機械設(shè)計4摩擦磨損及潤滑概述課件

§4-1摩擦§4-2磨損§4-3潤滑劑、添加劑和潤滑方法§4-4流體潤滑原理簡介§4-0概述第4章機械零件設(shè)計概論青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制§4-0概述摩擦學(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?！?/p>

摩擦--相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；▲

磨損--由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；▲

潤滑--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)(Tribology)。世界上使用的能源大約有1/3~1/2消耗于摩擦。機械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過限度而報廢和更換的。減少摩擦節(jié)省能源；減少磨損降低設(shè)備維修次數(shù)和費用，節(jié)省制造零件及其所需材料的費用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，摩擦學(xué)的理論和應(yīng)用必將由宏觀進入微觀，由靜態(tài)進入動態(tài)，由定性進入定量，成為系統(tǒng)綜合研究的領(lǐng)域。青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制二、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摩擦。動摩擦：在相對運動進行中的摩擦。滑動摩擦：物體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?！皺C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、摩擦的機理▲“機械－分子說”兩種作用均有。§4-1摩擦青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制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。在一般機器中，處于后三種情況的混合狀態(tài)。fηn/po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)ηn/p為軸承特性數(shù)。

η-動力粘度，p-壓強，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)。青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制機器的壽命磨損—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§4-2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?！€(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?！鴦×夷p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。零件即將進入報廢階段。后果—降低機器的效率和可靠性，甚至促使機器提前報廢。設(shè)計機器時，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)時間很短。青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制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青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制磨損的機理：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。青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制磨損的機理：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作用下，反復(fù)變形所產(chǎn)生的材料疲勞所引起的機械磨損。點蝕過程：產(chǎn)生初始疲勞裂紋→擴展→微粒脫落，形成點蝕坑。

青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制磨損的機理：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)生的機械磨損是實例之一。。近年來，由于燃?xì)鉁u輪機的葉片、火箭發(fā)動機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青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制磨損的機理：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?。青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制一、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----空氣有機油----動、植物油礦物油----石油產(chǎn)品，

化學(xué)合成油§4-3潤滑劑、添加劑和潤滑方法青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制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板表面的液體速度為0。兩板之間的速度呈線性分布。液體層與層之間摩擦切應(yīng)力：τ=ηdudy--流體中任意點處的切應(yīng)力與該處的速度梯度成正比。η----液體的動力粘度，簡稱粘度量綱：力·時間/長度2單位：N·s/m2(Pa·s)稱為泊?；蚶宀矗?P=1dyn·s/cm2實驗結(jié)果：oxyydydu分析位置y處薄層的受力B粘度----重要指標(biāo)，粘度值越高，油越稠，反之越稀；

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厘泊青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制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10cSt。青島科技大學(xué)專用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

↑→η↓ 但p<10Mpa時可忽略。變化很小→η↑ 粘--溫圖0.080.070.060.050.040.030.020.0130405060708090℃ηL-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32選用原則：1)載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的油；2)載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，宜選用粘度小的油；粘度值的大小不僅影響摩擦副的運動阻力，而且對潤滑油膜的形成及承載能力具有決定性的作用。青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制2）潤滑性（油性）潤滑性是指潤滑油中的分子與金屬表面吸附形成一邊界油膜，以減小摩擦和磨損。潤滑性愈好，吸附能力愈強。對于那些低速重載或潤滑不充分的場合，潤滑性具有特別重要的意義。3）極壓性潤滑性能是潤滑油中加入含硫、氯、磷的有機極性化合物之后，油中的極性分子在金屬表面生成抗磨、耐高壓的化學(xué)反應(yīng)邊界膜的性能，它在重載、高速、高溫條件下，可改善邊界潤滑性能。4）閃點潤滑油在標(biāo)準(zhǔn)容器中加熱所蒸發(fā)的油氣，遇火焰即能發(fā)出閃光時的最低溫度。是衡量油易燃性的指標(biāo)。對于在高溫下工作的機器，這是一個重要參數(shù)。一般要求工作溫度比油的閃點低30~40℃。青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制缺點：摩擦損耗較大、機械效率低，不適宜高速場合。潤滑脂的種類：鈉基潤滑脂鋰基潤滑脂鋁基潤滑脂鈣基潤滑脂分類1)鈣基潤滑脂這種潤滑脂具有良好的抗水性，但耐熱能力差，工作溫度不宜超過55~65℃

。2)鈉基潤滑脂這種潤滑脂具有較高的耐熱性，但抗水性較差，工作溫度可達(dá)120℃。由于它能與少量水乳化，從而保護金屬免遭腐蝕，比鈣基脂有更好的防銹能力。----工程上應(yīng)用最廣青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制3)鋰基潤滑脂這種潤滑脂既能抗水，又耐高溫，而且有較好的機械按定型，是一種多用途的潤滑值。工作溫度不宜超過145℃

。4)鋁基潤滑脂這種潤滑脂具有良好的抗水性，對金屬表面有高的吸附能力，故可起到良好的防銹作用。潤滑脂的主要質(zhì)量指標(biāo)是：2)滴點，決定工作溫度。1)錐入度，反映其稠度大小。青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制3.固體潤滑劑聚氟乙烯樹脂用于潤滑油不能勝任工作的場合：高溫、低速重載。石墨二流化鉬（MoS2）---性能穩(wěn)定、t>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(-60~300℃)，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)用日漸廣泛青島科技大學(xué)專用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：三、潤滑方法潤滑方式人工給油；油杯滴油；浸油潤滑、飛濺給油；用油泵強制潤滑和冷卻。低速傳動高速傳動甩油環(huán)噴油潤滑油泵冷卻器滴油潤滑浸油潤滑飛濺潤滑青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制針閥式油杯旋蓋式油杯脂用壓注式油杯彈簧蓋油杯四、潤滑裝置1.油杯青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制2.油環(huán)青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制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。其運動芳方向必須保證潤滑油從大截面流進，從小截面出來?！艶y=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青島科技大學(xué)專用潘存云教授研制二、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；青島科技大學(xué)專用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