摩擦磨損及潤滑概述+

1、摩擦磨損及潤滑概述+第1頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三 “機(jī)械說” 摩擦原因是表面微凸體的相互阻礙作用 “分子說” 摩擦原因是表面材料分子間的吸力作用一、摩擦的機(jī)理 “機(jī)械分子說”兩種作用均有 4、5-1摩擦摩擦學(xué)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。 摩擦相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象 第2頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三二、摩擦的分類內(nèi) 摩 擦在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對 運動的現(xiàn)象。外 摩 擦在相對運動的物體表面間發(fā)生的相互阻 礙作用現(xiàn)象。靜 摩 擦僅有相對運動趨勢時的

2、摩擦。動 摩 擦在相對運動進(jìn)行中的摩擦?；瑒幽Σ廖矬w表面間的運動形式是相對滑動。滾動摩擦物體表面間的運動形式是相對滾動。第3頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三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 兩零件表面直接接觸后，因為微觀局部壓力高而形成許多冷焊點，運動時被剪切。 不允許出現(xiàn)干摩擦！2. 邊界摩擦三、 滑動摩擦狀態(tài) 功耗 磨損 溫度 燒毀軸瓦 運動副表面有一層厚度1 m的薄油膜，不足以將兩金屬表面完全分開，其表面部分微觀高峰部分仍將相互搓削。比干摩擦的磨損輕，f 0.1 0.3v有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，彼此不直接接觸。是理想的摩擦狀態(tài)。3.

3、 液體摩擦摩擦和磨損極輕，f 0.001 0.01 vvv第4頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三潘存云教授研制潘存云教授研制4. 混合摩擦 v 混合摩擦是指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)。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。在一般機(jī)器中，處于后三種情況的混合狀態(tài)。 f n/p o邊界摩擦混合摩擦液體摩擦摩擦特性曲線稱無量綱參數(shù)n/p為軸承特性數(shù)。 -動力粘度，p-壓強(qiáng) ，n-每秒轉(zhuǎn)數(shù) 邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。摩擦學(xué)研究的最新進(jìn)展：微納米摩擦學(xué)理論可實現(xiàn)： f 0.001 超潤滑摩擦狀態(tài)。第5頁，

4、共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三機(jī)器的壽命磨損由于摩擦而導(dǎo)致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。磨損曲線 磨合階段 磨損量時間劇烈磨損階段 穩(wěn)定磨損階段 4、5-2磨損磨損過程大致如圖所示： 磨合階段包括摩擦表面輪廓峰的形狀變化和表面材料被加工硬化兩個過程穩(wěn)定磨損階段零件在平穩(wěn)而緩慢的速度下磨損它標(biāo)志著磨擦條件相對穩(wěn)定。劇烈磨損階段在經(jīng)過穩(wěn)定磨損階段后，零件表面遭到破壞，運動副間隙增大引起而外的動載荷和振動。零件即將進(jìn)入報廢階段后果降低機(jī)器的效率和可靠性，甚至促使機(jī)器提前報廢。 設(shè)計機(jī)器時，要求縮短磨合期、延長穩(wěn)定期、推遲劇烈磨損期的到來。它是磨損的不穩(wěn)定階段，在整個壽命周期內(nèi)

5、時間很短。第6頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三磨粒磨損 磨損的分類 疲勞磨損 粘附磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨損 微動磨損 磨損類型 按磨損機(jī)理分 按磨損表面外觀可分為 點蝕磨損 膠合磨損 擦傷磨損 兩種不同的稱謂 第7頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三 磨損的機(jī)理 磨粒磨損 疲勞磨損 粘附磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨損 微動磨損 磨損類型： 磨粒磨損也簡稱磨損，外部進(jìn)入摩擦面間的游離硬顆粒（如空氣中的塵土或磨損造成的金屬微粒）或硬的輪廓峰尖在軟材料表面上犁刨出很多溝紋時被移去的材料，一部分流動到溝紋兩旁，一部分則形成一連串的碎片脫落下來成為新的游離顆粒，

6、這樣的微粒切削過程就叫磨粒磨損。潘存云教授研制第8頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三 磨損的機(jī)理： 磨粒磨損 疲勞磨損 粘附磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨損 微動磨損 磨損類型： 粘附磨損也稱膠合，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“冷焊”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。嚴(yán)重的粘附磨損會造成運動副咬死。潘存云教授研制第9頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三 磨損的機(jī)理： 磨粒磨損 疲勞磨損 粘附磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨損 微動磨損 磨損類型： 疲勞磨損也稱點蝕，是由于摩擦表面材料微體積在交變的摩擦力

7、作用下，反復(fù)變形所產(chǎn)生的材料疲勞所引起的機(jī)械磨損。點蝕過程： 產(chǎn)生初始疲勞裂紋擴(kuò)展 微粒脫落，形成點蝕坑。 潘存云教授研制第10頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三 磨損的機(jī)理： 磨粒磨損 疲勞磨損 粘附磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨損 微動磨損 磨損類型： 沖蝕磨損流動的液體或氣體中所夾帶的硬質(zhì)物體或硬 質(zhì)顆粒沖擊零件表面所引起的機(jī)械磨損。利 用高壓空氣輸送型砂或高壓水輸送碎石時， 管道內(nèi)壁所產(chǎn)生的機(jī)械磨損是實例之一。近年來，由于燃?xì)鉁u輪機(jī)的葉片、火箭發(fā)動機(jī)的尾噴管這樣一些部位的破壞，才引起人們對這種磨損形式的特別注意潘存云教授研制第11頁，共35頁，2022年，5月20日，1

8、5點27分，星期三 磨損的機(jī)理： 磨粒磨損 疲勞磨損 粘附磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨損 微動磨損 磨損類型： 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。第12頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三 磨損的機(jī)理： 磨粒磨損 疲勞磨損 粘附磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨損 微動磨損 磨損類型： 微動磨損是指摩擦副在微幅運動時，由上述各磨損 機(jī)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擦副的相對運動。 應(yīng)用實例：軸與孔的過盈配合面、滾動軸承套圈的配合面、旋合螺紋的工作面、鉚釘?shù)墓ぷ髅娴取５?3頁，共35頁，2022年

9、，5月20日，15點27分，星期三一、 潤滑劑 作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。分類液體潤滑劑潤滑油半固體潤滑劑潤滑脂固體潤滑劑1. 潤滑油 礦物油來源充足、成本低廉、穩(wěn)定性好、因而應(yīng)用最廣。種類：氣體潤滑劑空氣有機(jī)油動、植物油礦物油石油產(chǎn)品， 化學(xué)合成油 4、5-3 潤 滑第14頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三潘存云教授研制A在軸承中，潤滑油最重要的物理參數(shù)是粘度，它是選擇潤滑油的主要依據(jù)。粘度表征液體流動的內(nèi)摩擦特性。A、B兩板之間充滿了液體，B板靜止，A板水平移動速度為v。由于液體與金屬表面的吸附作用，A板表面的液體速度為v，而B板表面的液體速

10、度為0。兩板之間的速度呈線性分布。液體層與層之間摩擦的切應(yīng)力：=dudy流體中任意點處的切應(yīng)力與該處的速度梯度成正比。 液體的動力粘度，簡稱粘度量綱：力時間/長度2單位為 Pa s， 稱為泊 ?；蚶宀矗?P=1 dyn s /cm2 實驗結(jié)果： oxyydydu分析位置y處薄層的受力 B粘度液體重要指標(biāo)，粘度值越高，油越稠，反之越??； 粘度的種類動力粘度運動粘度條件粘度(1) 動力粘度牛頓液體流動定律 1泊=100厘泊第15頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三工程中常用運動粘度 = 單位： m2 / s 在制中稱為斯St：cm2 /s 或厘斯cSt：1St=100 cSt

11、(2) 運動粘度 潘存云教授研制表4-1常用潤滑油的主要性質(zhì)名 稱全損耗系統(tǒng)用油GB 443-89汽輪機(jī)油GB 11120-89代 號40 的粘度/(mm2/s)L-AN7 6.127.48 -10 110凝點 閃點(開式) 用于高速低負(fù)荷機(jī)械、精密機(jī)床、紡織紗錠的潤滑和冷卻普通機(jī)床的液壓油。用于一般滑動軸承、齒輪、蝸輪的潤滑用于重型機(jī)床導(dǎo)軌、礦山機(jī)械的潤滑用于汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等高速高負(fù)荷軸承和各種小型液體潤滑軸承L-AN100 90110 0 210L-AN10 9.011.0 -10 125L-AN15 13.516.5 -10 165L-AN32 28.832.2 -10 170L-AN4

12、6 41.450.6 -10 180L-AN68 61.274.8 -10 190L-TSA32 28.835.2-7 180L-TSA46 41.450.6主要用途第16頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三(3) 條件粘度 指在一定條件下，利用某種規(guī)格的粘度計，通過測定潤滑油穿過規(guī)定孔道的時間來進(jìn)行度量的粘度。常用的有： 恩氏度（ Et） 中國慣用 賽氏通用秒（SUS） 美國慣用 雷氏秒 英國慣用 運動粘度與條件粘度之間的換算關(guān)系： 潤滑油的牌號與運動粘度有一定的對應(yīng)關(guān)系，如牌號為L-AN10的油在40時的運動粘度大約為10 cSt。第17頁，共35頁，2022年，5月

13、20日，15點27分，星期三潘存云教授研制潤滑油的特性： (1)粘溫相關(guān)性 溫度 t 壓力p 但p 350 才開始氧化，可在水中工作。摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣 (-60300 )，但遇水性能下降。摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。使用方式1.調(diào)和在潤滑油中；2.涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；3.混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。其應(yīng)用日漸廣泛第23頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潤滑油潤滑在工程中的應(yīng)用最普遍，其供油方式有：二、潤滑方法 潤滑方式 人工給油 油杯滴油浸油潤滑、飛濺給油用油泵強(qiáng)制潤滑和冷卻低速傳動高速傳動甩油環(huán)噴油潤滑

14、 油泵冷卻器滴油潤滑 浸油潤滑 飛濺潤滑 第24頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制針閥式油杯旋蓋式油杯 脂用潘存云教授研制壓注式油杯彈簧蓋油杯三、潤滑裝置 1. 油杯 第25頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三潘存云教授研制潘存云教授研制2. 油環(huán) 第26頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制四、流體動力潤滑 FFFF先分析平行板的情況。板B靜止，板A以速度向左運動，板間充滿潤滑油，無載荷時， 液體各層的速度呈三角形分布，近油量與處油量相等，板A

15、不會下沉。但若板A有載荷時，油向兩邊擠出，板A逐漸下沉，直到與B板接觸。 v F流體動力潤滑是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，由流體膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷。動壓油膜因運動而產(chǎn)生的壓力油膜。 v vvh1aah2ccvv兩平形板之間不能形成壓力油膜！ 如兩板不平行板。板間間隙呈沿運動方向由大到小呈收斂楔形分布，且板A有載荷， 當(dāng)板A運動時，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

16、油量相等，同時間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡，板A不會下沉。這說明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜。這種因運動而產(chǎn)生的壓力油膜稱為動壓油膜。各截面的速度圖不一樣，從凹三角形過渡到凸三角形，中間必有一個位置呈三角形分布。Fpmax第27頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三潘存云教授研制F形成動壓油膜的必要條件：1.兩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)充滿潤滑油或其它液體；3.兩工件表面必須有相對滑動速度。其運動方向必 須保證潤滑油從大截面流進(jìn)，從小截面流出來。 Fy =F Fx 0 Fy =F Fx = 0應(yīng)用實例向心滑動軸承動壓油膜的形成過程：靜止爬升將軸起抬

17、轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高質(zhì)心左移穩(wěn)定運轉(zhuǎn)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速e 偏心距。e第28頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三五、彈性流體動力潤滑 彈性流體動力潤滑理論研究在點、線接觸條件下，兩彈性物體間的流體動力潤滑膜的力學(xué)性質(zhì)。求解油膜壓力分布、潤滑膜厚度分布等問題 在油膜壓力下，摩擦表面的變形的彈性方程表述潤滑劑粘度與壓力間關(guān)系的粘壓方程流體動力潤滑的主要方程流體動力潤滑理論的前提適應(yīng)于低副中兩零件之間的潤滑問題。 潤滑劑粘度不隨壓力變化零件摩擦表面為剛體第29頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三潘存云教授研制潘存云教授研制 依靠潤滑劑的粘附作用，兩圓柱體相互滾動時將潤滑劑

18、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，稱為縮頸現(xiàn)象，此處形成了最小油膜厚度，出現(xiàn)了第二個峰值壓力。V2V1V1V2FV1V2F赫茲接觸區(qū)hminh0第二個峰值壓力 彈性流體動力潤滑的機(jī)理：與干摩擦進(jìn)行對比分析V1V2FF干摩擦接觸赫茲接觸區(qū)第30頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制節(jié)流器節(jié)流器D工作原理：依靠供油裝置，將高壓油壓入軸承間隙中，強(qiáng)制形成油膜。特點：靜壓軸承在任何工況下都能勝任工作。d0d0常用節(jié)流器關(guān)鍵器件：節(jié)流器節(jié)流器作用：根據(jù)外載荷的變化自動調(diào)節(jié)各油腔內(nèi)的壓力。油臺 起密封作用 六、流體靜力潤滑1. 靜壓軸承第31頁，共35頁，2022年，5月20日，15點27分，星期三2.空氣軸承 空氣也是一種流體潤滑劑，其粘度只有L-AN7潤滑油的