第4章摩擦磨損及潤滑概述2015

1、 ： 4-1 4-1 摩擦摩擦4-2 4-2 磨損磨損4-3 4-3 潤滑劑和潤滑方法潤滑劑和潤滑方法 4-4 4-4 流體潤滑原理簡介流體潤滑原理簡介 第第4章章 摩擦、磨損及潤滑概述摩擦、磨損及潤滑概述4-0 概 述 摩擦學摩擦學-研究相對運動的作用表面間的摩擦、磨損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)用的一門邊緣學科。緣學科。 摩擦摩擦-相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象； 磨損磨損-由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)

2、移； 潤滑潤滑-減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。關(guān)于摩擦、磨損與潤滑的學科構(gòu)成了摩擦學(Tribology)。世界上使用的能源大約有世界上使用的能源大約有 1/31/2 消耗于摩擦。消耗于摩擦。減少摩擦減少摩擦 節(jié)省能源；節(jié)省能源；減少磨損減少磨損 降低設(shè)備維修次數(shù)和費用，節(jié)省制造降低設(shè)備維修次數(shù)和費用，節(jié)省制造零零 件及其所需材料的費用。件及其所需材料的費用。一、一、摩擦的分類摩擦的分類內(nèi)內(nèi) 摩摩 擦：在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對運擦：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。動的現(xiàn)象。外外 摩摩 擦：在相對運動的物體表面間發(fā)生的相互阻礙擦：在相對運動

3、的物體表面間發(fā)生的相互阻礙 作用現(xiàn)象。作用現(xiàn)象。靜靜 摩摩 擦：僅有相對運動趨勢時的摩擦。擦：僅有相對運動趨勢時的摩擦。動動 摩摩 擦：在相對運動進行中的摩擦。擦：在相對運動進行中的摩擦?；瑒幽Σ粒何矬w表面間的運動形式是相對滑動。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。滾動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滾動。4-1 摩擦摩擦 1. 干摩擦干摩擦 兩零件表面直接接觸后，因為微觀局部壓兩零件表面直接接觸后，因為微觀局部壓力高而形成許多冷焊點，運動時被剪切。力高而形成許多冷焊點，運動時被剪切。 不允許出現(xiàn)干摩擦！不允許出現(xiàn)干摩擦！2. 邊界摩擦邊界摩擦三

4、、三、 滑動摩擦狀態(tài)滑動摩擦狀態(tài) 功耗功耗 磨損磨損 溫度溫度 燒毀軸瓦燒毀軸瓦 運動副表面有一層厚度運動副表面有一層厚度1 m的薄油膜，的薄油膜，不足以將兩金屬表面完全分開，其表面不足以將兩金屬表面完全分開，其表面部分微觀高峰部分仍將相互搓削。部分微觀高峰部分仍將相互搓削。比干摩擦的磨損輕比干摩擦的磨損輕，f 0.1 0.3v有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，彼此不直接接觸。彼此不直接接觸。是理想的摩擦狀態(tài)。3. 液體摩擦液體摩擦摩擦和磨損極輕摩擦和磨損極輕，f 0.001 0.01 vv v 4. 混合摩擦混合摩擦 v 混合摩擦是指摩擦表面間處于邊界混合摩擦是

5、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δΣ梁土黧w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)擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦時要小得多。比邊界摩擦時要小得多。在一般機器中，處于后三種情況的混合狀態(tài)。 f n/p o邊界摩擦邊界摩擦混合摩擦混合摩擦液體摩擦液體摩擦摩擦特性曲線摩擦特性曲線稱無量綱參數(shù)稱無量綱參數(shù)n/p為軸承特為軸承特性數(shù)。性數(shù)。 -動力粘度，p-壓強 ，n-每秒轉(zhuǎn)數(shù) 邊界摩擦和混合摩擦在邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。稱為不完全液體摩擦。摩擦學研究的最新進展：摩擦學研究的最新進展：微納米摩擦

6、學理論微納米摩擦學理論可實現(xiàn)：可實現(xiàn)： f 0.001 -超潤滑摩擦狀態(tài)。超潤滑摩擦狀態(tài)。機器的壽命機器的壽命磨損磨損由于摩擦而導致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。由于摩擦而導致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。磨損曲線磨損曲線 磨合階段磨合階段 磨損量磨損量時間時間劇烈磨劇烈磨損階段損階段 穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段 4-2 磨損磨損磨損過程大致如圖所示：磨損過程大致如圖所示： 磨合階段磨合階段-包括摩擦表包括摩擦表面輪廓峰的形狀變化和表面面輪廓峰的形狀變化和表面材料被加工硬化兩個過程。材料被加工硬化兩個過程。穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段-零件在零件在平穩(wěn)而緩慢的速度下磨損。平穩(wěn)而緩慢的速度下磨損。它標

7、志著磨擦條件相對穩(wěn)定。劇烈磨損階段劇烈磨損階段-在經(jīng)過穩(wěn)定磨損階段后，零件表面遭在經(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。件即將進入報廢階段。后果后果降低機器的效率和可靠性，甚至促使機器提前報廢。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。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。磨粒磨損磨粒磨損 磨損的分類：磨損的分類： 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損

8、 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損磨損類型類型 按磨損機理分按磨損機理分 按磨損表面按磨損表面外觀可分為外觀可分為 點蝕磨損點蝕磨損 膠合磨損膠合磨損 擦傷磨損擦傷磨損 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 磨粒磨損磨粒磨損也簡稱磨損，也簡稱磨損，外部進入摩擦面間的游離硬顆外部進入摩擦面間的游離硬顆 粒（如空氣中的塵土或磨損造成的金屬微粒）或硬的輪粒（如空氣中的塵土或磨損造成的金屬微粒）或硬的輪廓峰尖在軟材料表面上犁刨出很多溝紋時被移去的材料，廓峰尖在

9、軟材料表面上犁刨出很多溝紋時被移去的材料，一部分流動到溝紋兩旁，一部分則形成一連串的碎片脫一部分流動到溝紋兩旁，一部分則形成一連串的碎片脫落下來成為新的游離顆粒，這樣的微粒切削過程就叫磨落下來成為新的游離顆粒，這樣的微粒切削過程就叫磨粒磨損。粒磨損。 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 粘附磨損粘附磨損也稱膠合，當摩擦表面的輪廓峰在相互作也稱膠合，當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)生用的各點處由于瞬時的溫升和壓力發(fā)生“冷焊冷焊”后，在后，在相對運動時，

10、材料從一個表面遷移到另一個表面，便形相對運動時，材料從一個表面遷移到另一個表面，便形成粘附磨損。成粘附磨損。嚴重嚴重 的粘附磨損會造成運動副咬死。的粘附磨損會造成運動副咬死。 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 疲勞磨損疲勞磨損也稱點蝕，是由于摩擦表面材料微體積在也稱點蝕，是由于摩擦表面材料微體積在 交變的摩擦力作用下，反復變形所產(chǎn)生的交變的摩擦力作用下，反復變形所產(chǎn)生的 材料疲勞所引起的機械磨損。點蝕過程：材料疲勞所引起的機械磨損。點蝕過程：產(chǎn)生初始疲勞裂紋產(chǎn)生初始疲勞裂紋

11、擴展擴展 微粒脫落，形微粒脫落，形 成點成點蝕坑。蝕坑。 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 沖蝕磨損沖蝕磨損流動的液體或氣體中所夾帶的硬質(zhì)物體或硬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，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。管道內(nèi)壁所產(chǎn)生的機械磨損是實例之一。近年來，由于燃氣渦輪機的葉片、火箭發(fā)動機的尾噴管這樣一些部位的破

12、壞，才引起人們對這種磨損形式的特別注意 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 腐蝕磨損腐蝕磨損當摩擦表面材料在環(huán)境的化學或電化學作當摩擦表面材料在環(huán)境的化學或電化學作 用下引起腐蝕，在摩擦副相對運動時所產(chǎn)用下引起腐蝕，在摩擦副相對運動時所產(chǎn) 生生的磨損即為腐蝕磨損。的磨損即為腐蝕磨損。 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 微動磨損微動磨損是指摩擦副在微幅運動時

13、，由上述各磨損是指摩擦副在微幅運動時，由上述各磨損 機理共同形成的復合磨損。微幅運動可理解機理共同形成的復合磨損。微幅運動可理解為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對運動。為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對運動。一、一、 潤滑劑潤滑劑 作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。分類分類液體液體潤滑劑潤滑劑-潤滑油潤滑油半固體半固體潤滑劑潤滑劑-潤滑脂潤滑脂固體固體潤滑劑潤滑劑1. 潤滑油潤滑油 種類：種類：氣體氣體潤滑劑潤滑劑-空氣空氣有機油有機油-動、植物油動、植物油礦物油礦物油-石油產(chǎn)品，石油產(chǎn)品， 化學合成油化學合成油 4-3 潤滑劑、添加劑

14、和潤滑方法潤滑劑、添加劑和潤滑方法 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：液體層與層之間摩擦切應(yīng)力：=-dudy-流體中任意點處的切應(yīng)力與該處的速度梯度成正比。流體中任意點處的切應(yīng)力與該處的速度梯度成正比。-液體的動力粘度，簡稱粘度液體的動力粘度，簡稱粘度量綱：力量綱：力時間時間/ /長度長度2單位：單位： N s /m/m2 (Pa ss) 稱為

15、泊稱為泊 ?；蚶宀矗夯蚶宀矗?P=1 dyn s /cm/cm2 實驗結(jié)果：實驗結(jié)果： oxyydydu分析位置y處薄層的受力 B粘度粘度-重要指標，重要指標，粘度值越高，油越稠，反之越?。徽扯戎翟礁?，油越稠，反之越??； 粘度的種類粘度的種類動力粘度動力粘度運動粘度運動粘度條件粘度條件粘度1) 動力粘度動力粘度- 牛頓液體流動定律牛頓液體流動定律 1泊泊=100厘泊厘泊工程中常用工程中常用運動粘度：運動粘度： = 單位：單位： m m2 / / s 稱為斯稱為斯St：cmcm2 / /s 或厘斯或厘斯cSt：1St=100 cSt1St=100 cSt2) 運動粘度運動粘度 3) 條件粘度條件

16、粘度 指在一定條件下，利用某種規(guī)格的指在一定條件下，利用某種規(guī)格的粘度計，通過測粘度計，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。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：常用的有： 恩氏度（恩氏度（ Et） -中國慣用中國慣用 賽氏通用秒（賽氏通用秒（SUS）-美國慣用美國慣用 雷氏秒雷氏秒 -英國慣用英國慣用 運動粘度與條件粘度之間的換算關(guān)系：運動粘度與條件粘度之間的換算關(guān)系： cStEEVEtttt64. 80 . 82 . 335. 1時，當cStEEVEtttt0 . 46 . 72 . 3 時，當cStEVEttt14. 72 .16 時，當 潤滑油的牌號與運動

17、粘度有一定的對應(yīng)關(guān)系，如：牌潤滑油的牌號與運動粘度有一定的對應(yīng)關(guān)系，如：牌號為號為L-AN10的油在的油在40時的運動粘度大約為時的運動粘度大約為10 cSt。 潤滑油的特性：潤滑油的特性： 1）粘）粘-溫相關(guān)性溫相關(guān)性 溫度溫度 t 壓力壓力p 但但p 350 才開始氧化，才開始氧化， 可在水中工作?？稍谒泄ぷ?。-摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣 (- -60300 )，但遇水性能下降。，但遇水性能下降。-摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。使用方式：使用方式：1.1.調(diào)和在潤滑油中；調(diào)和在潤滑油中；2.2.涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；3.3.混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。其應(yīng)用日漸廣泛