4磨擦磨損及潤(rùn)滑

1、第3章 磨擦、磨損及潤(rùn)滑（計(jì)劃學(xué)時(shí)： 2h）（一）教學(xué)要求掌握摩擦副分類及基本性質(zhì)、磨損過程和機(jī)理及潤(rùn)滑的類型及潤(rùn)滑劑類型。（二）教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)摩擦副基本性質(zhì)和典型磨損過程，潤(rùn)滑及潤(rùn)滑劑（三）教學(xué)內(nèi)容§1 摩擦摩擦兩接觸的物體在接觸表面間相對(duì)滑動(dòng)或有一趨勢(shì)時(shí)產(chǎn)生阻礙其發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的切向阻力，這種現(xiàn)角叫磨擦磨損由于摩擦引起的摩擦能耗和導(dǎo)致表面材料的不斷損耗或轉(zhuǎn)移，即形成磨損。使零件的表面形狀與尺寸遭到緩慢而連續(xù)破壞精度、可靠性效率直至破壞潤(rùn)滑減少摩擦、降低磨損的一種有效手段。摩擦學(xué)（Tribology）包含力學(xué)、流變學(xué)、表面物理、表面化學(xué)及材料學(xué)、工程熱物理學(xué)等學(xué)科，是一門邊緣和交叉

2、學(xué)科。摩擦 內(nèi)摩擦發(fā)生在物質(zhì)內(nèi)部 外摩擦兩個(gè)相互接觸表面之間的摩擦接運(yùn)動(dòng)狀態(tài)摩擦 靜摩擦僅有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)的摩擦 動(dòng)摩擦本節(jié)只討論金屬摩擦副的滑動(dòng)摩擦根據(jù)摩擦面間存在潤(rùn)滑劑的狀況， 干摩擦 最不利滑動(dòng)摩擦 邊界摩擦（邊界潤(rùn)滑） 最低要求 流體摩擦（流體潤(rùn)滑） 如圖3-1所示 混合摩擦（混合潤(rùn)滑） 最理想 一、干摩擦兩摩擦表面直接接觸，不加入任何潤(rùn)滑劑的摩擦而實(shí)際上，即使很潔凈的表面上也存在臟污膜和的氧化膜，實(shí)際f比在真空中測(cè)定值小很多。摩擦理論：庫(kù)侖公式 （法向力）至今沿用二、邊界摩擦（邊界潤(rùn)滑）摩擦面上有一層邊界膜起潤(rùn)滑作用邊界膜物理吸附膜潤(rùn)滑油中脂肪酸極性分子與金屬表面相互吸引而引成的吸附

3、膜，其摩擦如圖3-4a和3-4b所示，圖3-5為吸附在金屬表面上的多層分子膜模型，距表面愈遠(yuǎn)吸附能力愈弱，剪切強(qiáng)度愈低，f隨層數(shù)而下降。膜邊界膜較薄（一個(gè)分子長(zhǎng)約2nm，如膜有10個(gè)分子厚，其厚度為0.02m，遠(yuǎn)小于兩摩擦表面的粗糙度之和），磨損不可避免。另外，溫度對(duì)物理吸附膜影響較大受熱膜易脫附、亂向甚至破壞，適于常溫、輕載、低速下工作。化學(xué)吸附膜由潤(rùn)滑油中的分子靠分子鍵與金屬表面形成化學(xué)吸附的稱強(qiáng)度、穩(wěn)定性好于物理吸附膜，受熱后熔化溫度較高，適合于中等載荷、速度和溫度下工作?；瘜W(xué)反應(yīng)膜潤(rùn)滑油中加入硫、磷等元素的化合物（即添加劑）與金屬表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而形成的膜較厚、熔點(diǎn)較高、剪切強(qiáng)度較低、

4、穩(wěn)定性較好，適合于重載、高速和高溫。三、混合摩擦（潤(rùn)滑）膜厚比兩滑動(dòng)表面間，最小公稱油膜厚度；分別為兩表面輪廓算術(shù)平均偏差。邊界摩擦混合摩擦。越大，油膜承載比例截止大，此時(shí)雖仍有一些微凸體直接接觸，但其摩擦阻力小得多，f也比邊界摩擦小得多。四、流體摩擦（潤(rùn)滑）膜厚比>5摩擦表面間的潤(rùn)滑膜厚度大到足以將兩個(gè)表面的輪廓完全隔開時(shí)，即形成了全液體摩擦，f極小，是理想摩擦狀態(tài)。§2 磨損磨損是摩擦的直接結(jié)果，使材料損耗，工作精度，可靠性，一般是有害的，但工程上也有利用磨損作用的場(chǎng)合：如精加工中的磨削與拋光、機(jī)器的跑合等。一、典型的磨損過程1、磨合磨損過程形成一個(gè)穩(wěn)定的表面粗糙度，且在以

5、后過程中，此粗糙度不會(huì)繼續(xù)改變，所占時(shí)間比率較小。2、穩(wěn)定磨損階段經(jīng)磨合的摩擦表面加工硬化，形成了穩(wěn)定的表面粗糙度，摩擦條件保持相對(duì)穩(wěn)定，磨損較緩習(xí)該段時(shí)間長(zhǎng)短反映零件的壽命。3、急劇磨損階段經(jīng)穩(wěn)定磨損后，零件表面破壞，運(yùn)動(dòng)副間隙增大動(dòng)載、振動(dòng)潤(rùn)滑狀態(tài)改變溫升使磨損速度急劇上升直至零件失效二、磨損的類型1、粘著磨損由于吸附膜破裂而使輪廓直接接觸形成冷焊結(jié)點(diǎn)（粘著），并由于接觸表面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使材料由表面轉(zhuǎn)移至另一表面，載荷越大，溫度越高，粘著越嚴(yán)重。粘著磨損程度： 1）輕微磨損（較淺層）2）涂抹（剪切在軟金屬淺層）3）劃傷（剪切在軟金屬淺層硬表面劃傷）4）撕脫（剪切在基本金屬較深處） 膠合高速

6、重載接觸副常5）咬死 見失效形式2、磨粒磨損由于外部進(jìn)入的硬質(zhì)顆?；蚰Σ帘砻嫔系挠操|(zhì)突出物在較軟的材料表面（犁刨出很多溝沒時(shí)被移去的材料）進(jìn)行微切削的過程叫磨粒磨損。零件材料表面越硬，磨損越小，一般要求金屬材料的硬度應(yīng)至少比磨粒硬度大30%。3、表面疲勞磨損受交變接觸應(yīng)力的摩擦副表面微體積材料在重復(fù)變形時(shí)疲勞破壞而從摩擦副表面剝落下來(lái)，這種現(xiàn)象稱表面疲勞磨損（點(diǎn)蝕）。減少表面疲勞磨損的措施：1）減小接觸應(yīng)力；2）提高硬度；3）減小表面粗糙度；4）適當(dāng)提高潤(rùn)滑油的粘度，在潤(rùn)滑油中加入極壓添加劑和固體潤(rùn)滑劑。4、腐蝕磨損摩擦過程中，金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)而引起的磨損。§3

7、潤(rùn)滑劑及潤(rùn)滑方法潤(rùn)滑的作用：除了降低摩擦，減小磨損外，還起到冷卻、降溫，減緩銹蝕，緩沖吸振、清污和密封等作用。一、潤(rùn)滑劑及主要性能潤(rùn)滑劑 液體（水、油）（橡膠、塑料零件的潤(rùn)滑） 單固體潤(rùn)滑脂 固體石墨、二硫化鉬 氣體（空氣） 適于高速高溫、防污染等特殊場(chǎng)合常用 潤(rùn)滑滑 潤(rùn)滑脂1、潤(rùn)滑油 有機(jī)油（動(dòng)植物油）使用較少，性能不穩(wěn)定 礦物油（石油產(chǎn)品）來(lái)源廣、成本低，適用范圍廣且穩(wěn)定性好，故應(yīng)用最為廣泛 合成油（用化學(xué)手段合成）有特殊性能，針對(duì)特殊用途，且成本較高性能指標(biāo)：1）粘度表征潤(rùn)滑油流動(dòng)時(shí)其油層內(nèi)摩擦阻力的大小的一個(gè)主要指標(biāo)，詳見后面定義。2）油性潤(rùn)滑油的極性分子與金屬表面吸附形成的邊界油膜的

8、吸附能力。在低速、重載的情況下，一般都是邊界潤(rùn)滑，油性就有特別重要的意義。3）凝點(diǎn)潤(rùn)滑油冷卻到不能流動(dòng)時(shí)的溫度稱，在低溫下工作的機(jī)械應(yīng)用凝點(diǎn)低的潤(rùn)滑油。4）閃點(diǎn)和燃點(diǎn)蒸發(fā)的油氣，一遇火焰即能閃光時(shí)的最低溫度，稱為油的閃點(diǎn)。閃光時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5S時(shí)油溫稱為燃點(diǎn)。高溫工作時(shí)應(yīng)選閃點(diǎn)較高的潤(rùn)滑油。5）極壓性能是指加入含硫、磷、氯的有機(jī)極性化合物（極壓添加劑）后，油中極性分子在金屬表面生成抗腐，耐高壓化學(xué)反應(yīng)邊界膜的性能。在重載、高速、高溫條件下極壓性很重要。6）氧化穩(wěn)定性防止高溫下潤(rùn)滑油氧化生成酸性物質(zhì)從而影響潤(rùn)滑油的性能并腐蝕金屬。2、潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑油加稠化劑（如鈣、鈉、鋰的金屬皂）的膏狀混合物分類按皂基不

9、同 鈣基潤(rùn)滑脂抗水性好，價(jià)謙，但耐熱性差 T<55°65 鈉基潤(rùn)滑脂耐熱性較好，T<120,但抗水性差，有一定防腐性鋰基潤(rùn)滑脂抗水性良好，較好的吸附能力，有一定的防銹能力。 但耐熱性較差T<50(70) 此外，還有復(fù)合基潤(rùn)滑脂及特種潤(rùn)滑脂。潤(rùn)滑脂的主要性能指標(biāo)：（1）針入度表示潤(rùn)滑脂稀周度的指標(biāo)，是潤(rùn)滑脂的一項(xiàng)主要指標(biāo)，潤(rùn)滑脂牌號(hào)即為其針入度的等級(jí)，牌號(hào)越小，針入度等級(jí)越高。（2）滴點(diǎn)反映潤(rùn)滑脂的耐高溫性能，潤(rùn)滑脂的工作溫度應(yīng)低于滴點(diǎn)2030。（3）安全性反映潤(rùn)滑脂在貯存和使用過程中維持潤(rùn)滑性能的能力，包括抗水性，抗氧化性和機(jī)械安定性。二、潤(rùn)滑劑的選擇在選擇潤(rùn)滑劑時(shí)

10、，要根據(jù)潤(rùn)滑對(duì)象的工作條件、摩擦副材料和表面粗糙度、潤(rùn)滑方法及潤(rùn)滑劑本身的性質(zhì)等眾多因素去確定其種類和牌號(hào)。一般情況下，首選潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。特別是在高速、要求冷卻、需要排污的情況下，用潤(rùn)滑油更為方便。潤(rùn)滑脂的應(yīng)用稍次于潤(rùn)滑油，但因其密封裝置簡(jiǎn)單，且無(wú)需經(jīng)常更換，故常用于不易加油、重載、低速的場(chǎng)合。常用的幾種工業(yè)用潤(rùn)滑油的黏度等級(jí)范圍見圖824。選用時(shí)，可先根據(jù)潤(rùn)滑對(duì)象（零件或設(shè)備）選擇潤(rùn)滑油品種，例如齒輪傳動(dòng)選用齒輪油，滑動(dòng)軸承選用軸承油，汽輪機(jī)、壓縮機(jī)等機(jī)器選用汽輪機(jī)油、壓縮機(jī)油等。然后根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度、載荷、溫度等工作情況來(lái)選擇油的黏度等級(jí)或牌號(hào)，選用原則如下：（1）在高速運(yùn)轉(zhuǎn)或載荷較輕的摩擦部位

11、，宜選用黏度低一些的油，否則會(huì)增大摩擦阻力，溫升過高反而對(duì)潤(rùn)滑不利。（2）在低速運(yùn)轉(zhuǎn)或載荷較大的摩擦部位，宜選用黏度較高、油性較好的潤(rùn)滑油，以利于油膜形成和良好潤(rùn)滑。在低速而載荷又大的摩擦部位，應(yīng)選用含有極壓和油性添加劑的潤(rùn)滑油。受沖擊、振動(dòng)載荷的以及作間歇和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的，都應(yīng)選用黏度高、吸附性好的油。（3）在較高溫度下工作的摩擦部位，應(yīng)選用黏度較大、閃點(diǎn)較高和抗氧化性較好的油。工作溫度變化較大，還應(yīng)選用黏度指數(shù)高的油。在低溫下工作的，應(yīng)選用黏度較小、凝點(diǎn)較低、不含水分的油。三、潤(rùn)滑方法1、油潤(rùn)滑：間歇供油小型、低速、間歇運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合 連續(xù)供油重要的軸承間歇供油：1）油壺或油槍定期向潤(rùn)滑孔和 杯內(nèi)注油，壓注式油標(biāo)，旋套式油杯連續(xù)供油方式：a) 滴