第二章摩 擦磨損潤(rùn)滑

1、12本章內(nèi)容本章內(nèi)容3第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)必然產(chǎn)生零、部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有相機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)必然產(chǎn)生零、部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)就必然產(chǎn)生摩擦和磨損。對(duì)運(yùn)動(dòng)就必然產(chǎn)生摩擦和磨損。潤(rùn)滑潤(rùn)滑是改善表面摩擦、減緩磨損最有效的方法。是改善表面摩擦、減緩磨損最有效的方法。摩擦學(xué)（摩擦學(xué)（Tribology）是專(zhuān)門(mén)研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相互作是專(zhuān)門(mén)研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相互作用的兩表面間現(xiàn)象和有關(guān)實(shí)踐的一門(mén)科學(xué)技術(shù)，用的兩表面間現(xiàn)象和有關(guān)實(shí)踐的一門(mén)科學(xué)技術(shù)，是有是有關(guān)摩擦、磨損和潤(rùn)滑科學(xué)的總稱(chēng)。關(guān)摩擦、磨損和潤(rùn)滑科學(xué)的總稱(chēng)。 摩擦摩擦是造成能量損失的主要原因。是造成能量損失的主要原因。 磨損磨損是摩擦的必然結(jié)果，

2、在失效的機(jī)械零件中，是摩擦的必然結(jié)果，在失效的機(jī)械零件中，大約有大約有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。4第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料表明：摩擦消耗掉全世界國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料表明：摩擦消耗掉全世界1/3的一的一次能源，約有次能源，約有80%的機(jī)器零部件都是因?yàn)槟p而失的機(jī)器零部件都是因?yàn)槟p而失效，而且效，而且50%以上的機(jī)械裝備的惡性事故都是起因以上的機(jī)械裝備的惡性事故都是起因于潤(rùn)滑失效和過(guò)渡磨損。美英德等發(fā)達(dá)國(guó)家每年因于潤(rùn)滑失效和過(guò)渡磨損。美英德等發(fā)達(dá)國(guó)家每年因摩擦、磨損造成的損失約占其國(guó)民生產(chǎn)總值的摩擦、磨損造成的損失約占其國(guó)民生產(chǎn)總值的27，而在工業(yè)中應(yīng)

3、用摩擦學(xué)知識(shí)可節(jié)約的費(fèi)，而在工業(yè)中應(yīng)用摩擦學(xué)知識(shí)可節(jié)約的費(fèi)用約占用約占GNP的的1%1.4。我國(guó)我國(guó)2006年摩擦磨損造成的損失約年摩擦磨損造成的損失約9500億元，約占億元，約占GNP的的4.5%，2006年我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用摩擦學(xué)知識(shí)年我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用摩擦學(xué)知識(shí)的節(jié)約潛力為的節(jié)約潛力為3270億元，占億元，占2006年年GDP的的1.55%5第二節(jié)第二節(jié) 表面性質(zhì)及表面接觸表面性質(zhì)及表面接觸摩擦、磨損和潤(rùn)滑等摩擦學(xué)現(xiàn)象都是在兩物體摩擦、磨損和潤(rùn)滑等摩擦學(xué)現(xiàn)象都是在兩物體接觸的表面間發(fā)生的接觸的表面間發(fā)生的表面性質(zhì)對(duì)摩擦表面性質(zhì)對(duì)摩擦/ /磨損磨損/ /潤(rùn)滑性能有重要影響潤(rùn)滑性能有重要影響上帝

4、創(chuàng)造了魔鬼上帝創(chuàng)造了魔鬼 魔鬼創(chuàng)造了表面魔鬼創(chuàng)造了表面6拋光涂層變速箱齒輪7拋光涂層變速箱齒輪8拋光涂層變速箱齒輪9拋光涂層變速箱齒輪10拋光涂層滾子11表面形貌Hobbed & Shaved SurfaceGround SurfaceHoned Surfacepolished Surface122.1 表面性質(zhì)表面性質(zhì)金屬表面性質(zhì)主金屬表面性質(zhì)主要包括兩方面的要包括兩方面的內(nèi)容：內(nèi)容：表面形貌表面形貌表面組成表面組成131、表面形貌、表面形貌 工程中使用的金屬表面，都不是絕對(duì)光滑工程中使用的金屬表面，都不是絕對(duì)光滑宏觀(guān)看上去很光滑，微觀(guān)上凹凸不平宏觀(guān)看上去很光滑，微觀(guān)上凹凸不平2.1 表面性

5、質(zhì)表面性質(zhì)14表面形貌表征的三表面形貌表征的三個(gè)主要參量個(gè)主要參量表面粗糙度表面粗糙度 表面的不規(guī)則性跳動(dòng)，反映的是金屬表面微觀(guān)幾何表面的不規(guī)則性跳動(dòng)，反映的是金屬表面微觀(guān)幾何形狀誤差。它體現(xiàn)了表面加工方法的固有特性。形狀誤差。它體現(xiàn)了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)則性波動(dòng)。指較大空間內(nèi)周期性出現(xiàn)的不規(guī)則性波動(dòng)。往往是因?yàn)闄C(jī)床刀具或工件振動(dòng)的結(jié)果。往往是因?yàn)闄C(jī)床刀具或工件振動(dòng)的結(jié)果。形狀誤差形狀誤差 實(shí)際表面形狀偏離名義表面形狀的偏差。實(shí)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

6、度表 面 波 度表 面 形 狀實(shí) 際 輪 廓2.1 表面性質(zhì)表面性質(zhì)15從從摩擦學(xué)摩擦學(xué)觀(guān)點(diǎn)講，觀(guān)點(diǎn)講，表面粗糙度表面粗糙度對(duì)材料表面性質(zhì)影響對(duì)材料表面性質(zhì)影響最大，常用輪廓算術(shù)平均偏差最大，常用輪廓算術(shù)平均偏差Ra值的大小來(lái)度量金值的大小來(lái)度量金屬表面的粗糙程度。屬表面的粗糙程度。 niilynxxylR10a1d)(12.1 表面性質(zhì)表面性質(zhì)16WYKO NT9100 Profilometer1718在切削加工過(guò)程在切削加工過(guò)程中表層組織結(jié)構(gòu)中表層組織結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化，產(chǎn)將發(fā)生變化，產(chǎn)生層次結(jié)構(gòu)生層次結(jié)構(gòu)指表層結(jié)構(gòu)和其指表層結(jié)構(gòu)和其物理化學(xué)機(jī)械性質(zhì)物理化學(xué)機(jī)械性質(zhì)。2.1 表面性質(zhì)表面性質(zhì)表

7、面組成表面組成典型的金屬表面結(jié)構(gòu)典型的金屬表面結(jié)構(gòu)19兩金屬表面在摩擦磨損過(guò)程中只有個(gè)別的微凸體兩金屬表面在摩擦磨損過(guò)程中只有個(gè)別的微凸體發(fā)生接觸發(fā)生接觸2.2 表面接觸表面接觸F202.2 表面接觸表面接觸xyContact EllipticityK= b/aabXoYoU2U1Solution Domain21u金屬表面的實(shí)際接觸面積非常小金屬表面的實(shí)際接觸面積非常小，只是名義面積的，只是名義面積的1%到到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。表面接觸的一些結(jié)論：表面接觸的一些結(jié)論：u微凸體微凸體大小、高度不等，接觸時(shí)大小、高度不等，接觸時(shí)部分彈

8、性變形部分彈性變形，部分部分塑性變形塑性變形，兩部分的比例與載荷的大小和表面特性有關(guān)。，兩部分的比例與載荷的大小和表面特性有關(guān)。實(shí)際接觸面積非常小，接觸面上的應(yīng)力非常大，多數(shù)摩實(shí)際接觸面積非常小，接觸面上的應(yīng)力非常大，多數(shù)摩擦表面都存在著大量的塑性變形微凸體擦表面都存在著大量的塑性變形微凸體u實(shí)際接觸面積隨著法向載荷的增大而增大實(shí)際接觸面積隨著法向載荷的增大而增大，主要體，主要體現(xiàn)在現(xiàn)在接觸點(diǎn)的數(shù)量增加接觸點(diǎn)的數(shù)量增加，而各個(gè)接觸點(diǎn)因彈性和塑性，而各個(gè)接觸點(diǎn)因彈性和塑性變形而使接觸面積的增加是次要的。變形而使接觸面積的增加是次要的。2.2 表面接觸表面接觸22第三節(jié)第三節(jié) 摩擦摩擦 在外力作用

9、下，相互接觸的兩個(gè)物體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)或在外力作用下，相互接觸的兩個(gè)物體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，其接觸表面上就會(huì)產(chǎn)生抵抗有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，其接觸表面上就會(huì)產(chǎn)生抵抗滑動(dòng)的阻力，這一現(xiàn)象叫做滑動(dòng)的阻力，這一現(xiàn)象叫做摩擦摩擦，這時(shí)所產(chǎn)生的阻，這時(shí)所產(chǎn)生的阻力叫做力叫做摩擦力摩擦力。 摩擦可分為摩擦可分為兩大類(lèi)兩大類(lèi)：內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦：發(fā)生在物質(zhì)內(nèi)部，阻礙分子間相對(duì)運(yùn)動(dòng)；：發(fā)生在物質(zhì)內(nèi)部，阻礙分子間相對(duì)運(yùn)動(dòng)；外摩擦外摩擦：在接觸表面上產(chǎn)生，阻礙其相對(duì)運(yùn)動(dòng)：在接觸表面上產(chǎn)生，阻礙其相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦摩擦23 按摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可分為按摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可分為靜摩擦靜摩擦和和動(dòng)摩擦動(dòng)摩擦 動(dòng)摩擦動(dòng)摩擦還可根據(jù)

10、摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式，可將其分為還可根據(jù)摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式，可將其分為滑動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦和和滾動(dòng)摩擦等滾動(dòng)摩擦等。 根據(jù)摩擦副的表面摩擦狀態(tài)（或稱(chēng)潤(rùn)滑狀態(tài)），根據(jù)摩擦副的表面摩擦狀態(tài)（或稱(chēng)潤(rùn)滑狀態(tài)），又可將其分為又可將其分為干摩擦干摩擦、邊界摩擦邊界摩擦（邊界潤(rùn)滑）、（邊界潤(rùn)滑）、液液體摩擦體摩擦（液體潤(rùn)滑）和（液體潤(rùn)滑）和混合摩擦混合摩擦（混合潤(rùn)滑）。（混合潤(rùn)滑）。 摩擦摩擦的分類(lèi)24表面間表面間無(wú)潤(rùn)滑劑無(wú)潤(rùn)滑劑或或保護(hù)膜保護(hù)膜的純金屬接觸的摩擦的純金屬接觸的摩擦真正的干摩擦是不存在的，任何零件的表面不僅真正的干摩擦是不存在的，任何零件的表面不僅會(huì)因?yàn)檠趸纬蓵?huì)因?yàn)檠趸纬裳趸ぱ趸?，且多少?/p>

11、會(huì)被含有潤(rùn)滑，且多少也會(huì)被含有潤(rùn)滑劑分子的氣體所濕潤(rùn)或受到劑分子的氣體所濕潤(rùn)或受到“油污油污”。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，通常將兩接觸表面沒(méi)有人為引入在機(jī)械設(shè)計(jì)中，通常將兩接觸表面沒(méi)有人為引入潤(rùn)滑劑的摩擦當(dāng)作干摩擦。干摩擦?xí)r，摩擦阻力最潤(rùn)滑劑的摩擦當(dāng)作干摩擦。干摩擦?xí)r，摩擦阻力最大，金屬間的摩擦系數(shù)大，金屬間的摩擦系數(shù) f = 0.15 1.5。 干摩擦動(dòng)畫(huà)干摩擦動(dòng)畫(huà)3.1 干摩擦干摩擦 25四個(gè)經(jīng)典摩擦定律四個(gè)經(jīng)典摩擦定律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(shí)候，實(shí)際接觸面積接近

12、名義接觸面積，摩擦力的時(shí)候，實(shí)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(xiàn)性關(guān)系。和法向力就不再成線(xiàn)性關(guān)系。l 摩擦力摩擦力F 與接觸面積的大小無(wú)關(guān)與接觸面積的大小無(wú)關(guān) l F靜靜 F動(dòng)動(dòng)3.1 干摩擦干摩擦 l 摩擦系數(shù)與滑動(dòng)速度摩擦系數(shù)與滑動(dòng)速度無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律26根據(jù)摩擦機(jī)理的研究，目前被廣泛接受的幾種干根據(jù)摩擦機(jī)理的研究，目前被廣泛接受的幾種干摩擦理論：摩擦理論： 1、機(jī)械嚙合理論、機(jī)械嚙合理論 認(rèn)為摩擦起源于表面粗糙度，摩擦力是表面微凸認(rèn)為摩擦起源于表面粗糙度，摩擦力是表面微凸體機(jī)械嚙合力的總和。滑動(dòng)摩擦中能量損耗于微體機(jī)械嚙合力的總和?；瑒?dòng)摩擦中能量損耗于微凸體的相

13、互嚙合、碰撞以及彈性變形。凸體的相互嚙合、碰撞以及彈性變形。3.1 干摩擦干摩擦 可以解釋表面越粗糙摩擦系數(shù)越大的現(xiàn)象可以解釋表面越粗糙摩擦系數(shù)越大的現(xiàn)象不能解釋表面越光滑摩擦系數(shù)越大的現(xiàn)象不能解釋表面越光滑摩擦系數(shù)越大的現(xiàn)象 272、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的認(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。3.1 干摩擦干摩擦 可以解釋表面越光滑摩擦系數(shù)越大的現(xiàn)象可以解釋表面越光滑摩擦系數(shù)越大的現(xiàn)象 283、粘著摩擦理論、粘著摩擦理論 摩擦表面處于塑性接觸的狀

14、態(tài)；摩擦表面處于塑性接觸的狀態(tài)；滑動(dòng)摩擦是粘著與滑動(dòng)交替發(fā)生的躍動(dòng)過(guò)程；滑動(dòng)摩擦是粘著與滑動(dòng)交替發(fā)生的躍動(dòng)過(guò)程；摩擦力是粘著效應(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。 兩金屬表面在法向載荷兩金屬表面在法向載荷FN作用下的實(shí)際接觸面積作用下的實(shí)際接觸面積Ar和名義接觸面積和名義接觸面積A相比是很小的，微凸體接觸相比是很小的，微凸體接觸區(qū)所受的壓力很高，材料發(fā)生塑性變形，表面邊區(qū)所受的壓力很高，材料發(fā)生塑性變形，表面邊界膜遭到破壞，使基體金屬發(fā)生粘著現(xiàn)象，形成界膜遭到破壞，使基體金屬發(fā)生粘著現(xiàn)象，形成冷焊結(jié)點(diǎn)。冷焊結(jié)點(diǎn)。 3.1 干摩擦干摩擦 29較軟材料受壓屈服極限

15、較軟材料剪切強(qiáng)度極限scBscrBrNAAFFf 滑動(dòng)摩擦系數(shù)與實(shí)測(cè)結(jié)果差別大滑動(dòng)摩擦系數(shù)與實(shí)測(cè)結(jié)果差別大在分析實(shí)際接觸面積時(shí)只考慮受壓屈服極限，在計(jì)在分析實(shí)際接觸面積時(shí)只考慮受壓屈服極限，在計(jì)算摩擦力時(shí)又只考慮剪切強(qiáng)度極限，算摩擦力時(shí)又只考慮剪切強(qiáng)度極限， 沒(méi)有考慮由法沒(méi)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)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)合作用合作用Bowden等人于等人于1964年又提出了一種更切合實(shí)際的年又提出了一種更切合實(shí)際的修正粘著理論。可參考有關(guān)資料。修正粘著理論。可參考有關(guān)資料。3.1 干摩擦干摩擦 304、分子、分子機(jī)械理論（摩擦二項(xiàng)式定律）機(jī)械理

16、論（摩擦二項(xiàng)式定律）認(rèn)為滑動(dòng)摩擦是克服表面微凸體的機(jī)械嚙合和分子吸引認(rèn)為滑動(dòng)摩擦是克服表面微凸體的機(jī)械嚙合和分子吸引力的過(guò)程，因而摩擦力就是接觸面積上的分子和機(jī)械作力的過(guò)程，因而摩擦力就是接觸面積上的分子和機(jī)械作用所產(chǎn)生的阻力總和。用所產(chǎn)生的阻力總和。NrFAf分子分子機(jī)械理論考慮的因數(shù)較多，比較符合實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。機(jī)械理論考慮的因數(shù)較多，比較符合實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。能非常好地適用于邊界潤(rùn)滑及某些實(shí)際接觸面積較大的能非常好地適用于邊界潤(rùn)滑及某些實(shí)際接觸面積較大的干摩擦狀態(tài)。干摩擦狀態(tài)。3.1 干摩擦干摩擦 與表面分子特性與表面分子特性有關(guān)的參數(shù)有關(guān)的參數(shù)與表面機(jī)械特性有與表面機(jī)械特性有關(guān)的參數(shù)關(guān)的參數(shù)實(shí)際

17、接觸實(shí)際接觸面積面積法向載荷法向載荷313.2 邊界摩擦（邊界潤(rùn)滑）邊界摩擦（邊界潤(rùn)滑）兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開(kāi)，其摩擦性?xún)赡Σ帘砻姹晃皆诒砻娴倪吔缒じ糸_(kāi)，其摩擦性質(zhì)與液體的黏度無(wú)關(guān)，只與邊界膜和表面的吸附性質(zhì)與液體的黏度無(wú)關(guān)，只與邊界膜和表面的吸附性質(zhì)有關(guān)。質(zhì)有關(guān)。 邊界潤(rùn)滑不能完全避免金屬間的直接接觸，但可邊界潤(rùn)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，一般以大大地減小摩擦力，一般 f = 0.1 左右。左右。 邊界潤(rùn)滑動(dòng)畫(huà)邊界潤(rùn)滑動(dòng)畫(huà)單層分子邊界膜摩擦單層分子邊界膜摩擦 32按形成的機(jī)理，分為按形成的機(jī)理，分為吸附膜吸附膜（物理吸附膜和化學(xué)（物理吸附膜和化學(xué)吸附

18、膜）和吸附膜）和反應(yīng)膜反應(yīng)膜。物理吸附膜物理吸附膜:潤(rùn)滑劑中的極性分子牢固地吸附在金潤(rùn)滑劑中的極性分子牢固地吸附在金屬表面上屬表面上 化學(xué)吸附膜化學(xué)吸附膜:潤(rùn)滑劑中分子受化學(xué)鍵力作用而吸附潤(rùn)滑劑中分子受化學(xué)鍵力作用而吸附在金屬表面上在金屬表面上反應(yīng)膜反應(yīng)膜: 潤(rùn)滑劑中含有以原子形式存在的硫、氯、潤(rùn)滑劑中含有以原子形式存在的硫、氯、磷時(shí)，與金屬表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而生成的薄膜。與磷時(shí)，與金屬表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而生成的薄膜。與金屬表面接合牢固，強(qiáng)度高，熔點(diǎn)高，穩(wěn)定，可在金屬表面接合牢固，強(qiáng)度高，熔點(diǎn)高，穩(wěn)定，可在苛刻條件下保護(hù)金屬表面不發(fā)生粘著。苛刻條件下保護(hù)金屬表面不發(fā)生粘著。3.2 邊界摩擦（邊界潤(rùn)

19、滑）邊界摩擦（邊界潤(rùn)滑）33潤(rùn)滑膜完全將兩接觸表面分開(kāi)潤(rùn)滑膜完全將兩接觸表面分開(kāi)摩擦只發(fā)生在液體內(nèi)部的分子之間，摩擦系數(shù)很摩擦只發(fā)生在液體內(nèi)部的分子之間，摩擦系數(shù)很小，大約小，大約 f = 0.001 0.008，而且不會(huì)有粘著磨損，而且不會(huì)有粘著磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。 液體摩擦動(dòng)畫(huà)液體摩擦動(dòng)畫(huà)3.3 液體摩擦（液體潤(rùn)滑）液體摩擦（液體潤(rùn)滑）34接觸表面間邊界摩擦和液體摩擦同時(shí)存在的狀接觸表面間邊界摩擦和液體摩擦同時(shí)存在的狀態(tài)。態(tài)?；旌夏Σ聊苡行Ы档湍Σ磷枇Γ淠Σ料禂?shù)要混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系數(shù)要比邊界摩擦?xí)r小得多，大約比邊界摩擦?xí)r小得多，大約 f

20、= 0.01 0.08；有金屬的直接接觸，仍有磨損存在。有金屬的直接接觸，仍有磨損存在。 混合摩擦動(dòng)畫(huà)混合摩擦動(dòng)畫(huà)3.4 混合摩擦（混合潤(rùn)滑）混合摩擦（混合潤(rùn)滑）35表面物質(zhì)在摩擦過(guò)程中不斷損失的現(xiàn)象，是伴表面物質(zhì)在摩擦過(guò)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。隨摩擦而產(chǎn)生的必然結(jié)果。磨損會(huì)消耗材料，降低運(yùn)轉(zhuǎn)精度，影響壽命和磨損會(huì)消耗材料，降低運(yùn)轉(zhuǎn)精度，影響壽命和可靠性?？煽啃?。磨損并非都是有害的，如機(jī)械的跑合、利用磨磨損并非都是有害的，如機(jī)械的跑合、利用磨損原理進(jìn)行的加工（研磨、拋光）等。損原理進(jìn)行的加工（研磨、拋光）等。 第第4節(jié)節(jié) 磨損磨損36 一般磨損的過(guò)程一般磨損的過(guò)程機(jī)械零

21、件的一般磨損過(guò)程大致分為三個(gè)階段機(jī)械零件的一般磨損過(guò)程大致分為三個(gè)階段 4.1 磨損過(guò)程磨損過(guò)程跑跑合合階階段段穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段急劇磨損階段急劇磨損階段磨磨損損量量時(shí)間時(shí)間37跑跑合合階階段段穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段急劇磨損階段急劇磨損階段磨磨損損量量時(shí)間時(shí)間4.1 磨損過(guò)程磨損過(guò)程新的摩擦副表面較粗糙，在新的摩擦副表面較粗糙，在10% , 50%的額定載的額定載荷下進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，使摩擦表面的微凸體被磨平，荷下進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，使摩擦表面的微凸體被磨平，實(shí)際接觸面積逐步增大，壓強(qiáng)減小，磨損速度在實(shí)際接觸面積逐步增大，壓強(qiáng)減小，磨損速度在跑合開(kāi)始階段很快，然后減慢。跑合階段對(duì)新的跑合開(kāi)始階段很快

22、，然后減慢。跑合階段對(duì)新的機(jī)械是十分必要的。機(jī)械是十分必要的。384.1 磨損過(guò)程磨損過(guò)程經(jīng)過(guò)跑合，摩擦表面逐步被磨平，微觀(guān)幾何形狀經(jīng)過(guò)跑合，摩擦表面逐步被磨平，微觀(guān)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(zhǎng)短。工作壽命的長(zhǎng)短。跑跑合合階階段段穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段急劇磨損階段急劇磨損階段磨磨損損量量時(shí)間時(shí)間394.1 磨損過(guò)程磨損過(guò)程經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定磨損階段，積累了較大的磨損經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定磨損階段，積累了較大的磨損量，零件開(kāi)始失去原來(lái)的運(yùn)動(dòng)軌跡

23、，磨損速度急量，零件開(kāi)始失去原來(lái)的運(yùn)動(dòng)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)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(dòng)，最后導(dǎo)致零件失效。異常的噪聲和振動(dòng)，最后導(dǎo)致零件失效。跑跑合合階階段段穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段急劇磨損階段急劇磨損階段磨磨損損量量時(shí)間時(shí)間404.1 磨損過(guò)程磨損過(guò)程設(shè)計(jì)不當(dāng)或工作條件惡化時(shí)設(shè)計(jì)不當(dāng)或工作條件惡化時(shí)不能建立穩(wěn)定磨損階段不能建立穩(wěn)定磨損階段跑跑合合階階段段穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段急劇磨損階段急劇磨損階段磨磨損損量量時(shí)間時(shí)間41合理設(shè)計(jì)合理設(shè)計(jì)縮短跑合期縮短跑合期延長(zhǎng)穩(wěn)定磨損期延長(zhǎng)穩(wěn)定磨損期推遲急劇磨損期推遲急劇磨損期4.1 磨

24、損過(guò)程磨損過(guò)程42按磨損機(jī)理主要分為四種：按磨損機(jī)理主要分為四種：1 1、粘著磨損、粘著磨損 機(jī)機(jī) 理：理： 材料轉(zhuǎn)移材料轉(zhuǎn)移 發(fā)生場(chǎng)合：發(fā)生場(chǎng)合： 重載下油膜或邊界膜破裂，金屬直重載下油膜或邊界膜破裂，金屬直 接接觸，硬度不足接接觸，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、磨粒磨損 機(jī)機(jī) 理：理： 機(jī)械刻劃作用機(jī)械刻劃作用 發(fā)生場(chǎng)合：發(fā)生場(chǎng)合： 有較硬雜質(zhì)產(chǎn)生的場(chǎng)合，如密封不有較硬雜質(zhì)產(chǎn)生的場(chǎng)合，如密封不 良、硬表面粗糙度大、潤(rùn)滑油過(guò)濾良、硬表面粗糙度大、潤(rùn)滑油過(guò)濾 不嚴(yán)等不嚴(yán)等4.2 磨損分類(lèi)磨損分類(lèi)433. 3. 表面疲勞磨損（點(diǎn)蝕

25、）表面疲勞磨損（點(diǎn)蝕） 機(jī)機(jī) 理：理： 接觸疲勞接觸疲勞 發(fā)生場(chǎng)合：發(fā)生場(chǎng)合： 交變載荷作用下交變載荷作用下4. 4. 腐蝕磨損腐蝕磨損 機(jī)機(jī) 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(chǎng)合：發(fā)生場(chǎng)合： 有腐蝕性的氛圍下有腐蝕性的氛圍下腐蝕磨損是一種機(jī)械化學(xué)磨損，單純的腐蝕不屬腐蝕磨損是一種機(jī)械化學(xué)磨損，單純的腐蝕不屬于磨損范疇，只有當(dāng)腐蝕和摩擦過(guò)程相結(jié)合時(shí)，于磨損范疇，只有當(dāng)腐蝕和摩擦過(guò)程相結(jié)合時(shí)，才能形成腐蝕磨損。才能形成腐蝕磨損。4.2 磨損分類(lèi)磨損分類(lèi)44 1. 1. 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：選擇配對(duì)材料；選擇配對(duì)材料； 提高表面硬度或表面耐磨處理；提高表面硬度或表面耐磨

26、處理； 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；耐腐蝕材料等。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；耐腐蝕材料等。 2. 2. 潤(rùn)滑技術(shù)：潤(rùn)滑技術(shù)：潤(rùn)滑方式、潤(rùn)滑劑與添加劑潤(rùn)滑方式、潤(rùn)滑劑與添加劑 3. 3. 使用維護(hù)：使用維護(hù)：潤(rùn)滑油過(guò)濾、密封防塵等。同樣的設(shè)潤(rùn)滑油過(guò)濾、密封防塵等。同樣的設(shè) 備，使用維護(hù)的不同，其大修時(shí)間或備，使用維護(hù)的不同，其大修時(shí)間或 者其壽命可以相差幾倍或十幾倍。者其壽命可以相差幾倍或十幾倍。 4.3 減小磨損的措施減小磨損的措施45向承載的兩摩擦表面間引入潤(rùn)滑劑，形成潤(rùn)滑向承載的兩摩擦表面間引入潤(rùn)滑劑，形成潤(rùn)滑膜稱(chēng)為潤(rùn)滑。膜稱(chēng)為潤(rùn)滑。潤(rùn)滑的主要作用是減小摩擦和磨損。此外還有潤(rùn)滑的主要作用是減小摩擦和磨損。此外還

27、有防銹、減振、密封、冷卻、清除污染和傳遞動(dòng)力防銹、減振、密封、冷卻、清除污染和傳遞動(dòng)力等作用。等作用。第第5節(jié)節(jié) 潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑46固體潤(rùn)滑劑固體潤(rùn)滑劑 （石墨、二硫化鉬、尼龍等）（石墨、二硫化鉬、尼龍等）半固體潤(rùn)滑劑（各種潤(rùn)滑脂）、半固體潤(rùn)滑劑（各種潤(rùn)滑脂）、液體潤(rùn)滑劑液體潤(rùn)滑劑 （各種潤(rùn)滑油、水、液態(tài)金屬等）（各種潤(rùn)滑油、水、液態(tài)金屬等）氣體潤(rùn)滑劑氣體潤(rùn)滑劑 （空氣、氦氣、氮?dú)獾龋諝?、氦氣、氮?dú)獾龋?.1 潤(rùn)滑劑分類(lèi)潤(rùn)滑劑分類(lèi)最常用的潤(rùn)滑劑是潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂。最常用的潤(rùn)滑劑是潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂。47粘度粘度 指潤(rùn)滑油抵抗剪切變形的能力，標(biāo)志油液指潤(rùn)滑油抵抗剪切變形的能力，標(biāo)志油液內(nèi)部產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)

28、動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦阻力的大小。內(nèi)部產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦阻力的大小。粘度越大，內(nèi)摩擦阻力越大，流動(dòng)性越差。粘度越大，內(nèi)摩擦阻力越大，流動(dòng)性越差。選擇潤(rùn)滑油的主要依據(jù)。選擇潤(rùn)滑油的主要依據(jù)。 牛頓定律牛頓定律：兩層流液體之間的切應(yīng)力與其速度梯度成正兩層流液體之間的切應(yīng)力與其速度梯度成正比比yudd ：動(dòng)力粘度（單位動(dòng)力粘度（單位 Pa S）1、潤(rùn)滑油的主要質(zhì)量指標(biāo)、潤(rùn)滑油的主要質(zhì)量指標(biāo)5.2 潤(rùn)滑劑的指標(biāo)潤(rùn)滑劑的指標(biāo)48 粘度的度量指標(biāo)粘度的度量指標(biāo): 動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度 、 運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度n、 恩氏恩氏粘粘度度Et等。等。單位單位:Pa s dyne s/cm2 (泊，泊的百分之一為厘泊（泊，泊的百分之

29、一為厘泊（cP） 動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度 5.2 潤(rùn)滑劑的指標(biāo)潤(rùn)滑劑的指標(biāo)運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度n單位單位: m2/s cm2/s, 斯斯,百分之一為厘斯百分之一為厘斯cSt恩氏粘度恩氏粘度Et即相對(duì)粘度即相對(duì)粘度,以符號(hào)以符號(hào)Et表示。表示。 49粘度隨著溫度的升高而降低，隨著壓力的升高粘度隨著溫度的升高而降低，隨著壓力的升高而增大。而增大。壓力不太高時(shí)（如小于壓力不太高時(shí)（如小于20M Pa ），變化極微，），變化極微，可略而不計(jì)。但溫度對(duì)粘度的影響很大，可略而不計(jì)。但溫度對(duì)粘度的影響很大，在標(biāo)明在標(biāo)明潤(rùn)滑油的粘度時(shí)，一定要注明溫度，否則沒(méi)有意潤(rùn)滑油的粘度時(shí)，一定要注明溫度，否則沒(méi)有意義。義。 影響潤(rùn)

30、滑油粘度的因素：影響潤(rùn)滑油粘度的因素：壓力壓力和和溫度溫度。5.2 潤(rùn)滑劑的指標(biāo)潤(rùn)滑劑的指標(biāo)505.2 潤(rùn)滑劑的指標(biāo)潤(rùn)滑劑的指標(biāo)0.00.20.40.60.81.01.21.41.610-310-210-1100101102103104105106Low-shear viscosity / Pa*sPressure / GPa 30C 40C 100CSqualane 異三十烷異三十烷51幾種常用潤(rùn)幾種常用潤(rùn)滑油在不同滑油在不同溫度下的黏溫度下的黏度度溫度曲溫度曲線(xiàn)線(xiàn)52u 油性油性 油性是指潤(rùn)滑油中極性分子濕潤(rùn)或吸附于摩擦表面油性是指潤(rùn)滑油中極性分子濕潤(rùn)或吸附于摩擦表面形成邊界油膜，以減小摩

31、擦和磨損的性能。它是影響邊界潤(rùn)形成邊界油膜，以減小摩擦和磨損的性能。它是影響邊界潤(rùn)滑性能好壞的重要指標(biāo)，吸附能力越強(qiáng)，油性越好?；阅芎脡牡闹匾笜?biāo)，吸附能力越強(qiáng)，油性越好。u 閃點(diǎn)和燃點(diǎn)閃點(diǎn)和燃點(diǎn) 潤(rùn)滑油蒸氣在遇到火焰時(shí)能發(fā)出閃光（閃爍）潤(rùn)滑油蒸氣在遇到火焰時(shí)能發(fā)出閃光（閃爍）時(shí)的最低溫度稱(chēng)為閃點(diǎn)。閃爍持續(xù)時(shí)的最低溫度稱(chēng)為閃點(diǎn)。閃爍持續(xù)5秒以上的最低溫度稱(chēng)為燃秒以上的最低溫度稱(chēng)為燃點(diǎn)。衡量潤(rùn)滑油易燃性的一個(gè)重要指標(biāo)，高溫下工作的機(jī)械，點(diǎn)。衡量潤(rùn)滑油易燃性的一個(gè)重要指標(biāo)，高溫下工作的機(jī)械，應(yīng)選擇比工作溫度高應(yīng)選擇比工作溫度高 30 40 閃點(diǎn)的潤(rùn)滑油。閃點(diǎn)的潤(rùn)滑油。 u 凝點(diǎn)凝點(diǎn) 潤(rùn)滑油冷卻到

32、完全失去流動(dòng)性時(shí)的溫度稱(chēng)為凝點(diǎn)。它潤(rùn)滑油冷卻到完全失去流動(dòng)性時(shí)的溫度稱(chēng)為凝點(diǎn)。它是潤(rùn)滑油低溫工作特性的一個(gè)重要指標(biāo)，低溫工作時(shí)應(yīng)選擇是潤(rùn)滑油低溫工作特性的一個(gè)重要指標(biāo)，低溫工作時(shí)應(yīng)選擇凝點(diǎn)低的潤(rùn)滑油。凝點(diǎn)低的潤(rùn)滑油。5.2 潤(rùn)滑劑的指標(biāo)潤(rùn)滑劑的指標(biāo)532、潤(rùn)滑脂的主要質(zhì)量指標(biāo)、潤(rùn)滑脂的主要質(zhì)量指標(biāo)潤(rùn)滑脂是潤(rùn)滑油與稠化劑的混合物，常用稠化劑是金屬皂，潤(rùn)滑脂是潤(rùn)滑油與稠化劑的混合物，常用稠化劑是金屬皂，如鈣基皂、鈉基皂和鋰基皂。主要質(zhì)量指標(biāo)有：如鈣基皂、鈉基皂和鋰基皂。主要質(zhì)量指標(biāo)有：l 錐入度錐入度 用一個(gè)質(zhì)量為用一個(gè)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，恒溫下，從潤(rùn)滑脂表面自由下

33、沉，經(jīng)過(guò)從潤(rùn)滑脂表面自由下沉，經(jīng)過(guò)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(jì)）。計(jì)）。表征潤(rùn)滑脂稀稠程度的指標(biāo)，錐入度越大，潤(rùn)滑脂就越稀。表征潤(rùn)滑脂稀稠程度的指標(biāo)，錐入度越大，潤(rùn)滑脂就越稀。 l 滴點(diǎn)滴點(diǎn) 在規(guī)定的加熱條件下，潤(rùn)滑脂從標(biāo)準(zhǔn)量杯的孔口滴下在規(guī)定的加熱條件下，潤(rùn)滑脂從標(biāo)準(zhǔn)量杯的孔口滴下第一滴時(shí)的溫度。第一滴時(shí)的溫度。表征潤(rùn)滑脂耐高溫的能力。工作溫度至少應(yīng)低于滴點(diǎn)表征潤(rùn)滑脂耐高溫的能力。工作溫度至少應(yīng)低于滴點(diǎn)20。 5.2 潤(rùn)滑劑的指標(biāo)潤(rùn)滑劑的指標(biāo)54潤(rùn)滑油潤(rùn)滑油 潤(rùn)滑及散熱效果好，大多數(shù)情況下使用油潤(rùn)滑潤(rùn)滑及散熱效果好，大多數(shù)情況下使用油潤(rùn)滑潤(rùn)滑脂潤(rùn)

34、滑脂 易保持在潤(rùn)滑部位，潤(rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)單，密封性能易保持在潤(rùn)滑部位，潤(rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)單，密封性能 好，適用于不易加油或低速重載的場(chǎng)合；好，適用于不易加油或低速重載的場(chǎng)合；氣氣 體體 黏度極低，摩擦系數(shù)小，適用于高速輕載的場(chǎng)黏度極低，摩擦系數(shù)小，適用于高速輕載的場(chǎng) 合，如磨床高速磨頭；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(rùn)滑常用于橡膠、塑料等零件中，本身就有自潤(rùn)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(chǎng)合，摩擦系數(shù)高，散熱性差，適用于特殊的場(chǎng)合， 如高溫、高壓，極低溫、真空、強(qiáng)輻射、不容如高溫、高壓，極低溫、真空、強(qiáng)輻射、不容 易給油或不允許有污染的場(chǎng)合。

35、易給油或不允許有污染的場(chǎng)合。1、潤(rùn)滑劑種類(lèi)的選擇、潤(rùn)滑劑種類(lèi)的選擇 5.3 潤(rùn)滑劑的選用潤(rùn)滑劑的選用552、潤(rùn)滑劑牌號(hào)的選擇、潤(rùn)滑劑牌號(hào)的選擇粘度越大，油膜承載力越高粘度越大，油膜承載力越高載荷大，選用粘度大，油性好的潤(rùn)滑油載荷大，選用粘度大，油性好的潤(rùn)滑油受沖擊振動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的零件，不易形成液體油膜，受沖擊振動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的零件，不易形成液體油膜，要選擇粘度大的潤(rùn)滑油或針入度小的潤(rùn)滑脂，或者用固要選擇粘度大的潤(rùn)滑油或針入度小的潤(rùn)滑脂，或者用固體潤(rùn)滑劑。體潤(rùn)滑劑。 潤(rùn)滑劑種類(lèi)確定后，選擇牌號(hào)要考慮：潤(rùn)滑劑種類(lèi)確定后，選擇牌號(hào)要考慮： l 工作速度工作速度5.3 潤(rùn)滑劑的選用潤(rùn)滑劑的選用l 工作載

36、荷工作載荷低速不易形成動(dòng)壓油膜，宜選用粘度大的潤(rùn)滑油或脂低速不易形成動(dòng)壓油膜，宜選用粘度大的潤(rùn)滑油或脂高速時(shí)，為了減少功率損失，宜選用粘度小的潤(rùn)滑油高速時(shí)，為了減少功率損失，宜選用粘度小的潤(rùn)滑油或針入度大的潤(rùn)或針入度大的潤(rùn) 滑脂?；?。56l 工作溫度工作溫度l 表面粗糙度和間隙表面粗糙度和間隙l 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及環(huán)境條件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及環(huán)境條件低溫時(shí)應(yīng)選用粘度小凝點(diǎn)低的潤(rùn)滑油低溫時(shí)應(yīng)選用粘度小凝點(diǎn)低的潤(rùn)滑油;高溫時(shí)宜選用粘度大、閃點(diǎn)高、抗氧化性好的潤(rùn)滑油高溫時(shí)宜選用粘度大、閃點(diǎn)高、抗氧化性好的潤(rùn)滑油;工作溫度變化大的場(chǎng)合，應(yīng)選用粘溫特性好的潤(rùn)滑油。工作溫度變化大的場(chǎng)合，應(yīng)選用粘溫特性好的潤(rùn)滑油。表面粗糙

37、度大和間隙大，用粘度大的潤(rùn)滑油表面粗糙度大和間隙大，用粘度大的潤(rùn)滑油/脂脂表面粗糙度小和間隙小，用粘度小的潤(rùn)滑油表面粗糙度小和間隙小，用粘度小的潤(rùn)滑油/脂脂開(kāi)式齒輪、鏈條等應(yīng)采用高黏度的潤(rùn)滑油或錐入度小的開(kāi)式齒輪、鏈條等應(yīng)采用高黏度的潤(rùn)滑油或錐入度小的潤(rùn)滑脂，以保持較好的附著性。潤(rùn)滑脂，以保持較好的附著性。多塵、潮濕環(huán)境下，宜采用抗水性好的潤(rùn)滑脂多塵、潮濕環(huán)境下，宜采用抗水性好的潤(rùn)滑脂在強(qiáng)酸堿在強(qiáng)酸堿/真空真空/輻射等特殊條件下，常用固體潤(rùn)滑劑。輻射等特殊條件下，常用固體潤(rùn)滑劑。5.3 潤(rùn)滑劑的選用潤(rùn)滑劑的選用57普通潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂在惡劣工作條件下普通潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂在惡劣工作條件下(如高如高溫

38、、低溫、重載、真空等溫、低溫、重載、真空等)會(huì)很快劣化變質(zhì)，失會(huì)很快劣化變質(zhì)，失去工作能力去工作能力為了提高它們的品質(zhì)和使用性能，常加入某些為了提高它們的品質(zhì)和使用性能，常加入某些分量很小分量很小(從百分之幾到百萬(wàn)分之幾從百分之幾到百萬(wàn)分之幾)但對(duì)其使用但對(duì)其使用性能的改善起巨大作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)稱(chēng)為性能的改善起巨大作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)稱(chēng)為添添加劑加劑。添加劑的種類(lèi)很多，起到的作用也各不相同。添加劑的種類(lèi)很多，起到的作用也各不相同。5.4 潤(rùn)滑劑的添加劑潤(rùn)滑劑的添加劑58抗氧化添加劑抗氧化添加劑(如二烷基代磷酸鹽等如二烷基代磷酸鹽等)可抑制潤(rùn)滑油可抑制潤(rùn)滑油 氧化變質(zhì)；氧化變質(zhì)； 降凝添加劑降凝添加劑 (如烷基萘等如烷基萘等)可降低油的凝點(diǎn)；可降低油的凝點(diǎn)；油性添加劑油性添加劑 (如硬脂酸鋁、磷酸三乙酯等如硬脂酸鋁、磷酸三乙酯等)可提高油性；可提高油性； 極壓添加劑極壓添加劑 (又稱(chēng)又稱(chēng)EP添加劑，如二苯化二硫、二鋅添加劑，如二苯化二硫、二鋅二硫化磷酸鋅等二硫化磷酸鋅等)可以在金屬表面形成一層保護(hù)膜，可以在金屬表