第四章 摩擦、磨損和潤滑

1、q 摩擦是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；q 磨損是由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；q 潤滑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)成了摩擦學(xué)(TribologyTribology)。 摩擦學(xué)是研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)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。 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的摩擦消耗，便可大量節(jié)省能源。另外，機(jī)械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過限度而報(bào)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(fèi)用，又能節(jié)省制造零件及其所需材料的費(fèi)用。第四章 摩擦、磨損和潤滑

2、消極影響：消耗能源；消極影響：消耗能源； 破壞精度破壞精度 增大噪聲增大噪聲 積極作用：驅(qū)動(dòng)積極作用：驅(qū)動(dòng)( (摩擦輪、無級(jí)變速）摩擦輪、無級(jí)變速） 緩沖，如宇航員座椅；緩沖，如宇航員座椅； 自鎖，如釘子等自鎖，如釘子等 摩擦磨損潤滑和密封失效是現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的主要失效原因。摩擦磨損潤滑和密封失效是現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的主要失效原因。q “機(jī)械說”產(chǎn)生摩擦的原因是表面微凸體的相互阻礙作用；q “分子說”產(chǎn)生摩擦的原因是表面材料分子間的吸力作用；一、摩擦的機(jī)理q “機(jī)械分子說”兩種作用均有。4.1 摩摩 擦擦摩擦力：在外力作用下，兩個(gè)相互接觸的物體，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢時(shí)在摩擦表面所產(chǎn)生的切向阻力 摩

3、擦分類摩擦分類： 內(nèi)摩擦（流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于分子間相互內(nèi)摩擦（流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于分子間相互 作用產(chǎn)生的粘剪力）作用產(chǎn)生的粘剪力）外摩擦（存在于兩物體表面之間的摩擦）外摩擦（存在于兩物體表面之間的摩擦） 按照兩表面的潤滑狀況，摩擦分為：按照兩表面的潤滑狀況，摩擦分為： 1 1）干摩擦）干摩擦-無潤滑狀態(tài)無潤滑狀態(tài) 2 2）邊界摩擦）邊界摩擦邊界潤滑狀態(tài)邊界潤滑狀態(tài)3 3）流體摩擦）流體摩擦流體潤滑狀態(tài)流體潤滑狀態(tài)4 4）混合摩擦）混合摩擦混合潤滑狀態(tài)混合潤滑狀態(tài) 不加潤滑劑時(shí)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件表面直接接觸，這樣不加潤滑劑時(shí)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件表面直接接觸，這樣產(chǎn)生的摩擦稱為干摩擦產(chǎn)生的摩擦稱為干摩擦 (如

4、真空中如真空中)。fnFfF古典摩擦理論的摩擦力計(jì)算公式：古典摩擦理論的摩擦力計(jì)算公式：一、干摩擦一、干摩擦 現(xiàn)在觀點(diǎn)認(rèn)為：現(xiàn)在觀點(diǎn)認(rèn)為： 摩擦力的組成可表示為：摩擦力的組成可表示為：frnFFFAF分子機(jī)械摩擦力的分子引力分量摩擦力的機(jī)械分量實(shí)際接觸面積法向載荷與表面物理、機(jī)械性能有關(guān)的系數(shù)干摩擦的摩擦系數(shù)大、磨損嚴(yán)重，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取一定的措施盡量避免或減少干摩擦二、邊界摩擦二、邊界摩擦兩表面加入潤滑油后，在金屬兩表面加入潤滑油后，在金屬表面會(huì)形成一層邊界膜，在載表面會(huì)形成一層邊界膜，在載荷的作用下，邊界膜互相接觸，荷的作用下，邊界膜互相接觸，橫向剪切力比較弱，這種摩擦橫向剪切力比較弱，這種摩

5、擦狀態(tài)稱為邊界摩擦。狀態(tài)稱為邊界摩擦。油性分子吸附在表面油性分子吸附在表面三、流體摩擦三、流體摩擦 當(dāng)兩摩擦表面被流體（液體或氣體）完全隔開時(shí)，當(dāng)兩摩擦表面被流體（液體或氣體）完全隔開時(shí)，摩擦表面不會(huì)產(chǎn)生金屬間的直接摩擦，流體分子摩擦表面不會(huì)產(chǎn)生金屬間的直接摩擦，流體分子層間的粘剪阻力就是摩擦力，這種摩擦稱為流體層間的粘剪阻力就是摩擦力，這種摩擦稱為流體摩擦。摩擦。 實(shí)現(xiàn)流體摩擦有下列三種方法實(shí)現(xiàn)流體摩擦有下列三種方法: 1)1)流體動(dòng)壓潤滑流體動(dòng)壓潤滑 2）彈性流體動(dòng)壓潤滑）彈性流體動(dòng)壓潤滑考慮了接觸區(qū)彈性變形和壓力對(duì)接觸區(qū)潤滑油粘度的考慮了接觸區(qū)彈性變形和壓力對(duì)接觸區(qū)潤滑油粘度的影響的動(dòng)壓

6、潤滑稱為彈性流體動(dòng)力潤滑影響的動(dòng)壓潤滑稱為彈性流體動(dòng)力潤滑, ,簡稱為簡稱為彈流潤滑彈流潤滑. .3) 流體靜壓潤滑流體靜壓潤滑四、混合摩擦四、混合摩擦當(dāng)動(dòng)壓潤滑條件不具備，且邊界膜遭破壞時(shí)，當(dāng)動(dòng)壓潤滑條件不具備，且邊界膜遭破壞時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)流體摩擦、邊界摩擦和干摩擦同時(shí)存就會(huì)出現(xiàn)流體摩擦、邊界摩擦和干摩擦同時(shí)存在的現(xiàn)象，這種摩擦狀態(tài)稱為混合摩擦。在的現(xiàn)象，這種摩擦狀態(tài)稱為混合摩擦。4.2 磨磨 損損 磨損：運(yùn)動(dòng)副表面材料不斷損失磨損：運(yùn)動(dòng)副表面材料不斷損失 磨損率磨損率: 單位時(shí)間內(nèi)材料的磨損體積或重量單位時(shí)間內(nèi)材料的磨損體積或重量1)跑合磨損階段跑合磨損階段 2)穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段 3

7、)劇烈磨損階段劇烈磨損階段 一、磨損過程（三階段）一、磨損過程（三階段）: :二、磨損分類：根據(jù)磨損機(jī)理可分為二、磨損分類：根據(jù)磨損機(jī)理可分為1）粘著磨損：）粘著磨損：2）磨粒磨損）磨粒磨損/磨削磨削形成：形成：邊界摩擦，載荷大，速度高，邊界膜破壞，表邊界摩擦，載荷大，速度高，邊界膜破壞，表 面尖峰接觸。面尖峰接觸。形成：形成：表面微峰或外界硬質(zhì)顆粒進(jìn)入摩擦面。表面微峰或外界硬質(zhì)顆粒進(jìn)入摩擦面?，F(xiàn)象：現(xiàn)象：表面劃傷或犁溝現(xiàn)象。表面劃傷或犁溝現(xiàn)象。影響因素：影響因素：環(huán)境，表面硬度、粗糙度。環(huán)境，表面硬度、粗糙度。現(xiàn)象：現(xiàn)象：形成材料轉(zhuǎn)移。形成材料轉(zhuǎn)移。影響因素：影響因素：材料硬度，表面粗糙度，

8、載荷、材料硬度，表面粗糙度，載荷、 速度、溫度，不同材料配副。速度、溫度，不同材料配副。3）疲勞磨損（也稱疲勞點(diǎn)蝕）疲勞磨損（也稱疲勞點(diǎn)蝕）4）沖蝕磨損）沖蝕磨損形成：接觸應(yīng)力反復(fù)作用。軸承、齒輪。形成：接觸應(yīng)力反復(fù)作用。軸承、齒輪?，F(xiàn)象：表層金屬剝落，形成點(diǎn)蝕凹坑?，F(xiàn)象：表層金屬剝落，形成點(diǎn)蝕凹坑。影響因素：表面硬度、粗糙度，潤滑油粘度。影響因素：表面硬度、粗糙度，潤滑油粘度。形成：一定速度的硬質(zhì)微粒反復(fù)作用，表面受法形成：一定速度的硬質(zhì)微粒反復(fù)作用，表面受法 向力及切向力。燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片、水輪機(jī)葉片。向力及切向力。燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片、水輪機(jī)葉片?，F(xiàn)象：表面疲勞，材料損失?，F(xiàn)象：表面疲勞，材料損失。影響因素：材料硬度影響因素：材料硬度5）腐蝕磨損）腐蝕磨損-電化學(xué)作用電化學(xué)作用形成：形成：空氣中的酸、潤滑油中的無機(jī)酸產(chǎn)生化學(xué)作用空氣中的酸、潤滑油中的無機(jī)酸產(chǎn)生化學(xué)作用 或電化學(xué)作用?；螂娀瘜W(xué)作用。現(xiàn)象：現(xiàn)象：表面腐蝕并磨損。表面腐蝕并磨損。影響因素：影響因素：環(huán)境、潤滑油的腐蝕性。環(huán)境、潤滑油的腐蝕性。4.3 潤滑劑和添加劑潤滑劑和添加劑 潤滑劑：潤滑油、潤滑脂和固體潤滑劑潤滑劑：潤滑油、潤滑脂和固體潤滑劑潤滑裝置潤滑裝置v單體供油裝置單體供油裝置 油壺，油壺， 油杯，