機(jī)械設(shè)計(jì)第四章

機(jī)械設(shè)計(jì)第四章第1頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月摩擦學(xué)

摩擦學(xué)：研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面間摩擦、磨損和潤(rùn)滑，以及三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門(mén)邊緣學(xué)科。

摩擦：相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；

第2頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

磨損：由于摩擦造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；第3頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

潤(rùn)滑：減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。非潤(rùn)滑減少摩擦磨損舉例第4頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月摩擦1“機(jī)械說(shuō)”表面微凸體的相互阻礙作用“分子說(shuō)”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(shuō)”兩種作用均有4-1摩擦第5頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、摩擦的分類內(nèi)摩擦：物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。外摩擦：相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)的摩擦。動(dòng)摩擦：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行中的摩擦。

第6頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月滑動(dòng)摩擦：物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滑動(dòng)。滾動(dòng)摩擦：物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滾動(dòng)。第7頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1785年，法國(guó)的庫(kù)侖用機(jī)械嚙合概念解釋干摩擦，提出摩擦理論。后來(lái)又有人提出分子吸引理論和靜電力學(xué)理論。1935年，英國(guó)的鮑登等人開(kāi)始用材料粘附概念研究干摩擦，1950年，鮑登提出了粘附理論。摩擦2三、４種滑動(dòng)摩擦狀態(tài)

1.干摩擦：表面間無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜的純金屬接觸第8頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)際接觸面積≠公稱接觸面積a×b實(shí)際接觸面積=接觸斑點(diǎn)的微面積的總和接觸面積很小→輪廓峰接觸區(qū)壓力高→產(chǎn)生塑性變形→形成冷焊結(jié)點(diǎn)→相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，冷焊結(jié)點(diǎn)就被切開(kāi)粘附理論第9頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月“兩把刷子”2.邊界摩擦：摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開(kāi)根據(jù)邊界形成機(jī)理，邊界膜分為吸附膜和反應(yīng)膜。第10頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吸附膜：吸附強(qiáng)度隨溫度升高下降，達(dá)到一定溫度后，吸附膜發(fā)生軟化、失向和脫吸，潤(rùn)滑作用降低，磨損率和摩擦系數(shù)都將迅速增加。第11頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)膜：當(dāng)潤(rùn)滑劑中含有以原子形式存在的硫、氯、磷時(shí)，在較高的溫度(通常在150℃～200℃)時(shí)，與金屬起化學(xué)反應(yīng)而生成硫、氯、磷的化合物(如硫化鐵)。反應(yīng)膜剪切強(qiáng)度低和高熔點(diǎn)，比吸附膜更穩(wěn)定。第12頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.混合摩擦：指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)?；旌夏Σ聊苡行Ы档湍Σ磷枇?，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦?xí)r要小得多。3.流體摩擦：指摩擦表面被流體膜隔開(kāi)，摩擦性質(zhì)取決于流體內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦。流體摩擦?xí)r的摩擦系數(shù)最小，且不會(huì)有磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。邊界摩擦和混合摩擦在工程實(shí)際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。第13頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月定義：摩擦→表面材料逐漸喪失或遷移影響：降低效率、降低可靠性、提前報(bào)廢磨損1磨合階段：新的零件在開(kāi)始使用階段，磨損率較高。穩(wěn)定磨損階段：正常工作階段，磨損率穩(wěn)定且較低。劇烈磨損階段：即將報(bào)廢的階段，磨損率急劇升高。摩擦24-2磨損第14頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月粘附磨損：也稱膠合，當(dāng)摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點(diǎn)處由于瞬時(shí)的溫升和壓力發(fā)生“冷焊”后，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，材料從一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面。第15頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月磨粒磨損：是外部進(jìn)入摩擦表面的游離硬顆?；蛴驳妮喞寮馑鸬哪p。呈溝紋狀。第16頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月疲勞磨損：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磨損。先形成疲勞裂紋，再導(dǎo)致微粒脫落，留下月牙坑。第17頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月沖蝕磨損：流體中所夾帶的硬質(zhì)物質(zhì)或顆粒，在流體沖擊力作用下而在摩擦表面引起的磨損。第18頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微動(dòng)磨損：指摩擦副在微幅運(yùn)動(dòng)時(shí)，由上述各磨損機(jī)理共同形成的復(fù)合磨損。微動(dòng)磨損發(fā)生在名義上相對(duì)靜止，實(shí)際上存在循環(huán)的微幅相對(duì)滑動(dòng)的兩個(gè)緊密接觸的表面上。由于接觸面上的正壓力較大，相對(duì)滑移幅度很小，接觸面間產(chǎn)生氧化磨損微粒難于從接觸部位排除。微動(dòng)作用損壞配合表面的品質(zhì)，導(dǎo)致疲勞裂紋的萌生，急劇的降低零件的疲勞強(qiáng)度。第19頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月潤(rùn)滑劑、添加劑和潤(rùn)滑方法一、潤(rùn)滑劑

潤(rùn)滑油：動(dòng)植物油、礦物油、合成油。

粘度：潤(rùn)滑油的主要質(zhì)量指標(biāo)，粘度值越高，油越稠，反之越稀；

粘度分類：動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、條件粘度等。工程中常用運(yùn)動(dòng)粘度，單位是：St(斯)或cSt(厘斯)，量綱分別為m2/s、cm2/s；

4-3潤(rùn)滑劑、添加劑和潤(rùn)滑方法第20頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月潤(rùn)滑油的牌號(hào)與運(yùn)動(dòng)粘度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如：牌號(hào)為L(zhǎng)-AN10的油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度大約為10cSt。載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的油；載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，宜選用粘度小的油。第21頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月潤(rùn)滑油的粘溫曲線(溫度升高、粘度下降)40度對(duì)應(yīng)的粘度就是潤(rùn)滑油標(biāo)號(hào)第22頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月潤(rùn)滑性(油性)潤(rùn)滑油中極性分子與金屬表面吸附形成一層邊界油膜，以減小摩擦和磨損的性能。油膜與金屬表面的吸附能力越強(qiáng)，潤(rùn)滑性越好。

極壓性潤(rùn)滑油中加入含硫、氯、磷的有機(jī)極性化合物后，油中極性分子在金屬表面生成抗磨、耐高壓化學(xué)反應(yīng)邊界膜。閃點(diǎn)當(dāng)油在標(biāo)準(zhǔn)儀器中加熱所蒸發(fā)出的油氣一遇火焰即能發(fā)出閃光時(shí)的最低溫度。工作溫度應(yīng)比油的閃點(diǎn)低30-40℃凝點(diǎn)規(guī)定條件下不能再自由流動(dòng)時(shí)所達(dá)到的最高溫度。氧化穩(wěn)定性當(dāng)暴露在高溫氣體中時(shí)，會(huì)發(fā)生氧化并生成硫、氯、磷的酸性化合物。腐蝕金屬，加劇零件的磨損。第23頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月閃點(diǎn)測(cè)量示意圖第24頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

潤(rùn)滑脂：潤(rùn)滑油+稠化劑主要質(zhì)量指標(biāo)是：(1)錐入度一個(gè)重1.5N的標(biāo)準(zhǔn)錐體，于25℃恒溫下，由潤(rùn)滑脂表面經(jīng)5s后刺入的深度(以0.1mm計(jì))，稱為錐入度。它標(biāo)志著潤(rùn)滑脂內(nèi)阻力的大小和流動(dòng)性的強(qiáng)弱。錐入度愈小，表明潤(rùn)滑脂愈稠。錐入度是潤(rùn)滑脂的一項(xiàng)主要指標(biāo)，潤(rùn)滑脂的牌號(hào)就是該潤(rùn)滑脂錐入度的等級(jí)。(2)滴點(diǎn)規(guī)定加熱條件下，潤(rùn)滑脂從標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量杯的孔口滴下第一滴液體的溫度第25頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

固體潤(rùn)滑劑：石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。石墨二硫化鉬第26頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第27頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月添加劑提高油性、極壓性延長(zhǎng)使用壽命改善物理性能添加劑的作用油性添加劑極壓添加劑分散凈化劑消泡添加劑抗氧化添加劑降凝劑增粘劑添加劑的種類為了提高油的品質(zhì)和性能，常在潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂中加入一些分量雖小但對(duì)潤(rùn)滑劑性能改善其巨大作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)叫添加劑。二、添加劑

第28頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月潤(rùn)滑方法潤(rùn)滑油潤(rùn)滑在工程中的應(yīng)用最普遍，常用的供油方式有：滴油潤(rùn)滑、浸油潤(rùn)滑、飛濺潤(rùn)滑、噴油潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑等用于低速用于高速

油脂潤(rùn)滑常用于運(yùn)轉(zhuǎn)速度較低的場(chǎng)合，將潤(rùn)滑脂涂抹于需潤(rùn)滑的零件上。潤(rùn)滑脂還可以用于簡(jiǎn)單的密封。三、潤(rùn)滑方法浸油與飛濺潤(rùn)滑噴油潤(rùn)滑第29頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月注油杯旋蓋式油脂杯第30頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月連續(xù)供油裝置第31頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體動(dòng)力潤(rùn)滑形成的必要條件：1、楔形空間；2、相對(duì)運(yùn)動(dòng)（保證流體由大口進(jìn)入）；3、連續(xù)不斷地供油。兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的摩擦表面，借助于相對(duì)速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開(kāi)，由流體膜產(chǎn)生的壓力來(lái)平衡外載荷。一、流體動(dòng)力潤(rùn)滑流體潤(rùn)滑14-4流體潤(rùn)滑原理簡(jiǎn)介第32頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑彈性方程粘壓方程流體動(dòng)力潤(rùn)滑的方程油膜壓力分布潤(rùn)滑膜厚度分布

求解(1)依靠粘附作用，兩圓柱體相互滾動(dòng)時(shí)將潤(rùn)滑劑帶入間隙。(2)由于接觸壓力較高使接觸面發(fā)生局部彈性變形，接觸面積擴(kuò)大，在接觸面間形成了一個(gè)平行的縫隙