機(jī)械設(shè)計(jì)摩擦磨損及潤(rùn)滑概述

1、4-1 摩擦4-2 磨損4-3 潤(rùn)滑劑、添加劑和潤(rùn)滑方法 4-4 流體潤(rùn)滑原理簡(jiǎn)介 4-0 概述 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論4-0 概 述 摩擦學(xué)摩擦學(xué)研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用表面間的摩擦、磨損研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用表面間的摩擦、磨損和潤(rùn)滑，以及三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門(mén)邊和潤(rùn)滑，以及三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門(mén)邊緣學(xué)科。緣學(xué)科。 摩擦摩擦相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象 磨損磨損由于摩擦而造成物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移由于摩擦而造成物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移 潤(rùn)滑潤(rùn)滑減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施關(guān)于摩擦、磨損與潤(rùn)滑的學(xué)

2、科構(gòu)成了摩擦學(xué)(Tribology)。世界上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。消耗于摩擦。機(jī)械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過(guò)限度而報(bào)廢機(jī)械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過(guò)限度而報(bào)廢和更換的。和更換的。減少摩擦減少摩擦 節(jié)省能源；節(jié)省能源；減少磨損減少磨損 降低設(shè)備維修次數(shù)和費(fèi)用，節(jié)省制造降低設(shè)備維修次數(shù)和費(fèi)用，節(jié)省制造零零 件及其所需材料的費(fèi)用。件及其所需材料的費(fèi)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，摩擦學(xué)的理論和應(yīng)用必將由宏觀進(jìn)入微觀，由靜態(tài)進(jìn)入動(dòng)態(tài)，由定性進(jìn)入定量，成為系統(tǒng)綜合研究的領(lǐng)域。 二二、摩擦的分類(lèi)摩擦的分類(lèi)內(nèi)內(nèi) 摩摩 擦擦在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對(duì)

3、在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對(duì) 運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。外外 摩摩 擦擦在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間發(fā)生的相互阻在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間發(fā)生的相互阻 礙作用現(xiàn)象。礙作用現(xiàn)象。靜靜 摩摩 擦擦僅有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)的摩擦。僅有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)的摩擦。動(dòng)動(dòng) 摩摩 擦擦在相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行中的摩擦。在相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行中的摩擦。滑動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滑動(dòng)。物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滑動(dòng)。滾動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滾動(dòng)。物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滾動(dòng)。 “機(jī)械說(shuō)機(jī)械說(shuō)” 摩擦原因是表面微凸體的相互阻礙作用摩擦原因是表面微凸體的相互阻礙作用 “分子說(shuō)分子說(shuō)” 摩擦原因是表面材料分子間的吸力

4、作用摩擦原因是表面材料分子間的吸力作用一、摩擦的機(jī)理一、摩擦的機(jī)理 “機(jī)械分子說(shuō)機(jī)械分子說(shuō)”兩種作用均有兩種作用均有 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 兩零件表面直接接觸后，因?yàn)槲⒂^局部?jī)闪慵砻嬷苯咏佑|后，因?yàn)槲⒂^局部壓力高而形成許多冷焊點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)時(shí)被剪切。壓力高而形成許多冷焊點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)時(shí)被剪切。 不允許出現(xiàn)干摩擦！不允許出現(xiàn)干摩擦！2. 邊界摩擦邊界摩擦三、三、 滑動(dòng)摩擦狀態(tài)滑動(dòng)摩擦狀態(tài) 功耗功耗 磨損磨損 溫度溫度 燒毀軸瓦燒毀軸瓦 運(yùn)動(dòng)副表面有一層厚度運(yùn)動(dòng)副表面有一層厚度ttEVEt時(shí)，當(dāng) 潤(rùn)滑油的牌號(hào)與運(yùn)動(dòng)粘度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如牌號(hào)潤(rùn)滑油的牌

5、號(hào)與運(yùn)動(dòng)粘度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如牌號(hào)為為L(zhǎng)-AN10的油在的油在40時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度大約為時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度大約為10 cSt。潘存云教授研制潤(rùn)滑油的特性：潤(rùn)滑油的特性： (1)粘粘溫相關(guān)性溫相關(guān)性 溫度溫度 t 壓力壓力p 但但p 350 才開(kāi)始氧化，可在水中工作。才開(kāi)始氧化，可在水中工作。摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣 (- -60300 )，但遇水性能下降。，但遇水性能下降。摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。使用方式使用方式1.1.調(diào)和在潤(rùn)滑油中；調(diào)和在潤(rùn)滑油中；2.2.涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；3.3.混入金屬或塑

6、料粉末中燒結(jié)成型?；烊虢饘倩蛩芰戏勰┲袩Y(jié)成型。其應(yīng)用日漸廣泛油性添加劑油性添加劑 種類(lèi)種類(lèi)添加劑添加劑為了改善潤(rùn)滑劑品質(zhì)和性能而添加的物質(zhì)。為了改善潤(rùn)滑劑品質(zhì)和性能而添加的物質(zhì)。二、添加劑二、添加劑 非極壓油非極壓油軟化溫度軟化溫度t t/ / 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù) f含脂肪酸和極壓添加劑的油含脂肪酸和極壓添加劑的油含脂肪含脂肪酸的油酸的油含極壓添含極壓添加劑的油加劑的油作用作用提高油性、極壓性、延長(zhǎng)使用壽命、改善性能。提高油性、極壓性、延長(zhǎng)使用壽命、改善性能。極壓添加劑極壓添加劑分散凈化劑分散凈化劑消泡添加劑消泡添加劑抗氧化添加劑抗氧化添加劑降凝劑降凝劑增粘劑增粘劑潘存云教授研制潘存云教授研制

7、潘存云教授研制潤(rùn)滑油潤(rùn)滑在工程中的應(yīng)用最普遍，其供油方式有：潤(rùn)滑油潤(rùn)滑在工程中的應(yīng)用最普遍，其供油方式有：三、潤(rùn)滑方法三、潤(rùn)滑方法 潤(rùn)滑方式潤(rùn)滑方式 人工給油人工給油 油杯滴油油杯滴油浸油潤(rùn)滑、飛濺給油浸油潤(rùn)滑、飛濺給油用油泵強(qiáng)制潤(rùn)滑和冷卻用油泵強(qiáng)制潤(rùn)滑和冷卻低速傳動(dòng)低速傳動(dòng)高速傳動(dòng)高速傳動(dòng)甩油環(huán)甩油環(huán)噴油潤(rùn)滑噴油潤(rùn)滑 油泵油泵冷冷卻卻器器滴油潤(rùn)滑滴油潤(rùn)滑 浸油潤(rùn)滑浸油潤(rùn)滑 飛濺潤(rùn)滑飛濺潤(rùn)滑 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制針閥針閥式油式油杯杯旋蓋式油杯旋蓋式油杯 脂用潘存云教授研制壓注式油杯壓注式油杯彈簧蓋油杯彈簧蓋油杯四、潤(rùn)滑裝置四、潤(rùn)滑裝置 1. 油杯油杯 潘存云教授研制潘存云

8、教授研制2. 油環(huán)油環(huán) 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制一、流體動(dòng)力潤(rùn)滑一、流體動(dòng)力潤(rùn)滑 FFFF先分析平行板的情況。板B靜止，板A以速度向左運(yùn)動(dòng)，板間充滿潤(rùn)滑油，無(wú)載荷時(shí)， 液體各層的速度呈三角形分布，近油量與處油量相等，板A不會(huì)下沉。但若板A有載荷時(shí)，油向兩邊擠出，板A逐漸下沉，直到與B板接觸。 v F4-4流體潤(rùn)滑原理簡(jiǎn)介 流體動(dòng)力潤(rùn)滑是指兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的摩擦表面，流體動(dòng)力潤(rùn)滑是指兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的摩擦表面，借助于相對(duì)速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全借助于相對(duì)速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開(kāi)，由流體膜產(chǎn)生的壓力來(lái)平衡外載荷。隔開(kāi)，由流體膜產(chǎn)生的壓力來(lái)平衡外

9、載荷。動(dòng)壓油膜動(dòng)壓油膜因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜。 v vvh1aah2ccvv兩平形板之間不能形成壓力油膜！兩平形板之間不能形成壓力油膜！ 如兩板不平行板。板間間隙呈沿運(yùn)動(dòng)方向由大到小呈收斂楔形分布，且板A有載荷， 當(dāng)板A運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩端速度若程虛線分布，則必然進(jìn)油多而出油少。由于液體實(shí)際上是不可壓縮的，必將在板內(nèi)擠壓而形成壓力，迫使進(jìn)油端的速度往內(nèi)凹，而出油端的速度往外鼓。進(jìn)油端間隙大而速度曲線內(nèi)凹，出油端間隙小而速度曲線外凸，進(jìn)出油量相等，同時(shí)間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡，板A不會(huì)下沉。這說(shuō)明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜。這種因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜稱(chēng)為動(dòng)壓油膜。各截面的速度圖不一樣，從凹三角形過(guò)渡到

10、凸三角形，中間必有一個(gè)位置呈三角形分布。Fpmax潘存云教授研制F形成動(dòng)壓油膜的必要條件：形成動(dòng)壓油膜的必要條件：1.兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；2.兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤(rùn)滑油或其它液體；兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤(rùn)滑油或其它液體；3.兩工件表面必須有相對(duì)滑動(dòng)速度。其運(yùn)動(dòng)方向必兩工件表面必須有相對(duì)滑動(dòng)速度。其運(yùn)動(dòng)方向必 須保證潤(rùn)滑油從大截面流進(jìn)，從小截面流出來(lái)。須保證潤(rùn)滑油從大截面流進(jìn)，從小截面流出來(lái)。 Fy =F Fx 0 Fy =F Fx = 0應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例向心滑動(dòng)軸承動(dòng)壓油膜的形成過(guò)程：向心滑動(dòng)軸承動(dòng)壓油膜的形成過(guò)程：靜止靜止 爬升爬升將軸起

11、抬將軸起抬轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高質(zhì)心質(zhì)心左移左移穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速e 偏心距。偏心距。e二、彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑二、彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑 彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論研究在點(diǎn)、線接觸條件研究在點(diǎn)、線接觸條件下，兩彈性物體間的流體動(dòng)力潤(rùn)滑膜的力學(xué)性質(zhì)。下，兩彈性物體間的流體動(dòng)力潤(rùn)滑膜的力學(xué)性質(zhì)。求解油膜求解油膜壓力分布?jí)毫Ψ植?、?rùn)滑膜、潤(rùn)滑膜厚度分布厚度分布等問(wèn)題等問(wèn)題 在油膜壓力下，摩擦表面的變形的彈性方程在油膜壓力下，摩擦表面的變形的彈性方程表述潤(rùn)滑劑粘度與壓力間關(guān)系的粘壓方程表述潤(rùn)滑劑粘度與壓力間關(guān)系的粘壓方程流體動(dòng)力潤(rùn)滑的主要方程流體動(dòng)力潤(rùn)滑的主要方程流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論的前提流體動(dòng)力潤(rùn)

12、滑理論的前提適應(yīng)于低副中兩零件之間的潤(rùn)滑問(wèn)題。適應(yīng)于低副中兩零件之間的潤(rùn)滑問(wèn)題。 潤(rùn)滑劑粘度不隨壓力變化潤(rùn)滑劑粘度不隨壓力變化零件摩擦表面為剛體零件摩擦表面為剛體潘存云教授研制潘存云教授研制 依靠依靠潤(rùn)滑劑的粘附作用，兩圓柱體相互滾動(dòng)時(shí)將潤(rùn)滑劑的粘附作用，兩圓柱體相互滾動(dòng)時(shí)將潤(rùn)滑劑帶入間隙。由于接觸壓力較高使接觸面發(fā)生局潤(rùn)滑劑帶入間隙。由于接觸壓力較高使接觸面發(fā)生局部變形，接觸面積增大，并形成了一個(gè)平行縫隙，在部變形，接觸面積增大，并形成了一個(gè)平行縫隙，在出油口處的接觸面邊緣出現(xiàn)了使間隙變小的突出部分，出油口處的接觸面邊緣出現(xiàn)了使間隙變小的突出部分，稱(chēng)為縮頸現(xiàn)象，此處形成了最小油膜厚度，出現(xiàn)了

13、第稱(chēng)為縮頸現(xiàn)象，此處形成了最小油膜厚度，出現(xiàn)了第二個(gè)峰值壓力。二個(gè)峰值壓力。V2V1V1V2FV1V2F赫茲接觸區(qū)赫茲接觸區(qū)hminh0第二個(gè)峰值壓力第二個(gè)峰值壓力 彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑的機(jī)理：彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑的機(jī)理：與干摩擦進(jìn)行對(duì)比分析V1V2F F干摩擦接觸干摩擦接觸赫茲接觸區(qū)赫茲接觸區(qū)潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制節(jié)節(jié)流流器器節(jié)流器節(jié)流器D工作原理：工作原理：依靠供依靠供油裝置，將高壓油油裝置，將高壓油壓入軸承間隙中，壓入軸承間隙中，強(qiáng)制形成油膜。強(qiáng)制形成油膜。特點(diǎn)：特點(diǎn)：靜壓軸承靜壓軸承在任何工況下都在任何工況下都能勝任工作。能勝任工作。d0d0常用節(jié)流器常用節(jié)流器關(guān)鍵器件：關(guān)鍵器件：節(jié)流器節(jié)流器節(jié)流器作用：節(jié)流器作用：根據(jù)外載荷根據(jù)外載荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)各油腔內(nèi)的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)各油腔內(nèi)的壓力。的壓力。油臺(tái)油臺(tái) 起密封作用 三、流體靜力潤(rùn)滑三、流體靜力潤(rùn)滑1. 靜壓軸承靜壓軸承2.空氣軸承空氣軸承 空氣也是一種流體潤(rùn)滑劑，其粘度只有空氣也是一種流體潤(rùn)滑劑，其粘度只有L-AN7潤(rùn)潤(rùn)滑油的滑油的1/4000， 摩擦力小到可忽略不計(jì)，因此可用于摩擦力小到可忽略不計(jì)，因此可用于數(shù)十萬(wàn)轉(zhuǎn)的超高速軸承。數(shù)十萬(wàn)轉(zhuǎn)的超高速軸承。