度足夠大（保證流體由大口進(jìn)入）相對運動速度足夠大（保證流體由大口進(jìn)入） 連續(xù)不斷地供油連續(xù)不斷地供油 油要有一定粘度油要有一