第四章 摩擦、磨損及潤滑概述

第四章摩擦、磨損及潤滑概述第四章摩擦磨損及潤滑概述

摩擦（friction）一、基本概念摩擦力（frictionforce）正壓力N切向力Fv磨損（wear）

——摩擦?xí)r，摩擦表面材質(zhì)損失或轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象潤滑（lubrication）——摩擦面添加介質(zhì)（油、脂等），以減小摩擦、磨損，降低材料消耗，保證機(jī)器可靠工作的現(xiàn)象。摩擦學(xué)（tribology）——研究有關(guān)摩擦、磨損、潤滑的一門科學(xué)和技術(shù)。二、摩擦1.分類①

按物體是否有運(yùn)動(dòng)分靜摩擦（staticalfriction）

——僅有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)的摩擦；動(dòng)摩擦（kineticfriction）——有相對(duì)滑動(dòng)的摩擦②

按運(yùn)動(dòng)形式分干摩擦(dryfriction)——不加任何潤滑劑的摩擦?；瑒?dòng)摩擦（slidingfriction）

——兩表面以相對(duì)滑動(dòng)為主的摩擦；滾動(dòng)摩擦（rollingfriction）

——兩表面以滾動(dòng)為主的摩擦。③

按摩擦界面間的潤滑劑情況分流體摩擦（fluidfriction）——摩擦表面被一層流體隔開的摩擦；邊界摩擦（boundaryfriction）——兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開的摩擦；混合摩擦（mixedfriction）——上述任何兩種及以上摩擦共存的摩擦。幾種摩擦的界限常以膜厚比來大致估計(jì)：式中：hmin—最小公稱油膜厚度，mRq1—接觸表面1輪廓的均方根偏差，mRq2—接觸表面2輪廓的均方根偏差，m2.干摩擦(dryfriction)

庫侖定律：Ff＝fFn1945年由鮑登（FP.Bowden）等人提出：摩擦副接觸只是部分峰頂接觸真實(shí)接觸面積Ar很小修正粘著理論：接觸區(qū)域同時(shí)存在壓應(yīng)力和切應(yīng)力，材料的屈服極限必須由復(fù)合應(yīng)力來確定Fn的作用Ari

切向力Ff

Ari+ΔAri節(jié)點(diǎn)增長注意：

修正粘附理論與實(shí)際情況相近，可以在相當(dāng)大的范圍內(nèi)解釋摩擦現(xiàn)象；在工程實(shí)際中常用的金屬材料的摩擦系數(shù)是指在常規(guī)壓力與速度條件下通過實(shí)驗(yàn)的測(cè)定值，并可認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)。3.邊界摩擦（boundaryfriction）①

物理吸附膜

②

化學(xué)吸附膜有較低的剪切強(qiáng)度，較高的熔點(diǎn)，能在較高的速度和載荷下起潤滑作用。f較低，熔點(diǎn)低，只能在低速輕載下起潤滑作用。③化學(xué)反應(yīng)膜具有低的剪切強(qiáng)度和高的熔點(diǎn)，可在十分惡劣的條件下起潤滑作用。油性——物理吸附膜、化學(xué)吸附膜的潤滑性能極壓性——化學(xué)反應(yīng)膜的潤滑性能。4.流體摩擦（fluidfriction）潤滑油膜厚度大到將兩個(gè)表面接觸的微凸體完全分開時(shí)的摩擦。此時(shí)，沒有金屬的直接接觸，潤滑性能取決于潤滑油本身的性質(zhì)。5.混合摩擦（mixedfriction）兩個(gè)摩擦面間有些部位呈現(xiàn)干摩擦，有些部位呈現(xiàn)邊界摩擦，有些部位呈現(xiàn)液體摩擦，這種狀態(tài)稱為混合摩擦。摩擦系數(shù)不穩(wěn)定。三、磨損磨損：摩擦過程帶來了表面材料的喪失和轉(zhuǎn)移，磨損可造成零件的失效，占總失效的70%—80%。磨損帶來的危害：①影響零件的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量；②改變了零件的尺寸；③降低了零件的可靠性。1.按磨損階段分①

跑合(running-in)磨損階段跑合的目的：磨掉不平高峰，增大接觸面積，提高承載能力。②

穩(wěn)定磨損階段磨損以平穩(wěn)而緩慢的速度進(jìn)行，標(biāo)志磨損條件保持相對(duì)穩(wěn)定。③

急劇磨損階段經(jīng)過穩(wěn)定磨損階段，零件工作到壽命期，磨損速度加快。設(shè)計(jì)或使用機(jī)器，要力求縮短跑合期、延長穩(wěn)定磨損期、推遲急劇磨損期的到來。2.按磨損機(jī)理分①

粘著磨損（adhesivewear）摩擦表面的微凸體在相互作用的各處發(fā)生“冷焊”后，在相對(duì)滑動(dòng)過程中，材料從一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面的現(xiàn)象。減輕粘著磨損的措施a.合理選擇配對(duì)摩擦副材料，選擇粘著傾向性小的配對(duì)材料；b.采用油性、極壓性好的潤滑劑；c.限制摩擦表面的溫度；d.控制壓強(qiáng)。②

磨粒磨損（abrasivewear）從外部進(jìn)入摩擦面間的游離硬顆?；蛴驳奈⑼贵w峰尖在較軟材料的表面上犁刨出很多溝紋的現(xiàn)象。影響磨粒磨損的因素：材料的硬度Hm和磨料的硬度Ha；磨料的數(shù)量。③

疲勞磨損（fatiguewear）零件受交變接觸應(yīng)力的反復(fù)作用，在零件工作表面或表面下一定深度處形成疲勞裂紋，隨著裂紋的擴(kuò)展與相互連接，將造成顆粒從零件工作表面上脫落，形成疲勞坑的現(xiàn)象——點(diǎn)蝕。影響疲勞磨損的因素：表面光潔度；潤滑油粘度；零件表面的硬度和芯部的硬度。④

腐蝕磨損（corrosivewear）摩擦過程中，零件摩擦副與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的磨損。影響腐蝕磨損的主要因素介質(zhì)的酸堿性；零件表面生成的氧化膜性質(zhì)；環(huán)境溫度。⑤

沖蝕磨損（erosionwear）含有硬微粒的液體沖擊固體表面所造成的磨損。影響因素：微粒與固體表面的摩擦系數(shù)；微粒的沖擊速度；微粒沖擊速度的方向與固體表面所夾角。⑥

微動(dòng)磨損（frettingwear）緊聯(lián)接表面在循環(huán)變應(yīng)力、振動(dòng)、接觸面產(chǎn)生的彈性變形差異等引起的磨損。四、潤滑（lubrication）降低摩擦、減輕磨損；保護(hù)零件不被銹蝕；散熱降溫（循環(huán)油）；緩沖吸振（液體不可壓縮性）；密封（潤滑脂）。1.潤滑的作用2.潤滑劑（lubricant）及主要指標(biāo)（1）潤滑油（lubricatingoil）動(dòng)物油、植物油、礦物油、化學(xué)合成油①粘度（viscosity）流體抵抗變形的能力，標(biāo)志著流體內(nèi)部摩擦阻力的大小，即粘度大，流動(dòng)性差。粘性流體摩擦定律：A板以速度v運(yùn)動(dòng)，B板靜止不動(dòng)，則貼近A板的流體以速度v運(yùn)動(dòng)，貼近B板的流體靜止，流體的運(yùn)動(dòng)是層流，各層之間存在相對(duì)滑移，各層界面上就有剪切力：——流體延運(yùn)動(dòng)方向的速度梯度單位：Pa·s（國際），P(泊)（絕對(duì)單位）單位：m2/s（國際），St(斯)（絕對(duì)單位）單位：oEt（恩氏度）影響粘度的因素溫度：溫度高，粘度低；壓力：粘度隨壓力的增大而提高壓力低于20Mpa時(shí)，影響很小超過20Mpa時(shí)，影響明顯②

油性物理吸附膜，化學(xué)吸附膜③極壓性化學(xué)反應(yīng)膜。④氧化穩(wěn)定性潤滑油抗氧化的能力。⑤閃點(diǎn)（flashpoint）衡量易燃性的指標(biāo)，高溫下工作很重要。⑥凝固點(diǎn)（solidifyingpoint）衡量低溫下工作的性能。（2）潤滑脂（grease）

鈣基潤滑脂納基潤滑脂鋰基潤滑脂鋁基潤滑脂①針入度（penetration

）衡量脂的稠密程度，針入度小，承載能力大。②滴點(diǎn)（droppoint）

衡量潤滑脂的耐高溫能力。（3）添加劑（additive）添加劑的作用提高油性、極壓性和極端工作條件能力；