摩擦學基礎MicrosoftPowerPoint演示文稿

第二部分摩擦學基礎摩擦的定義及類型兩個相互接觸的物體在外力的作用下發(fā)生相對運動或具有相對運動趨勢時，在接觸面間產(chǎn)生切向的運動阻力，叫摩擦力，這種現(xiàn)象叫摩擦。按摩擦副的運動形式分為：滑動摩擦、滾動摩擦、旋轉摩擦和復合摩擦。按摩擦副表面的潤滑狀態(tài)分為：干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦和混合摩擦。

磨損過程磨損是指摩擦副的對偶表面相對運動時工作表面物質不斷損失或產(chǎn)生殘余變形的現(xiàn)象。磨損過程是因對偶表面間的機械、化學與熱作用而產(chǎn)生。運動副的磨損過程可分為：跑合階段、穩(wěn)定磨損階段和劇烈磨損階段。

磨粒磨損磨粒磨損是接觸表面作相對運動時由外界硬顆粒或對磨表面上硬的微凸體，在摩擦過程中引起的表面擦傷和表面材料脫落的現(xiàn)象。磨粒磨損是最常見的磨損現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計，在生產(chǎn)中因磨粒磨損所造成的損失約占磨損總數(shù)的一半左右。一般說來，磨粒磨損有三體磨粒磨損和兩位磨粒磨損兩種形式。磨粒磨損可以歸納為以下三種磨損機理：微觀切削、擠壓剝落和疲勞破壞。磨粒磨損機理和磨損顆粒磨料磨損類型

粘著磨損粘著磨損是接觸表面相對運動時，由于粘著效應所形成的粘著結點發(fā)生剪切斷裂，被剪切的材料或脫落成磨屑，或由一個表面轉移到另一個表面而造成的一種磨損。粘著磨損是一種常見的磨損形式，它的發(fā)生與發(fā)展十分迅速，容易使機器發(fā)生突然事故，造成巨大損失。根據(jù)粘著結點的強度和破壞位置的不同，粘著磨損有以下幾種形式：涂抹、擦傷、膠合、卡咬。

粘著磨損機理、磨損顆粒和磨損零件粘著磨損

表面疲勞磨損表面疲勞磨損，有時稱為疲勞磨損?？梢远x為“當兩個接觸體相對滾動或滑動時，在接觸區(qū)形成的循環(huán)應力超過材料的疲勞強度的情況下，在表面層將引發(fā)裂紋，并逐步擴展，最后使裂紋以上的材料斷裂剝落下來的磨損過程”。既然它是一個疲勞過程，那么表面疲勞磨損，按裂紋萌生點不同可分為表層萌生與表面萌生疲勞磨損；按磨屑和疲勞坑的形狀不同可分為鱗剝和點蝕兩類。疲勞磨損機理、磨損顆粒和磨損零件

腐蝕磨損在氣體或液體的腐蝕環(huán)境中進行摩擦，摩擦表面與周圍介質發(fā)生化學或電化學反應而生成反應物，這些反應物繼續(xù)摩擦就會剝落，這個過程反復進行所造成的表面損傷，稱為腐蝕磨損。因此，腐蝕磨損必須兼有腐蝕和摩擦。常見的有氧化磨損和特殊介質腐蝕磨損。銹蝕顆粒和腐蝕磨粒設備磨損提示：（1）影響設備磨損的因素眾多，要具體分析；（2）設備磨損是個漸進過程，短時難以察覺；（3）通過合理潤滑降低磨損速率可帶來長期經(jīng)濟效益，不會立竿見影。影響磨損的因素潤滑；材料；表面加工質量；機件的工作條件：載荷、速度、溫度、濕度及周圍環(huán)境、機件運動副的結構特點及運動性質。第三部分潤滑與潤滑材料1、潤滑潤滑的作用降低摩擦系數(shù)、減少磨損、降低溫度、防止腐蝕、保護金屬表面、清潔沖洗和密封。潤滑的類型按潤滑劑的物質形態(tài)可分為：氣體潤滑、流體潤滑、半固體潤滑和固體潤滑。根據(jù)潤滑膜的形成機理和特征可分為以下五種：流體動壓潤滑、彈性流體動壓潤滑、流體靜壓潤滑、邊界潤滑和干摩擦狀態(tài)。邊界潤滑流體潤滑潤滑形式滑動軸承流體動壓潤滑流體動壓潤滑彈性流體動壓潤滑當滾動軸承、齒輪、凸輪等高副接觸時，實際承載面積極窄小，使得接觸區(qū)內(nèi)產(chǎn)生高達幾千MPa的壓力，導致較大的彈性變形。由于接觸壓力極高，潤滑油粘度由于粘壓效應會增加許多倍，因此彈性流體動壓潤滑就是考慮了摩擦副接觸面的彈性變形和潤滑油的粘壓特性。彈性流體動壓潤滑流體靜壓潤滑流體靜壓潤滑是指利用外部的流體壓力源（如供油裝置），將具有一定壓力的流體潤滑劑輸送到支承的油腔內(nèi)，形成具有足夠靜壓力的流體潤滑膜來承受載荷，并將表面分隔開這樣一種潤滑狀態(tài)。它的主要優(yōu)點：起動摩擦阻力??；使用壽命長；抗振性能好；運動精度高；可適應較廣的速度范圍。但需要專用的流體壓力源。流體靜壓潤滑系統(tǒng)按供油方式可分為：定壓供油系統(tǒng)和定量供油系統(tǒng)。邊界潤滑在不滿足流體潤滑的條件下，將潤滑油加入到摩擦副表面所形成的表面膜也具有降低摩擦和減少磨損的作用，廣義而言，這種潤滑狀態(tài)被統(tǒng)稱為邊界潤滑狀態(tài)。邊界潤滑是介于流體動力潤滑和固體摩擦之間的一種潤滑狀態(tài)，是一種潤滑膜很薄的很不完整、摩擦表面有部分固體接觸的潤滑狀態(tài)。在邊界潤滑條件下，潤滑油的粘度對其潤滑效果影響很小。此時起決定作用的是潤滑油（尤其是潤滑油中的添加劑）和摩擦副材料的物理化學性質，以及彼比相互作用形成的邊界潤滑膜的性質。邊界潤滑膜通常是通過物理吸附、化學吸附和化學反應的方式形成的。

物理吸附膜化學吸附膜化學反應膜典型零件的油膜厚度滾動軸承0.1~3μm齒輪0.1~1μm發(fā)動機滑動軸承0.5~50μm其它滑動軸承0.5~100μm頭發(fā)直徑：75~80μm；肉眼可見的最小尺寸：40μm潤滑材料類型基礎油分類分類S，%飽和烴，%粘度指數(shù)Ⅰ＞0.03或＜9080～120Ⅱ≤0.03≥9080～120Ⅲ≤0.03≥90＞120Ⅳ聚α烯烴（PAO）(合成油技術)ⅤⅠ～Ⅳ類以外的其他基礎油(有機脂、聚醚、烷基苯、甲基硅油、GTL等)Ⅵ聚內(nèi)烯烴（PIO）（歐洲）項目很高粘度指數(shù)120≤VI＜140高粘度指數(shù)90≤VI＜120中粘度指數(shù)40≤VI＜90低粘度指數(shù)＜40通用基礎油VHVIHVIMVILVI低凝基礎油VHVIWHVIWMVIW—深度精制基礎油VHVISHVISMVIS—項目很高粘度指數(shù)120≤VI＜140高粘度指數(shù)90≤VI＜120中粘度指數(shù)40≤VI＜90低粘度指數(shù)VI＜40通用加氫基礎油VHVIHHVIHMVIHLVIH低凝加氫基礎油VHVIWHHVIWHMVIWH－美國石油學會（API）基礎油分類溶劑精制基礎油的分類加氫基礎油的分類

潤滑油的添加劑根據(jù)所起作用可以分為兩大類：一類改善潤滑油物理性能的,一類改善潤滑油化學性能的。清凈分散劑；抗氧抗腐劑；金屬鈍化劑；極壓抗磨劑；防銹劑；粘度指數(shù)改進劑；降凝劑；抗泡沫劑；抗乳化劑。無磷氯硫

合成潤滑油合成潤滑油是采用有機合成方法制備的。它與礦物油相比，具有以下特性：優(yōu)良的耐高溫性能和熱氧化穩(wěn)定性；優(yōu)良的粘溫性能和低溫性能；優(yōu)良的化學穩(wěn)定性；良好的潤滑性和較低的揮發(fā)性。

理化性能指標：

外觀、色度、密度、粘度、粘度指數(shù)、閃點、凝點和傾點、水分、機械雜質、殘?zhí)?、灰分、水溶性酸堿、酸堿值和中和值、氧化安定性、熱安定性、油性和極壓性、腐蝕和銹蝕、空氣釋放性、泡沫特性、抗乳化性、水解安定性、蒸發(fā)損失、餾程、苯胺點、橡膠適應性、剪切安定性等。潤滑油的主要質量指標摩擦磨損性能：潤滑油在評定了理化性能之后，一般應進行某些模擬臺架試驗，包括一些發(fā)動機試驗，通過之后方能投入使用。具有極壓抗磨性能的油品都要評定其極壓抗磨性能。常用的試驗機有四球試驗機、梯姆肯環(huán)塊試驗機、FZG齒輪試驗機、法萊克斯試驗機等，都用于評定油品的耐極壓負荷的能力或抗磨損性能。

潤滑油的主要質量指標工業(yè)潤滑油分類標準：GB/T7631.1（按應用場合）：(等效:ISO6743/0-1981)組別應用場合組別應用場合ABCDEFGHM全損耗系統(tǒng)脫模工業(yè)齒輪壓縮機（含冷凍機和真空泵）內(nèi)燃機主軸、軸承和離合器導軌液壓系統(tǒng)金屬加工NPQRTUXYZS電器絕緣風動工具熱傳導暫時保護防腐蝕汽輪機熱處理用潤滑脂的場合其它應用場合蒸汽汽缸特殊潤滑劑應用場合工業(yè)潤滑油粘度等級GB/T3141-94(等效：ISO3448-1992)ISO粘度等級中間點運動粘度（40℃）mm2/s運動粘度范圍（40℃）mm2/s最小最大23571015223246681001502.23.24.66.81015223246681001501.982.884.146.129.0013.519.828.841.461.290.01352.423.525.067.4811.016.524.235.250.674.8110165品種數(shù)字類ISO粘度等級中間點運動粘度（40℃）mm2/s運動粘度范圍（40℃）mm2/s最小最大220320460680100015002200320022032046068010001500220032001982884146129001350198028802423525067481100165024203520以上表格中的粘度等級分類標準不適用于內(nèi)燃機油和車輛齒輪油。潤滑油產(chǎn)品的名稱的一般形式：例：L—AN

32粘度對照表基于95VI單級潤滑油的粘度。ISO級別適用于攝氏40°C時。AGMA級別適用于華氏100°F時。SAE75W、80W、85W和5及10W適用于低溫（低于–17°F=0°C)。

100°F和210°F的相應粘度在表中列出。SAE90到250及20到50適用于210°F(100°C)。潤滑脂由80-90%的潤滑油10-20%的增稠劑5%的添加劑構成可以把增稠劑

想象成吸取潤滑油

的海綿潤滑脂潤滑脂潤滑脂是一種油膏狀的潤滑劑，在常溫、常壓下呈半固態(tài)油性軟膏狀。潤滑脂是除潤滑油外的另一類應用范圍很廣的重要潤滑劑，廣泛用于汽車、坦克、艦船、飛機以及其他機械，其組成與潤滑油大不相同。潤滑脂具有液態(tài)潤滑油所沒有的很多特性，例如：■耐壓性強。潤滑脂在金屬表面上的附著能力很強，它能在潤滑油無法潤滑的部位形成牢同的潤滑膜，并承受很大壓力?！鼍彌_性能好。潤滑脂用于做往復運動的機械中在很大沖擊力和震動時能起緩沖作用，減弱或消除機械的震動，保證必要的潤滑?！霾灰琢魇?。由于潤滑脂能用于垂直表面或不密封的摩擦部位，能保持足夠的厚度，即使在離心力的作用下，也不至于流失，所以能保證可靠的潤滑?！雒芊庑阅芎头雷o性能好。潤滑脂的密封性能優(yōu)于潤滑油，它可以防止水分、灰塵、雜質和腐蝕性物質進入摩擦表面，保持摩擦表面清潔，防止其被銹蝕?！稣硿匦阅芎?。潤滑脂的粘度受溫度變化的影響比潤滑油小，這是潤滑脂特有的優(yōu)良性能，因而適用于運動速度和溫度變化幅度較大情況下的潤滑。特點潤滑脂雖具有很多優(yōu)點，但它并不能完全取代液態(tài)的潤滑油?！饔捎跐櫥瑳]有流動性，導熱系數(shù)很小，因而不能進行循環(huán)潤滑；△它沒有冷卻和清洗作用；△它的摩擦阻力較潤滑油大，影響機械的效率；△潤滑脂的抗氧化安定性不如潤滑油；△潤滑脂更換時比較麻煩，常需停機或拆卸機件，影響工作。因此，潤滑脂的使用范圍受到一定的限制。潤滑脂適用于下列工作條件下機械的潤滑：(1)因結構或工作條件限制而不能使用潤滑油潤滑的機械設備或部位。例如，在負荷大、轉速慢、溫度高的條件下工作的軸承，在大壓力和離心力作用下，潤滑油難以保證必要的潤滑，用潤滑脂可以達到保證潤滑的目的。又如某些不能及時有規(guī)律地向摩擦部位加油的設備或開放式潤滑的部件，都可采用潤滑脂。(2)工作環(huán)境潮濕、水和灰塵較多、難以密封的機械；同酸性或其他腐蝕性氣體接觸的機械。(3)時開、時停的間歇式工作或轉速經(jīng)常變化的機械。由于不同轉速要求不同粘度的潤滑劑，潤滑油難以在這種情況下形成良好的潤滑油膜，而潤滑脂卻具有這種性能。(4)長期運轉，不便于經(jīng)常添加或更換潤滑劑的摩擦部位，如密封的滾珠軸承、高速電機、自動裝置、遠距離遙控儀器等。潤滑脂可以不流失地長期使用。潤滑脂的組成潤滑脂的特性是由它的特殊結構所決定的?，F(xiàn)以皂基潤滑脂為例，說明它的結構特點。一、潤滑脂的結構特點皂基潤滑脂是用脂肪酸金屬皂類(稠化劑)稠化潤滑油而成的。稠化劑與潤滑油形成一個分散體系，稠化劑是分散相，潤滑油是分散介質。皂分子聚結成皂纖維或皂膠團，皂纖維互相吸引、交織連接形成一個三維空間的網(wǎng)狀結構骨架，潤滑油部分被吸附在纖維表面，部分滲入皂纖維，使其膨化，大部分潤滑油被包圍在結構骨架中，失去流動性，成為半固態(tài)軟膏。皂纖維是由皂分子相互吸引聚結而成的。皂分子有一個極性端(即羧基端)和一個非極性端(烴基端)。分子的極性端彼此吸引連成皂纖維，帶烴基的非極性端朝向纖維外側表面，具有親油性，吸引潤滑油分子，由此形成均勻的軟膏狀物質。皂纖維愈長、愈細，它的稠化能力愈強。一般皂纖維長度為0.1～100μm以上，其他類型稠化劑纖維較短。潤滑脂的組成二、潤滑脂的組成潤滑脂由潤滑油、稠化劑、穩(wěn)定劑和添加劑組成，它們的作用、類型如下：1．潤滑油潤滑油是潤滑脂的主要組成部分，其含量約為潤滑脂的80％～90％(質量分數(shù))。潤滑油的性質直接影響潤滑脂的潤滑性能?！鰸櫥偷恼扯葘櫥能浻渤潭?稠度)有較大影響。粘度過太，稠化劑在潤滑油中擴散慢，使?jié)櫥矶茸冃。菀孜龀鰸櫥??！鰸櫥偷酿s分組成過輕，會使?jié)櫥^分容易蒸發(fā)?！稣扯群湍c影響潤滑脂的低溫性能。■它的粘溫性能對于潤滑脂的高、低溫使用范圍和安定性均有影響。對潤滑油的主要要求是粘度、熱氧化安定性和蒸發(fā)性能等。潤滑脂中所用潤滑油分礦物油和合成油2類。潤滑脂的組成2．稠化劑潤滑脂中稠化劑的含量約占10％～30％(質量分數(shù))。其作用是稠化潤滑油，使其成為潤滑脂。稠化劑本身也具有潤滑和抗壓作用。潤滑脂的稠化劑有脂肪酸金屬皂類和非皂類稠化劑2大類?！龉I(yè)用脂肪酸皂類稠化劑有鈉皂、鈣皂、鋰皂、鉛皂、鋇皂等，它們是由動植物油脂與相應的堿(如氫氧化鈉、氫氧化鈣等)反應得到的。由這些皂類稠化劑制成的潤滑脂分別稱為鈉基潤滑脂、鈣基潤滑脂等。■非皂基稠化劑包括烴基稠化劑、有機稠化劑和無機稠化劑3類。烴基稠化劑主要是石蠟和地蠟，本身熔點很低，由其稠化得到的烴基潤滑脂即常見的凡士林，多用作防護性潤滑脂。有機稠化劑有酞青銅顏料、有機脲，有機氟等，多用于制備合成潤滑脂。無機稠化劑常用的有表面改性的膨潤土、硅膠、石墨、炭黑、云母等，多用于制備高溫潤滑脂。稠化劑的種類和含量，對潤滑脂的性質有很大影響。例如，鈉基潤滑脂耐熱但不耐水，鈣基潤滑脂耐水而不耐熱，鋰基潤滑脂既耐水又耐熱。由有機和無機稠化劑制得的潤滑脂具有高的抗熱性和抗輻射性能。一般稠化劑含量多的潤滑脂比較硬，含量少的潤滑脂較軟。潤滑脂的組成3．穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑又稱為膠溶劑，是潤滑脂所特有的，它可以改善潤滑脂的結構性能，所以又稱為結構改善劑。穩(wěn)定劑能和皂類結合，使?jié)櫥蛯χ舅嵩眍惖慕Y合能力增大，從而起到使?jié)櫥秃椭舅嵩斫Y合穩(wěn)定的作用。常用的穩(wěn)定劑有水、甘油和低分子有機酸的鹽類。不同脂肪酸皂所用的穩(wěn)定劑不同，例如，鈣基潤滑脂的穩(wěn)定劑是水，鈉基潤滑脂的穩(wěn)定劑是甘油。如果潤滑脂失去穩(wěn)定劑，就會出現(xiàn)潤滑油和稠化劑分離的現(xiàn)象，如鈉基潤滑脂受熱脫水，結果引起油皂分離，潤滑脂被破壞。穩(wěn)定劑是一些極性化合物，由于其含有－OH，－NH2，－COOH等極性基團，所以容易吸附在皂分子的極性端之間，使皂分子排列的間隔增大，增加了皂分子對潤滑油的吸附能力，從而增大了皂纖維的稠化能力。

4．添加劑為了改善潤滑脂的某些特性，同燃料和潤滑油一樣，可以采用加入添加劑的方法。常用的添加劑有抗氧劑、抗磨劑、防銹劑、拉絲性增強劑等。潤滑脂基礎油的性能對比

基礎油粘溫性耐高溫性低溫流動性氧化安定性潤滑性抗燃性抗輻射性礦物油一般一般一般一般優(yōu)差一般超精制礦物油一般～良良良良優(yōu)差差聚烯烴優(yōu)良優(yōu)良優(yōu)差差酯類優(yōu)良優(yōu)良優(yōu)差差硅油優(yōu)優(yōu)優(yōu)良～優(yōu)差良一般聚二乙二醇醚差優(yōu)差優(yōu)良一般優(yōu)聚苯醚差優(yōu)差優(yōu)良一般優(yōu)氟碳油差優(yōu)差優(yōu)優(yōu)優(yōu)-全氟醚一般～良優(yōu)一般～良優(yōu)優(yōu)優(yōu)-潤滑脂添加劑類型潤滑脂的添加劑

抗氧劑；極壓抗磨劑；防銹劑和抗腐劑；防水劑；結構改善劑（膠溶劑）；填充劑黏附劑。皂基潤滑脂單皂基（鈣、鈉、鋰、鋇、鋁等）混合皂基（鈣-鈉）復合皂基（復合鈣、復合鋁、復合鋰）非皂基潤滑脂（無機和有機脂）無機脂：如醇、胺有機脂：有機脲、有機氟等烴類潤滑脂凡士林潤滑脂分類潤滑脂按稠化劑類型分類潤滑脂按使用性能和用途分類潤滑脂減摩潤滑脂防護潤滑脂密封潤滑脂分散潤滑脂通用減摩潤滑脂高溫減摩潤滑脂低溫減摩潤滑脂極壓減摩潤滑脂專用減摩潤滑脂通用防護潤滑脂專用防護潤滑脂封存防護潤滑脂通用密封潤滑脂專用密封潤滑脂一般切削膏防銹切削膏增摩潤滑脂潤滑脂分類潤滑脂稠度與錐入度值及適應場合對應表

NIGL牌號錐入度（25℃）適用場合000445～475開式齒輪，齒輪箱和減速箱的潤滑00400～4300355～385開式齒輪，齒輪箱或集中潤滑系統(tǒng)潤滑1310～340中速、中負荷的抗磨軸承潤滑2265～295較高速的針型軸承和滾子軸承潤滑3220～250中速、中負荷的抗磨軸承，汽車輪轂潤滑4175～205水泵和低速、高負荷的軸承和軸頸潤滑5130～160特殊條件下的潤滑，如球磨機軸頸潤滑685～115等級錐入度外觀用途

[0.1毫米]000

445-475流性極強00

400-430流體變速箱0