機械設(shè)計第二章摩擦磨損潤滑

1、機機 械械 設(shè)設(shè) 計計 萬萬 小小 利利 2006. 02第二章第二章摩擦、磨損及潤滑基礎(chǔ)知識摩擦、磨損及潤滑基礎(chǔ)知識第一節(jié)第一節(jié) 概述概述摩擦學(xué)摩擦學(xué):專門研究作相對運動和相互作用兩表面間專門研究作相對運動和相互作用兩表面間的摩擦、磨損和潤滑問題。是有關(guān)摩擦、磨損和的摩擦、磨損和潤滑問題。是有關(guān)摩擦、磨損和潤滑科學(xué)的總稱。潤滑科學(xué)的總稱。有用摩擦：有用摩擦：利用摩擦傳遞動力或吸收能量起緩利用摩擦傳遞動力或吸收能量起緩沖阻尼作用。應(yīng)采用耐磨材料副。沖阻尼作用。應(yīng)采用耐磨材料副。有害摩擦：有害摩擦：造成能量損耗、效率降低、溫度升造成能量損耗、效率降低、溫度升高、表面磨損。應(yīng)采用減摩材料和減摩措施

2、。高、表面磨損。應(yīng)采用減摩材料和減摩措施。磨損磨損是摩擦的必然結(jié)果，在失效的機械零件中，大是摩擦的必然結(jié)果，在失效的機械零件中，大約有約有80% 80% 是由于各種形式的磨損造成的。是由于各種形式的磨損造成的。 潤滑潤滑是改善表面摩擦狀態(tài)、減緩磨損最有效的方法。是改善表面摩擦狀態(tài)、減緩磨損最有效的方法。1 1、表面形貌、表面形貌 在工程中使用的金屬表面，都不是理想的光滑表在工程中使用的金屬表面，都不是理想的光滑表面，盡管宏觀上看上去大都很光滑，但微觀上看，實面，盡管宏觀上看上去大都很光滑，但微觀上看，實際表面際表面凹凸不平凹凸不平。一、表面性質(zhì)一、表面性質(zhì) 金屬表面性質(zhì)主要包括兩方面的內(nèi)容：表

3、面形貌金屬表面性質(zhì)主要包括兩方面的內(nèi)容：表面形貌和表面組成。和表面組成。第二節(jié)第二節(jié) 表面性質(zhì)及表面接觸表面性質(zhì)及表面接觸表面形貌表面形貌指金屬表面幾何特征的指金屬表面幾何特征的詳細(xì)圖形詳細(xì)圖形 表面表面形貌中的形貌中的三個三個主要參量主要參量(表征表征)：表面粗糙度表面粗糙度 指細(xì)密空間的不規(guī)則性指細(xì)密空間的不規(guī)則性跳動，反映的是金屬表面微跳動，反映的是金屬表面微觀幾何形狀誤差。它體現(xiàn)了觀幾何形狀誤差。它體現(xiàn)了表面加工方法的固有特性。表面加工方法的固有特性。表面波度表面波度 指較大空間內(nèi)周期性出現(xiàn)的不規(guī)則性波指較大空間內(nèi)周期性出現(xiàn)的不規(guī)則性波動。往往是因為機床刀具或工件振動的結(jié)果。動。往往是

4、因為機床刀具或工件振動的結(jié)果。形狀誤差形狀誤差 實際表面形狀偏離名義表面形狀的偏差。實際表面形狀偏離名義表面形狀的偏差。在表面形貌分析中，通常是不考慮的。在表面形貌分析中，通常是不考慮的。表 面 粗 糙 度表 面 波 度表 面 形 狀實 際 輪 廓表面粗糙度表面粗糙度對材料表面性質(zhì)影響最大，通常用輪廓算對材料表面性質(zhì)影響最大，通常用輪廓算術(shù)平均偏差術(shù)平均偏差ra值的大小來度量金屬表面的粗糙程度。值的大小來度量金屬表面的粗糙程度。 niilynxxylr10a1d)(12、表面組成、表面組成 金屬表面在切金屬表面在切削加工過程中表削加工過程中表層組織結(jié)構(gòu)將發(fā)層組織結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化，使表生變化，使表

5、面由若干層次構(gòu)面由若干層次構(gòu)成，典型的金屬成，典型的金屬表面結(jié)構(gòu)如圖所表面結(jié)構(gòu)如圖所示。示。金屬表面的組成指表層結(jié)構(gòu)和其金屬表面的組成指表層結(jié)構(gòu)和其物理化學(xué)機械性質(zhì)物理化學(xué)機械性質(zhì)。表面吸附膜表面吸附膜決定金屬表面的潤滑特性（邊界潤滑）決定金屬表面的潤滑特性（邊界潤滑）（邊界膜）（邊界膜）表面氧化膜表面氧化膜決定決定金屬表面的摩擦磨損特性金屬表面的摩擦磨損特性變形層和貝氏層變形層和貝氏層決定金屬表面強度決定金屬表面強度 研究兩金屬表面的摩擦磨損過程時，首先是了解它研究兩金屬表面的摩擦磨損過程時，首先是了解它們之間的接觸狀況。一般經(jīng)過機械加工的金屬表面，們之間的接觸狀況。一般經(jīng)過機械加工的金屬表

6、面，都有一定的都有一定的粗糙度粗糙度。 二、表面接觸二、表面接觸 因此，兩摩擦因此，兩摩擦表面在相互接觸表面在相互接觸時，實際只是個時，實際只是個別的別的微凸體之間微凸體之間接觸接觸。二、表面接觸二、表面接觸實際表面的接觸情況實際表面的接觸情況：a) 許多微凸體接觸，實際接許多微凸體接觸，實際接觸面積較小。觸面積較小。b) 受載后，參與接觸的微凸受載后，參與接觸的微凸體數(shù)目增加。體數(shù)目增加。u金屬表面的實際接觸面積非常小金屬表面的實際接觸面積非常小，通常只是名義面積的，通常只是名義面積的1%1%到到0.01%0.01%，視載荷的大小和表面的粗糙程度而定。，視載荷的大小和表面的粗糙程度而定。表面

7、接觸的一些結(jié)論：表面接觸的一些結(jié)論：u表面微凸體表面微凸體大小、高度不等，接觸時大小、高度不等，接觸時一部分彈性變形一部分彈性變形，一部分一部分塑性變形塑性變形，這兩部分的比例與載荷的大小和表面特性有關(guān)。由于，這兩部分的比例與載荷的大小和表面特性有關(guān)。由于實際接觸面積非常小，所以接觸面積上的應(yīng)力非常大，因此，大實際接觸面積非常小，所以接觸面積上的應(yīng)力非常大，因此，大多數(shù)摩擦表面都存在著大量的塑性變形微凸體。多數(shù)摩擦表面都存在著大量的塑性變形微凸體。 u實際接觸面積隨著法向載荷的增大而增大實際接觸面積隨著法向載荷的增大而增大，它的增大主要體，它的增大主要體現(xiàn)在現(xiàn)在接觸點的數(shù)量增加接觸點的數(shù)量增加

8、，而各個接觸點因彈性和塑性變形而使，而各個接觸點因彈性和塑性變形而使接觸面積的增加是次要的。接觸面積的增加是次要的。第三節(jié)第三節(jié) 摩擦摩擦 在外力作用下，相互接觸的兩個物體作相對運動在外力作用下，相互接觸的兩個物體作相對運動或有相對運動的趨勢時，其接觸表面上就會產(chǎn)生抵抗或有相對運動的趨勢時，其接觸表面上就會產(chǎn)生抵抗滑動的阻力，這一現(xiàn)象叫做滑動的阻力，這一現(xiàn)象叫做摩擦摩擦，這時所產(chǎn)生的阻力，這時所產(chǎn)生的阻力叫做叫做摩擦力摩擦力。 摩擦可分為摩擦可分為兩大類兩大類：一類是發(fā)生在物質(zhì)內(nèi)部，阻礙：一類是發(fā)生在物質(zhì)內(nèi)部，阻礙分子間相對運動的分子間相對運動的內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦；另一類是在物體接觸表面上；另一類是

9、在物體接觸表面上產(chǎn)生的阻礙其相對運動的產(chǎn)生的阻礙其相對運動的外摩擦外摩擦。 外摩擦外摩擦靜摩擦靜摩擦動摩擦動摩擦動摩擦動摩擦滑動摩擦滑動摩擦滾動摩擦滾動摩擦表面摩擦狀態(tài)表面摩擦狀態(tài)干摩擦干摩擦液體摩擦（液體潤滑）液體摩擦（液體潤滑）邊界摩擦（邊界潤滑）邊界摩擦（邊界潤滑）混合摩擦（混合潤滑）混合摩擦（混合潤滑）（潤滑狀態(tài)）（潤滑狀態(tài)）一、干摩擦一、干摩擦 是指表面間是指表面間無任何潤滑劑無任何潤滑劑或或保護(hù)膜保護(hù)膜的純金的純金屬接觸時的摩擦。屬接觸時的摩擦。在機械設(shè)計中，通常將兩接觸表面沒有人在機械設(shè)計中，通常將兩接觸表面沒有人為引入潤滑劑的摩擦當(dāng)作干摩擦。為引入潤滑劑的摩擦當(dāng)作干摩擦。干摩擦

10、時，摩擦阻力最大，金屬間的摩擦干摩擦?xí)r，摩擦阻力最大，金屬間的摩擦系數(shù)系數(shù) f = 0.15 1.5。 古典摩擦理論古典摩擦理論（阿蒙頓，庫侖）（阿蒙頓，庫侖）l 摩擦力摩擦力f 與正壓力與正壓力fn 成正比成正比 f =f fn 古典摩擦理論有一定的局限性，例如，法向力很大古典摩擦理論有一定的局限性，例如，法向力很大的時候，實際接觸面積接近名義接觸面積，摩擦力和的時候，實際接觸面積接近名義接觸面積，摩擦力和法向力就不再成線性關(guān)系。法向力就不再成線性關(guān)系。l 摩擦力摩擦力f 與表面名義接觸面積的大小無關(guān)與表面名義接觸面積的大小無關(guān) l f靜靜 f動動，且，且 f動動 與與 v 無關(guān)無關(guān)機械嚙合

11、理論機械嚙合理論庫侖理論庫侖理論分子作用理論分子作用理論 能量理論能量理論粘著摩擦理論粘著摩擦理論犁溝理論犁溝理論分子分子機械理論機械理論等等 干摩擦理論（表面接觸數(shù)學(xué)模型）：干摩擦理論（表面接觸數(shù)學(xué)模型）： 鑒于古典摩擦理論的局限性，人們進(jìn)一步研究有鑒于古典摩擦理論的局限性，人們進(jìn)一步研究有關(guān)摩擦的機理，并形成了很多干摩擦理論：關(guān)摩擦的機理，并形成了很多干摩擦理論： 1、機械嚙合理論、機械嚙合理論 認(rèn)為摩擦起源于表面粗糙度，摩擦力是表認(rèn)為摩擦起源于表面粗糙度，摩擦力是表面微凸體機械嚙合力的總和?；瑒幽Σ林心芰棵嫖⑼贵w機械嚙合力的總和?；瑒幽Σ林心芰繐p耗于微凸體的相互嚙合、碰撞以及彈性變形。損

12、耗于微凸體的相互嚙合、碰撞以及彈性變形。2 2、分子作用理論、分子作用理論 認(rèn)為分子間電荷力所產(chǎn)生的能量損耗是摩擦認(rèn)為分子間電荷力所產(chǎn)生的能量損耗是摩擦的起因，摩擦力是由摩擦表面分子間的相互吸引的起因，摩擦力是由摩擦表面分子間的相互吸引力形成的。力形成的。4 4、分子、分子機械理論（摩擦二項式定律）機械理論（摩擦二項式定律） 認(rèn)為滑動摩擦是克服表面微凸體的機械嚙合和分認(rèn)為滑動摩擦是克服表面微凸體的機械嚙合和分子吸引力的過程，因而摩擦力就是接觸面積上的分子子吸引力的過程，因而摩擦力就是接觸面積上的分子和機械作用所產(chǎn)生的阻力總和。和機械作用所產(chǎn)生的阻力總和。其摩擦系數(shù)的表達(dá)式為：其摩擦系數(shù)的表達(dá)式

13、為：nrfaf式中：式中： 為與表面分子特性有關(guān)的參數(shù)為與表面分子特性有關(guān)的參數(shù); . 為與表面機械特性有關(guān)的參數(shù)為與表面機械特性有關(guān)的參數(shù); ar為實際接觸面積為實際接觸面積; ; fn為法向載荷為法向載荷 分子分子機械理論考慮的因數(shù)較多，比較符合實驗的結(jié)機械理論考慮的因數(shù)較多，比較符合實驗的結(jié)果。能非常好地適用于邊界潤滑及某些干摩擦狀態(tài)。果。能非常好地適用于邊界潤滑及某些干摩擦狀態(tài)。3 3、粘著摩擦理論、粘著摩擦理論 粘著理論認(rèn)為：粘著理論認(rèn)為：摩擦表面處于塑性接觸的狀態(tài)；摩擦表面處于塑性接觸的狀態(tài)；滑動摩擦是粘著與滑動交替發(fā)生的躍動過程；滑動摩擦是粘著與滑動交替發(fā)生的躍動過程；摩擦力是粘

14、著效應(yīng)和犁溝效應(yīng)產(chǎn)生阻力的總和。摩擦力是粘著效應(yīng)和犁溝效應(yīng)產(chǎn)生阻力的總和。 表面承載接觸表面承載接觸小接觸面積小接觸面積高應(yīng)力高應(yīng)力塑性變形塑性變形冷焊冷焊粘粘著著相對運動相對運動剪斷剪斷摩擦磨損摩擦磨損表面承載接觸表面承載接觸較硬表面微凸體較硬表面微凸體相對運動相對運動在較軟表面在較軟表面上犁出上犁出犁溝犁溝 在簡單粘著理論中摩擦系數(shù)在簡單粘著理論中摩擦系數(shù) f 的表達(dá)式則為：的表達(dá)式則為： 較軟材料受壓屈服極限較軟材料剪切強度極限scbscrbrnaafff 簡單粘著理論簡單粘著理論由于在分析實際接觸面積時只考慮受由于在分析實際接觸面積時只考慮受壓屈服極限，而在計算摩擦力時又只考慮剪切強度

15、極限，壓屈服極限，而在計算摩擦力時又只考慮剪切強度極限， 沒有考慮由法向載荷產(chǎn)生的壓應(yīng)力及由切向力產(chǎn)生的切沒有考慮由法向載荷產(chǎn)生的壓應(yīng)力及由切向力產(chǎn)生的切應(yīng)力的聯(lián)合作用，因此得出的滑動摩擦系數(shù)與實測結(jié)果應(yīng)力的聯(lián)合作用，因此得出的滑動摩擦系數(shù)與實測結(jié)果有很大的出入，為此，有很大的出入，為此，bowdenbowden等人于等人于19641964年又提出了一年又提出了一種更切合實際的修正粘著理論。可參考有關(guān)資料種更切合實際的修正粘著理論?？蓞⒖加嘘P(guān)資料。二、邊界摩擦（邊界潤滑）二、邊界摩擦（邊界潤滑） 指兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，其摩指兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，其摩擦性質(zhì)與液體的

16、黏度無關(guān)，只與邊界膜和表面的吸附擦性質(zhì)與液體的黏度無關(guān)，只與邊界膜和表面的吸附性質(zhì)有關(guān)。性質(zhì)有關(guān)。 雖然邊界潤滑不能完全避免金屬間的直接接觸，但可雖然邊界潤滑不能完全避免金屬間的直接接觸，但可以大大地減小摩擦力，一般摩擦系數(shù)以大大地減小摩擦力，一般摩擦系數(shù) f = 0.1 左右。左右。 邊界潤滑動畫邊界潤滑動畫單層分子邊界膜模型單層分子邊界膜模型 單層分子邊界膜摩擦單層分子邊界膜摩擦 邊界膜按形成的機理，分為邊界膜按形成的機理，分為吸附膜吸附膜（物理吸附膜（物理吸附膜和化學(xué)吸附膜）和和化學(xué)吸附膜）和反應(yīng)膜反應(yīng)膜。 潤滑劑中脂肪酸的極性分子牢固地吸附在金屬表潤滑劑中脂肪酸的極性分子牢固地吸附在金

17、屬表面上，就形成面上，就形成物理吸附膜物理吸附膜。 潤滑劑中分子受化學(xué)鍵力作用而吸附在金屬表面潤滑劑中分子受化學(xué)鍵力作用而吸附在金屬表面上，就形成上，就形成化學(xué)吸附膜化學(xué)吸附膜。 反應(yīng)膜反應(yīng)膜是當(dāng)潤滑劑中含有以原子形式存在的硫、是當(dāng)潤滑劑中含有以原子形式存在的硫、氯、磷時，它們與金屬表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而生成的薄氯、磷時，它們與金屬表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而生成的薄膜。這種反應(yīng)膜與金屬表面接合牢固，強度高，熔點膜。這種反應(yīng)膜與金屬表面接合牢固，強度高，熔點高，比前兩種膜都更穩(wěn)定，可在十分苛刻的條件下保高，比前兩種膜都更穩(wěn)定，可在十分苛刻的條件下保護(hù)金屬表面不發(fā)生粘著。護(hù)金屬表面不發(fā)生粘著。三、液體摩擦（液

18、體潤滑）三、液體摩擦（液體潤滑） 當(dāng)摩擦表面間的潤滑膜厚度大到足以將兩個表面當(dāng)摩擦表面間的潤滑膜厚度大到足以將兩個表面完全隔開，即形成了完全的液體摩擦。這時，潤滑劑完全隔開，即形成了完全的液體摩擦。這時，潤滑劑中的分子已大都不受金屬表面吸附作用的支配而自由中的分子已大都不受金屬表面吸附作用的支配而自由移動，摩擦只發(fā)生在液體內(nèi)部的分子之間，所以摩擦移動，摩擦只發(fā)生在液體內(nèi)部的分子之間，所以摩擦系數(shù)極小，大約系數(shù)極小，大約 f = 0.001 0.008，而且不會有粘著磨，而且不會有粘著磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。 液體摩擦動畫液體摩擦動畫四、混合摩擦（混合潤滑）四、混合

19、摩擦（混合潤滑） 當(dāng)摩擦表面間處于邊界摩擦和液體摩擦的混合狀當(dāng)摩擦表面間處于邊界摩擦和液體摩擦的混合狀態(tài)時稱為混合摩擦。在一定條件下，混合摩擦能有效態(tài)時稱為混合摩擦。在一定條件下，混合摩擦能有效地降低摩擦阻力，其摩擦系數(shù)要比邊界摩擦?xí)r小得多，地降低摩擦阻力，其摩擦系數(shù)要比邊界摩擦?xí)r小得多，大約大約 f = 0.01 0.08，但因仍有金屬的直接接觸，所以，但因仍有金屬的直接接觸，所以不可避免地仍有磨損存在。不可避免地仍有磨損存在。 混合摩擦動畫混合摩擦動畫 第四節(jié)第四節(jié) 磨磨 損損 磨損是表面物質(zhì)在摩擦過程中不斷損失的磨損是表面物質(zhì)在摩擦過程中不斷損失的現(xiàn)象，是伴隨摩擦而產(chǎn)生的必然結(jié)果。磨損會

20、現(xiàn)象，是伴隨摩擦而產(chǎn)生的必然結(jié)果。磨損會消耗材料，降低運轉(zhuǎn)精度，影響壽命和可靠性。消耗材料，降低運轉(zhuǎn)精度，影響壽命和可靠性。但磨損并非都是有害的，如機械的跑合、但磨損并非都是有害的，如機械的跑合、利用磨損原理進(jìn)行的加工（研磨、拋光）等。利用磨損原理進(jìn)行的加工（研磨、拋光）等。 一般磨損的過程一般磨損的過程一、一般磨損的過程一、一般磨損的過程 機械零件的一般磨損過程大致分為三個階段機械零件的一般磨損過程大致分為三個階段 跑合階段跑合階段 新的摩擦副表面較粗糙，在新的摩擦副表面較粗糙，在10% 10% 50% 50%的額定載的額定載荷下進(jìn)行試運轉(zhuǎn)，使摩擦表面的微凸體被磨平，實際接觸面積荷下進(jìn)行試運

21、轉(zhuǎn)，使摩擦表面的微凸體被磨平，實際接觸面積逐步增大，壓強減小，磨損速度在跑合開始階段很快，然后減逐步增大，壓強減小，磨損速度在跑合開始階段很快，然后減慢。跑合階段對新的機械是十分必要的。慢。跑合階段對新的機械是十分必要的。穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段 經(jīng)過跑合，摩擦表面逐步被磨平，微觀幾經(jīng)過跑合，摩擦表面逐步被磨平，微觀幾何形狀發(fā)生改變，建立了彈性接觸的條件，進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段，何形狀發(fā)生改變，建立了彈性接觸的條件，進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段，零件的磨損速度減慢，它表征零件正常工作壽命的長短。零件的磨損速度減慢，它表征零件正常工作壽命的長短。急劇磨損階段急劇磨損階段 經(jīng)過長時間的穩(wěn)定磨損階段，積累了較大經(jīng)過長

22、時間的穩(wěn)定磨損階段，積累了較大的磨損量，零件開始失去原來的運動軌跡，磨損速度急劇增加，的磨損量，零件開始失去原來的運動軌跡，磨損速度急劇增加，間隙加大，精度降低，效率減小，出現(xiàn)異常的噪聲和振動，最間隙加大，精度降低，效率減小，出現(xiàn)異常的噪聲和振動，最后導(dǎo)致零件失效。后導(dǎo)致零件失效。 從磨損過程的變化來看，為了提高零件的從磨損過程的變化來看，為了提高零件的使用壽命，在設(shè)計或使用機械時，應(yīng)力求縮短使用壽命，在設(shè)計或使用機械時，應(yīng)力求縮短跑合期，延長穩(wěn)定磨損期，推遲急劇磨損期的跑合期，延長穩(wěn)定磨損期，推遲急劇磨損期的到來。若設(shè)計不當(dāng)或工作條件惡化，則不能建到來。若設(shè)計不當(dāng)或工作條件惡化，則不能建立穩(wěn)

23、定磨損階段，在短暫的跑合后，就立即進(jìn)立穩(wěn)定磨損階段，在短暫的跑合后，就立即進(jìn)入急劇磨損階段，使零件很快損壞，入急劇磨損階段，使零件很快損壞，要力求避要力求避免免。 一般磨損過程圖一般磨損過程圖二、磨損的分類二、磨損的分類 機械零件的磨損，按磨損機理主要分為四種：機械零件的磨損，按磨損機理主要分為四種：1 1、粘著磨損、粘著磨損 機機 理：理： 材料轉(zhuǎn)移。材料轉(zhuǎn)移。 發(fā)生場合：發(fā)生場合： 重載和高速高溫下油膜或邊界膜破重載和高速高溫下油膜或邊界膜破 裂，金屬直接接觸，硬度不足。裂，金屬直接接觸，硬度不足。 程程 度：度： 輕微磨損、涂抹、擦傷、膠合。輕微磨損、涂抹、擦傷、膠合。2 2、 磨粒磨損

24、磨粒磨損 機機 理：理： 機械刻劃作用。機械刻劃作用。 發(fā)生場合：發(fā)生場合： 有較硬雜質(zhì)產(chǎn)生的場合，如密封不良、有較硬雜質(zhì)產(chǎn)生的場合，如密封不良、 硬表面粗糙度大、潤滑油過濾不嚴(yán)等。硬表面粗糙度大、潤滑油過濾不嚴(yán)等。3. 3. 表面疲勞磨損（點蝕）表面疲勞磨損（點蝕） 機機 理：理： 表面接觸疲勞或硬化層剝落。表面接觸疲勞或硬化層剝落。 發(fā)生場合：發(fā)生場合： 交變載荷和油楔作用下。交變載荷和油楔作用下。4. 4. 腐蝕磨損腐蝕磨損 機機 理：理： 氧化、氣蝕、化學(xué)腐蝕等。氧化、氣蝕、化學(xué)腐蝕等。 發(fā)生場合：發(fā)生場合： 有腐蝕性的氛圍下相對運動。有腐蝕性的氛圍下相對運動。 微動磨損機理： 微量相

25、對滑動發(fā)生場合：微量振動接觸表面三、減輕磨損的途徑三、減輕磨損的途徑正確選擇摩擦副的材料正確選擇摩擦副的材料采用合適的潤滑方式和潤滑劑采用合適的潤滑方式和潤滑劑 (靜壓液體潤滑與動壓液體潤滑、添加劑靜壓液體潤滑與動壓液體潤滑、添加劑)采用表面耐磨處理采用表面耐磨處理 （提高表面硬度、表面噴丸）（提高表面硬度、表面噴丸）在結(jié)構(gòu)設(shè)計中要考慮耐磨問題在結(jié)構(gòu)設(shè)計中要考慮耐磨問題正確使用和維護(hù)正確使用和維護(hù) （潤滑油過濾、密封防塵、定期保養(yǎng)）（潤滑油過濾、密封防塵、定期保養(yǎng)）第五節(jié)第五節(jié) 潤滑劑潤滑劑 潤滑潤滑：向承載的兩摩擦表面間引入潤滑劑，向承載的兩摩擦表面間引入潤滑劑，形成形成潤滑膜。潤滑膜。減小

26、摩擦，減輕磨損減小摩擦，減輕磨損傳遞動力傳遞動力緩沖吸振、減震緩沖吸振、減震散熱散熱 密封密封清除污染清除污染防銹防銹潤滑的作用潤滑的作用：一、潤滑劑的分類一、潤滑劑的分類潤滑劑的種類：潤滑劑的種類：固體固體（石墨、二硫化鉬、尼龍等）（石墨、二硫化鉬、尼龍等）半固體半固體（各種潤滑脂）（各種潤滑脂）液體液體（各種潤滑油、水、液態(tài)金屬等）（各種潤滑油、水、液態(tài)金屬等）氣體氣體（空氣、氦氣、氮氣等）（空氣、氦氣、氮氣等）二、潤滑劑的主要質(zhì)量指標(biāo)二、潤滑劑的主要質(zhì)量指標(biāo)在機械設(shè)計中，最常用的潤滑劑是潤滑油和潤滑脂。在機械設(shè)計中，最常用的潤滑劑是潤滑油和潤滑脂。黏度黏度 指潤滑油抵抗剪切變形的能力，它

27、標(biāo)志著油液指潤滑油抵抗剪切變形的能力，它標(biāo)志著油液內(nèi)部產(chǎn)生相對運動時內(nèi)摩擦阻力的大小。內(nèi)部產(chǎn)生相對運動時內(nèi)摩擦阻力的大小。牛頓定律牛頓定律：兩層流液體之間的切應(yīng)力與其速度梯度兩層流液體之間的切應(yīng)力與其速度梯度 成正比。成正比。dzud ：動力粘度（單位動力粘度（單位 pa s）（ n s/m2 ）1、潤滑油的主要質(zhì)量指標(biāo)、潤滑油的主要質(zhì)量指標(biāo)油層間剪切應(yīng)力，油層間剪切應(yīng)力， n/m2dzdu速度梯度，速度梯度，s-1 黏度的度量黏度的度量 如動力黏度如動力黏度 、 運動黏度運動黏度、 恩氏黏度恩氏黏度et等。等。在在國際單位制國際單位制中，動力黏度的單位是中，動力黏度的單位是 n s/m2 （

28、即，（即，pa s 單位名稱為帕秒）單位名稱為帕秒） 在在厘米克秒制厘米克秒制中，動力黏度的單位是中，動力黏度的單位是 dyn s/cm2 （即（即 p，單位名稱為泊），單位名稱為泊） 其物理意義是：流體中相距其物理意義是：流體中相距1cm、面積各為、面積各為1cm2的的兩流層，彼此以兩流層，彼此以1cm/s的速度相對運動時，其阻力為的速度相對運動時，其阻力為1dyn。 泊的百分之一為厘泊（泊的百分之一為厘泊（cp） 動力黏度動力黏度 運動黏度運動黏度n在在國際單位制國際單位制中，運動黏度的單位是中，運動黏度的單位是 m2/s 在在厘米克秒制厘米克秒制中，運動黏度的單位是中，運動黏度的單位是

29、cm2/s（即，（即，st 斯）斯） 斯的百分之一為厘斯斯的百分之一為厘斯 cst。 動力黏度動力黏度 與運動黏度與運動黏度的關(guān)系是：的關(guān)系是：運動粘度，運動粘度，m2s-1動力粘度，動力粘度，pas密度，密度，kgm-3 運動黏度沒有明確的物理運動黏度沒有明確的物理意義，但在理論分析和計算中意義，但在理論分析和計算中常碰到動力黏度常碰到動力黏度 與密度與密度 的的比值，此時用運動黏度比值，此時用運動黏度 來代來代替替 / 比較方便。比較方便。 恩氏黏度恩氏黏度et 也叫相對黏度，即也叫相對黏度，即200cm3的試驗油在規(guī)定的溫度下的試驗油在規(guī)定的溫度下（一般為（一般為20、50、100）流過

30、恩氏黏度計的小孔）流過恩氏黏度計的小孔所需要的時間（所需要的時間（s）與同體積的蒸餾水在）與同體積的蒸餾水在 20時流過同時流過同一小孔所需的時間（一小孔所需的時間（s）的比值。以符號）的比值。以符號et表示。表示。 影響潤滑油黏度的因素：影響潤滑油黏度的因素：主要因素主要因素溫度和壓力溫度和壓力溫度升高，黏度減小。溫度升高，黏度減小。壓力升高，黏度增大。壓力升高，黏度增大。pe0黏度黏度溫度曲線溫度曲線壓力不太高時（如小于壓力不太高時（如小于20m pa ），），黏度黏度變變化極微，可略而不計?；瘶O微，可略而不計。溫度對黏度的影響很大，溫度對黏度的影響很大，在表明潤滑油的黏在表明潤滑油的黏度

31、時，一定要注明溫度，否則沒有意義。度時，一定要注明溫度，否則沒有意義。 影響潤滑油黏度的因素：影響潤滑油黏度的因素：u 油性油性 油性是指潤滑油中極性分子濕潤或吸附于摩油性是指潤滑油中極性分子濕潤或吸附于摩擦表面形成邊界油膜，以減小摩擦和磨損的性能。它擦表面形成邊界油膜，以減小摩擦和磨損的性能。它是影響邊界潤滑性能好壞的重要指標(biāo)，吸附能力越強，是影響邊界潤滑性能好壞的重要指標(biāo)，吸附能力越強，油性越好。油性越好。u 閃點和燃點閃點和燃點 潤滑油蒸氣在遇到火焰時能發(fā)出閃光潤滑油蒸氣在遇到火焰時能發(fā)出閃光（閃爍）時的最低溫度稱為閃點。閃爍持續(xù)（閃爍）時的最低溫度稱為閃點。閃爍持續(xù)5 5秒以上的秒以上

32、的最低溫度稱為燃點。它是衡量潤滑油易燃性的一個重最低溫度稱為燃點。它是衡量潤滑油易燃性的一個重要指標(biāo)，對于高溫下工作的機械，應(yīng)選擇比工作溫度要指標(biāo)，對于高溫下工作的機械，應(yīng)選擇比工作溫度高高 30 40 閃點的潤滑油。閃點的潤滑油。 u 凝點凝點 潤滑油冷卻到完全失去流動性時的溫度稱為潤滑油冷卻到完全失去流動性時的溫度稱為凝點。它是潤滑油低溫工作特性的一個重要指標(biāo)，低凝點。它是潤滑油低溫工作特性的一個重要指標(biāo)，低溫工作時應(yīng)選擇凝點低的潤滑油。溫工作時應(yīng)選擇凝點低的潤滑油。2 2、潤滑脂的主要質(zhì)量指標(biāo)、潤滑脂的主要質(zhì)量指標(biāo) 潤滑脂是潤滑油與稠化劑的混合物，常用的稠化潤滑脂是潤滑油與稠化劑的混合物

33、，常用的稠化劑是金屬皂，如鈣基皂、鈉基皂（劑是金屬皂，如鈣基皂、鈉基皂（不抗水不抗水）和鋰基皂。）和鋰基皂。潤滑脂的主要質(zhì)量指標(biāo)有：潤滑脂的主要質(zhì)量指標(biāo)有：l 錐入度（錐入度（反映稠度） 用一個質(zhì)量為用一個質(zhì)量為25n的標(biāo)準(zhǔn)錐體，在的標(biāo)準(zhǔn)錐體，在25恒溫下，從潤恒溫下，從潤滑脂表面自由下沉，經(jīng)過滑脂表面自由下沉，經(jīng)過5 5秒后所到達(dá)的深度即為錐入秒后所到達(dá)的深度即為錐入度（以度（以0.1mm計）。它是表征潤滑脂稀稠程度的指標(biāo)，計）。它是表征潤滑脂稀稠程度的指標(biāo)，錐入度越大，潤滑脂就越稀。錐入度越大，潤滑脂就越稀。 l 滴點（滴點（反映耐熱性） 在規(guī)定的加熱條件下，潤滑脂從標(biāo)準(zhǔn)量杯的孔口滴在規(guī)定

34、的加熱條件下，潤滑脂從標(biāo)準(zhǔn)量杯的孔口滴下第一滴時的溫度。它是表征潤滑脂耐高溫的能力。下第一滴時的溫度。它是表征潤滑脂耐高溫的能力。潤滑脂的工作溫度至少應(yīng)低于滴點潤滑脂的工作溫度至少應(yīng)低于滴點20。 三、潤滑劑的選用三、潤滑劑的選用潤滑油潤滑油 潤滑及散熱效果好，大多數(shù)情況下使用油潤滑潤滑及散熱效果好，大多數(shù)情況下使用油潤滑潤滑脂潤滑脂 易保持在潤滑部位，潤滑系統(tǒng)簡單，密封性能易保持在潤滑部位，潤滑系統(tǒng)簡單，密封性能 好，適用于不易加油或低速重載的場合；好，適用于不易加油或低速重載的場合；氣氣 體體 黏度極低，摩擦系數(shù)小，適用于高速輕載的場黏度極低，摩擦系數(shù)小，適用于高速輕載的場 合，如磨床高速

35、磨頭；合，如磨床高速磨頭； 水水 常用于橡膠、塑料等零件中，本身就有自潤滑常用于橡膠、塑料等零件中，本身就有自潤滑 功能；功能；固固 體體 摩擦系數(shù)高，散熱性差，適用于特殊的場合，摩擦系數(shù)高，散熱性差，適用于特殊的場合， 如高溫、高壓，極低溫、真空、強輻射、不容如高溫、高壓，極低溫、真空、強輻射、不容 易給油或不允許有污染的場合。易給油或不允許有污染的場合。1 1、潤滑劑種類的選擇、潤滑劑種類的選擇 2 2、 潤滑劑牌號的選擇潤滑劑牌號的選擇l 工作載荷工作載荷 潤滑油的粘度越大，油膜承載能力就越潤滑油的粘度越大，油膜承載能力就越 高！故載荷大，應(yīng)選用粘度大，油性好的潤滑高！故載荷大，應(yīng)選用粘

36、度大，油性好的潤滑 油。受沖擊振動或往復(fù)運動的零件，因不易形油。受沖擊振動或往復(fù)運動的零件，因不易形 成液體油膜，要選擇粘度大的潤滑油或針入度成液體油膜，要選擇粘度大的潤滑油或針入度 小的潤滑脂，或者用固體潤滑劑。小的潤滑脂，或者用固體潤滑劑。 潤滑劑的種類確定好以后，牌號的選用可以從以潤滑劑的種類確定好以后，牌號的選用可以從以下幾個方面考慮：下幾個方面考慮： l 工作速度工作速度 低速不易形成動壓油膜，宜選用粘度大低速不易形成動壓油膜，宜選用粘度大 的潤滑油，或潤滑脂，高速時，為了減少功率的潤滑油，或潤滑脂，高速時，為了減少功率 損失，宜選用粘度小的潤滑油或針入度大的潤損失，宜選用粘度小的潤

37、滑油或針入度大的潤 滑脂?；?。l 工作溫度工作溫度 低溫時，應(yīng)選用粘度小凝點低的潤滑油，高低溫時，應(yīng)選用粘度小凝點低的潤滑油，高 溫時，宜選用粘度大、閃點高、抗氧化性好的潤滑。溫時，宜選用粘度大、閃點高、抗氧化性好的潤滑。 工作溫度變化大的場合，應(yīng)選用粘溫特性好的潤滑油。工作溫度變化大的場合，應(yīng)選用粘溫特性好的潤滑油。l 表面粗糙度和間隙表面粗糙度和間隙 表面粗糙度大和間隙大，要求用粘度表面粗糙度大和間隙大，要求用粘度 大的潤滑油或針入度小的潤滑脂。表面粗糙度小和間大的潤滑油或針入度小的潤滑脂。表面粗糙度小和間 隙小，要求用粘度小的潤滑油或針入度大的潤滑脂。隙小，要求用粘度小的潤滑油或針入度

38、大的潤滑脂。l 結(jié)構(gòu)特點及環(huán)境條件結(jié)構(gòu)特點及環(huán)境條件 當(dāng)被潤滑零件為垂直潤滑面的開當(dāng)被潤滑零件為垂直潤滑面的開 式齒輪、鏈條等，應(yīng)采用高黏度的潤滑油或錐入度小的式齒輪、鏈條等，應(yīng)采用高黏度的潤滑油或錐入度小的 潤滑脂，以保持較好的附著性。在多塵、潮濕環(huán)境下，潤滑脂，以保持較好的附著性。在多塵、潮濕環(huán)境下， 宜采用抗水性好的鈣基、鋰基潤滑脂。在強酸堿化學(xué)介宜采用抗水性好的鈣基、鋰基潤滑脂。在強酸堿化學(xué)介 質(zhì)環(huán)境或真空、輻射等特殊條件下，常用固體潤滑劑。質(zhì)環(huán)境或真空、輻射等特殊條件下，常用固體潤滑劑。四、潤滑油和潤滑脂中的中添加劑四、潤滑油和潤滑脂中的中添加劑 普通潤滑油和潤滑脂在一些十分惡劣的工

39、作條件普通潤滑油和潤滑脂在一些十分惡劣的工作條件下（如高溫、低溫、重載、真空等）會很快劣化變質(zhì)，下（如高溫、低溫、重載、真空等）會很快劣化變質(zhì)，失去工作能力。為了提高它們的品質(zhì)和使用性能，常失去工作能力。為了提高它們的品質(zhì)和使用性能，常加入某些分量很?。◤陌俜种畮椎桨偃f分之幾）但對加入某些分量很?。◤陌俜种畮椎桨偃f分之幾）但對其使用性能的改善起巨大作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)稱為其使用性能的改善起巨大作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)稱為添加劑添加劑。添加劑的種類很多，起到的作用也各不相同。添加劑的種類很多，起到的作用也各不相同?？寡趸砑觿┛寡趸砑觿?（如二烷基代磷酸鹽等）可抑制潤滑油（如二烷基代磷酸鹽等）可抑

40、制潤滑油 氧化變質(zhì)；氧化變質(zhì)； 降凝添加劑降凝添加劑 （如烷基萘等）可降低油的凝點；（如烷基萘等）可降低油的凝點； 油性添加劑油性添加劑 （如硬脂酸鋁、磷酸三乙酯等）可提高（如硬脂酸鋁、磷酸三乙酯等）可提高 油性；油性； 極壓添加劑極壓添加劑 （又稱（又稱ep添加劑，如二苯化二硫、二鋅二添加劑，如二苯化二硫、二鋅二 硫化磷酸鋅等）可以在金屬表面形成一層硫化磷酸鋅等）可以在金屬表面形成一層 保護(hù)膜，以減輕磨損；保護(hù)膜，以減輕磨損； 清凈分散添加劑清凈分散添加劑 （如烷基酚鹽、丁二酰亞胺等）（如烷基酚鹽、丁二酰亞胺等） 可使油中的膠狀物分散和懸浮，以防止堵可使油中的膠狀物分散和懸浮，以防止堵 塞油路和減少因沉積而造成的劇烈磨損。塞油路和減少因沉積而造成的劇烈磨損。第六節(jié)第六節(jié) 潤滑狀態(tài)潤滑狀態(tài)（a）液體潤滑）液體潤滑 （b）邊界潤滑）邊界潤滑（c）混合潤滑）混合潤滑（d）干摩擦）干摩擦 （a）液體潤滑）液體潤滑（b）邊界