機(jī)械零件的摩擦

機(jī)械零件的摩擦第1頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月目前世界上工業(yè)領(lǐng)域中大約有1／3～1／2的能源以各種方式最終消耗于摩擦；機(jī)械零件的損壞約有80％是由各種形式的磨損引起的。

第2頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1摩擦原理摩擦分內(nèi)摩擦和外摩擦兩大類;發(fā)生在物質(zhì)內(nèi)部阻礙分子間相對運動的摩擦稱為內(nèi)摩擦。相互接觸的兩個物體作相對運動或有相對運動趨勢時，在接觸表面上產(chǎn)生的阻礙相對運動的摩擦稱為外摩擦;僅有相對運動趨勢時的摩擦稱為靜摩擦，產(chǎn)生相對運動時的摩擦稱為動摩擦;按摩擦性質(zhì)的不同，動摩擦又分滑動摩擦和滾動摩擦，兩者的機(jī)理與規(guī)律完全不同。干摩擦邊界摩擦流體摩擦混合摩擦

第3頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月摩擦特性曲線

典型摩擦特性曲線

第4頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月干摩擦及摩擦系數(shù)

干摩擦是指兩摩擦表面間無任何潤滑劑或保護(hù)膜而直接接觸的純凈表面間的摩擦庫侖公式干摩擦力的形成原因:

早期的機(jī)械摩擦嚙合理論分子——機(jī)械理論粘著理論粘著理論又稱為現(xiàn)代粘著理論，是目前較為廣泛接受的摩擦形成理論第5頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月邊界摩擦機(jī)理

邊界摩擦：摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面的吸附性能時的摩擦。邊界膜可以是物理吸附膜、化學(xué)吸附膜和化學(xué)反應(yīng)膜。物理吸附膜是指由潤滑油中的極性分子與金屬表面相互吸引而形成的吸附膜；化學(xué)吸附膜是指潤滑油中的分子靠分子鍵與金屬表面形成的化學(xué)吸附膜；化學(xué)反應(yīng)膜是指在潤滑油中加入硫、磷、氯等元素的化合物（添加劑）與金屬表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而生成的膜。

a)物理吸附膜b)化學(xué)吸附膜c)化學(xué)反應(yīng)膜第6頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月物理吸附膜潤滑油中的脂肪酸是一種極性化合物，其分子能吸附在金屬表面，形成物理吸附膜。吸附在金屬表面上的分子分為單層和多層結(jié)構(gòu)，距離表面愈遠(yuǎn)的分子，其吸附能力愈低，剪切強(qiáng)度愈小，到了若干層以后，就不再受約束。多層物理吸附膜模型

第7頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)吸附膜和化學(xué)反應(yīng)膜

化學(xué)吸附膜比物理吸附膜的吸附強(qiáng)度高，穩(wěn)定性也優(yōu)于物理吸附膜，受熱后的熔化溫度也高，化學(xué)吸附膜適用于中等載荷、中等速度、中等溫度下工作?；瘜W(xué)反應(yīng)膜具有厚度大、熔點高、剪切強(qiáng)度低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。它適宜用于重載、高速和高溫下工作的摩擦副。工作溫度是影響邊界膜性能的關(guān)鍵參數(shù)，當(dāng)工作溫度達(dá)到軟化溫度時，吸附膜發(fā)生軟化、亂向和脫吸現(xiàn)象，在具體應(yīng)用過程中應(yīng)注意限制pv值。

不同添加劑的減摩作用第8頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2磨損機(jī)械設(shè)計時應(yīng)考慮如何避免或減緩磨損，以保證零件和機(jī)械達(dá)到預(yù)期的壽命；磨損量可用體積、重量或厚度來衡量，通常把單位時間內(nèi)材料的磨損量稱為磨損率，用ε表示；耐磨性是指磨損過程中材料抵抗脫落的能力，通常用磨損率的倒數(shù)1/ε來表示；磨損過程可分為磨合、穩(wěn)定磨損和劇烈磨損三個階段；

典型磨損過程

第9頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月磨損的分類

粘著磨損磨粒磨損疲勞磨損腐蝕磨損由于工作條件的復(fù)雜性，磨損經(jīng)常以復(fù)合形式出現(xiàn)。第10頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月磨損的控制

粘著磨損：①合理選擇配對材料，同種金屬比異種金屬易于粘著，脆性材料比塑性材料的抗粘著能力強(qiáng)，進(jìn)行表面處理（如表面熱處理、電鍍、噴涂等）可防止粘著磨損的發(fā)生；②限制摩擦表面的溫度；③采用含油性和極壓添加劑的潤滑劑；④控制壓強(qiáng)。磨粒磨損：金屬材料的硬度應(yīng)至少比磨粒的硬度大30%。但材料并不是愈硬愈好，有時選用較便宜的材料，定期更換易磨損的零件，更經(jīng)濟(jì)。疲勞壽命：①合理選擇零件接觸面的表面粗糙度，一般情況下表面粗糙度值愈小，疲勞壽命愈長；②合理選擇潤滑油粘度，適當(dāng)提高潤滑油的粘度有利于接觸應(yīng)力均勻分布，提高抗疲勞磨損的能力。在潤滑油中加入極壓添加劑或固體潤滑劑，能提高接觸表面的抗疲勞性能；③合理選擇零件接觸面的硬度。第11頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3潤滑材料潤滑劑可分為氣體、液體、半固體和固體四種基本類型；在液體潤滑劑中應(yīng)用最廣泛的是潤滑油，包括礦物油、動植物油、合成油和各種乳劑；半固體潤滑劑主要是指各種潤滑脂，它是潤滑油和稠化劑的穩(wěn)定混合物；固體潤滑劑是指可以形成固體膜以減少摩擦阻力的物質(zhì)，如石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等；任何氣體都可作為氣體潤滑劑，其中用得最多的是空氣，它主要用在氣體軸承中。在摩擦面間加入潤滑劑不僅可以降低摩擦，減輕磨損，保護(hù)零件不發(fā)生銹蝕，而且還能起到散熱降溫的作用；對于液體潤滑劑，潤滑油膜還具有緩沖、吸振的能力；膏狀的潤滑脂，既可防止內(nèi)部的潤滑劑外泄，又可阻止外部雜質(zhì)侵入，同時具有潤滑和密封作用。第12頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月潤滑油用作潤滑劑的油類可概括為三類：一是有機(jī)油，通常是動植物油；二是礦物油，主要是石油產(chǎn)品；三是化學(xué)合成油；礦物油來源充足，成本低廉，適用范圍廣，而且穩(wěn)定性好，故應(yīng)用最多；動植物油中因含有較多的硬脂酸，在邊界潤滑時有很好的潤滑性能，但因其穩(wěn)定性差且易氧化，所以使用不多；化學(xué)合成油是通過化學(xué)合成方法制成的新型潤滑油，它能滿足礦物油所不能滿足的某些特殊要求，如高溫、低溫、高速、重載和其他條件。由于它多系針對某種特定需要而制，適用面較窄、成本又很高，故一般機(jī)械應(yīng)用較少；潤滑油的主要指標(biāo)有以下幾個：

粘度、潤滑性（油性）、極壓性、閃點、凝點、氧化穩(wěn)定性

第13頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月動力粘度

動力粘度動力粘度單位：長、寬、高各為lm的液體，上、下平面發(fā)生lm/s相對滑動速度需要的切向力為1N時，該液體的動力粘度為1N·s／m2或1Pa·s（帕·秒）。Pa·s是國際單位制（SI）的粘度單位。在絕對單位制（C.G.S.制）中，把動力粘度的單位定為ldyn·s/cm2，叫l(wèi)P（泊），百分之一P稱為cP（厘泊），即1P＝100cP。τ＝－η

第14頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月運動粘度運動粘度：工程中常用動力粘度η（單位為Pa·s）與同溫度下該流體密度ρ(單位為kg／m3)的比值表示粘度，稱為運動粘度ν（單位為m2／s）在C.G.S.制中運動粘度的單位是St（斯），1St＝lcm2／s。百分之一St稱為cSt（厘斯），它們之間有下列關(guān)系：

1St＝1cm2／s＝100cSt＝10－4m2／s，1cSt＝10－6m2／s＝1mm2／sGB／T3141－1994規(guī)定采用潤滑油在40oC時的運動粘度中心值的cSt值作為潤滑油的粘度等級。潤滑油實際運動粘度在相應(yīng)中心粘度值的10％偏差以內(nèi)。v=第15頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月條件粘度

條件粘度是在一定條件下、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)行計量的粘度。我國常用恩氏度（oEt）作為條件粘度單位，美國習(xí)慣用賽氏通用秒（SUS），英國習(xí)慣用雷氏秒（R）作為條件粘度單位。平均溫度t時的運動粘度νt（單位為mm2/s）與恩氏粘度ηE（單位為oEt）可按下列關(guān)系進(jìn)行換算

第16頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月粘溫特性——粘度隨溫度變化的特性。潤滑油粘度受溫度影響的程度可用粘度指數(shù)（VI）表示；粘度指數(shù)值越大，表明粘度隨溫度的變化越小，即粘-溫性能越好；VI≤35為低粘度指數(shù)潤滑油，VI>35～85為中粘度指數(shù)潤滑油，VI>85～110為高粘度指數(shù)潤滑油。第17頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月粘壓特性——粘度隨壓力變化的特性。壓力對流體的影響：流體的密度隨壓力增高而加大，壓力對流體粘度的影響，這只有在壓力超過20MPa時，粘度才隨壓力的增高而加大，高壓時則更為顯著。對于一般礦物油的粘-壓關(guān)系，可用下列經(jīng)驗式表示：潤滑性（油性）：潤滑性是指潤滑油中極性分子與金屬表面吸附形成邊界油膜，以減小摩擦和磨損的性能。極壓性：極壓性是潤滑油中加入含硫、磷、氯等的有機(jī)極性化合物后，油中極性分子在金屬表面生成抗磨、耐高壓的化學(xué)反應(yīng)邊界膜的性能；閃點：閃點是指當(dāng)油在標(biāo)準(zhǔn)儀器中加熱所蒸發(fā)出的油汽，一遇火焰即能發(fā)出閃光時的最低溫度。凝點：凝點是指潤滑油在規(guī)定條件下，不能自由流動時的最高溫度。氧化穩(wěn)定性：氧化穩(wěn)定性是指潤滑油在使用或貯存保管期間，性質(zhì)安定、不易產(chǎn)生氧化變質(zhì)的性能?？谷榛?、抗泡性、灰份、殘?zhí)康?8頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月潤滑脂：除潤滑油以外應(yīng)用最多的一類潤滑劑；潤滑油與稠化劑（如鈣、鈉、鋰、鋁的金屬皂）的膏狀混合物；潤滑脂主要有以下幾類：鈣基潤滑脂：具有良好的抗水性，但耐熱能力差；鈉基潤滑脂：有較高的耐熱性，工作溫度可達(dá)110℃，但抗水性差；鋰基潤滑脂：既能抗水、耐高溫（工作溫度不宜高于120℃），也有較好的機(jī)械安定性，是一種多用途的潤滑脂。鋁基潤滑脂：具有良好的抗水性，對金屬表面有高的吸附能力，故可起到很好的防銹作用。潤滑脂的主要質(zhì)量指標(biāo)有：錐（針）入度：衡量潤滑脂稠度的指標(biāo)。用一個重1.5N的標(biāo)準(zhǔn)錐體，在25℃恒溫下，由潤滑脂表面經(jīng)5s后刺入的深度(以0.lmm計)進(jìn)行檢驗；滴點：滴點是指在規(guī)定的加熱條件下，潤滑脂從標(biāo)準(zhǔn)測量杯的孔口滴下第一滴時的溫度。

水份、灰份、機(jī)械雜質(zhì)等第19頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月添加劑：為了提高油的品質(zhì)和使用性能，常加入某些分量雖少（從百分之幾到百萬分之幾）但對潤滑劑性能改善起巨大作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)稱為添加劑。添加劑的作用有：l）提高潤滑劑的油性、極壓性和在極端工作條件下有效工作的能力。2）推遲潤滑劑的老化變質(zhì)，延長其正常使用壽命。3）改善潤滑劑的物理性能，如降低凝點、消除泡沫、提高粘度、改進(jìn)其粘-溫特性等。添加劑的種類：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、增粘劑等。

第20頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4機(jī)械零件的潤滑方式邊界潤滑：所謂邊界潤滑，就是兩摩擦面間通過一層邊界膜實現(xiàn)潤滑的一種潤滑方式。流體潤滑：當(dāng)摩擦副始終被一層具有一定壓力和一定厚度的流體膜完全隔開、相互運動的阻力只是流體內(nèi)部的摩擦力時，這種潤滑狀態(tài)稱為流體潤滑?；旌蠞櫥寒?dāng)摩擦副兩表面間的油膜不夠厚時，局部表面的輪廓峰仍可穿透潤滑油膜而發(fā)生接觸，而其他區(qū)域仍處于流體潤滑狀態(tài)，這種兼有邊界潤滑和流體潤滑的狀態(tài)稱為混合潤滑；潤滑狀態(tài)的轉(zhuǎn)化：改變某些參數(shù)如壓強(qiáng)p、兩接觸面間相對滑動速度v、流體粘度η，邊界潤滑、混合潤滑和流體潤滑狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)化。Ⅰ邊界潤滑，Ⅱ部分彈流、混合潤滑，Ⅲ完全彈流、流體潤滑

膜厚比、潤滑狀與相對壽命λ≤1時呈邊界潤滑狀態(tài)；1＜λ＜3時呈混合潤滑狀態(tài)或部分彈性流體動力潤滑狀態(tài)；λ≥3時呈流體潤滑狀態(tài)或完全彈性流體動力潤滑狀態(tài)第21頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月4.5流體潤滑原理及方法

流體動壓潤滑：兩個作相對運動物體的摩擦表面，用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)生的動壓力來平衡外載荷，這種流體潤滑狀態(tài)稱為流體動壓潤滑。流體動壓潤滑的主要優(yōu)點：摩擦力?。▋H為流體內(nèi)部的摩擦阻力）、磨損小甚至沒有，并可緩和振動與沖擊。第22頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

流體靜壓潤滑：流體靜壓潤滑是將液壓泵等外界設(shè)備提供的壓力流體送入摩擦表面之間，以靜壓力來平衡外載荷，使摩擦表面分離而達(dá)到流體潤滑的目的。流體靜壓潤滑技術(shù)已成熟應(yīng)用于靜壓軸承、靜壓導(dǎo)軌、靜壓絲杠等摩擦副零部件。潤滑油的潤滑方法及潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)的選擇和設(shè)計：潤滑劑的輸送、控制（分配、調(diào)節(jié)）、冷卻、凈化，以及壓力、流量、溫度等參數(shù)的監(jiān)控。機(jī)械設(shè)備使用的潤滑方法：有分散潤滑和集中潤滑兩大類型。集中潤滑又可分為全損耗系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)及靜壓系統(tǒng)等三種基本類型。第23頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月4.6密封裝置密封是為了阻止?jié)櫥蛷妮S承中流失，也是為了防止外界灰塵、水分等侵入軸承。根據(jù)密封元件間有無相對運動通常把密封分為靜密封和動密封兩大類。密封結(jié)合面間沒有相對運動的密封稱為靜密封，密封元件間彼此有相對運動的密封稱為動密封。對于動密封，根據(jù)軸的運動形式可分為兩種基本類型，即旋轉(zhuǎn)軸密封和往復(fù)軸密封。也可根據(jù)密封元件之間是否接觸而分為接觸密封和非接觸密封。第24頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

靜密封直接接觸密封：墊片、墊圈密封

自緊式密封

第25頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月接觸式旋轉(zhuǎn)軸密封

在裝配狀態(tài)下使密封件與密封面之間產(chǎn)生一個初始接觸壓力，使密封件材料的表面產(chǎn)生適量的變形，與密封面相互接觸，堵塞流體通道，阻止液體的進(jìn)出。為了減小密封件與密封面之間的摩擦，必須使二者之間保持一層適當(dāng)厚度的油膜，以避免產(chǎn)生干摩擦。因此，一切接觸式動密封均要在一定的潤滑方式下工作。氈圈密封

在端蓋或殼體上開出梯形槽，將矩形截面的氈圈放置在槽中與旋轉(zhuǎn)軸密合接觸，用于低速、脂潤滑的場合。第26頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月油封密封油封是依靠有彈性的唇部進(jìn)行密封的標(biāo)準(zhǔn)密封件。油封密封，因結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、檢修方便，是目前應(yīng)用最廣泛的一種接觸式旋轉(zhuǎn)軸的密封方式第27頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

機(jī)械密封機(jī)械密封是由一對或數(shù)對動環(huán)與靜環(huán)組成的平面摩擦副構(gòu)成的密封裝置機(jī)械密封通常由以下四個部分組成：1）由動、靜環(huán)組成的摩擦副；2）由彈性元件為主要零件的補(bǔ)償緩沖件；3）輔助密封圈；4）帶動動環(huán)和軸一起回轉(zhuǎn)的構(gòu)件。1一彈簧座；2一彈簧；3一旋轉(zhuǎn)環(huán)(動環(huán))；4一壓蓋；5一靜環(huán)密封圈；6一防轉(zhuǎn)銷；7一靜止環(huán)(靜環(huán))；8一動環(huán)密封圈；9一軸(或軸套)；10--緊定螺釘?shù)?8頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月非接觸式旋轉(zhuǎn)軸密封在非接觸密封中不存在密封與運動部件之間的摩擦，因此也就