第二章 摩擦、磨損及潤(rùn)滑

1、第二章第二章 摩擦、磨損及潤(rùn)滑摩擦、磨損及潤(rùn)滑 21 摩擦與磨損摩擦與磨損 各各類(lèi)機(jī)器在工作時(shí)，其各零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸部分都存在著類(lèi)機(jī)器在工作時(shí)，其各零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸部分都存在著摩擦，摩擦是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不可避免的物理現(xiàn)象。摩擦不僅消摩擦，摩擦是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不可避免的物理現(xiàn)象。摩擦不僅消耗能量，而且使零件發(fā)生磨損，甚至導(dǎo)致零件失效。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世耗能量，而且使零件發(fā)生磨損，甚至導(dǎo)致零件失效。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上界上l l3 31 12 2的能源消耗在摩擦上，而各種機(jī)械零件因磨損失的能源消耗在摩擦上，而各種機(jī)械零件因磨損失效的也占全部失效零件的一個(gè)以上。磨損是摩擦的結(jié)果，潤(rùn)滑則效的也占全部失效零件的一

2、個(gè)以上。磨損是摩擦的結(jié)果，潤(rùn)滑則是減少摩擦和磨損的有力措施，這三者是相互聯(lián)系不可分割的。是減少摩擦和磨損的有力措施，這三者是相互聯(lián)系不可分割的。 根據(jù)摩擦副表面間的潤(rùn)滑狀態(tài)將摩擦狀態(tài)分為四種：根據(jù)摩擦副表面間的潤(rùn)滑狀態(tài)將摩擦狀態(tài)分為四種：一、摩擦及其分類(lèi)一、摩擦及其分類(lèi)1. 干摩擦：兩物體滑動(dòng)表面干摩擦：兩物體滑動(dòng)表面 無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜2. 液體摩擦：油膜保護(hù)（液體摩擦：油膜保護(hù)（1.5-2微米）微米） 3. 邊界摩擦：油膜厚度小于邊界摩擦：油膜厚度小于1.5微米，介于微米，介于1和和2之間之間4. 混合摩擦：混合摩擦：1、2、3混合混合干摩擦干摩擦最不利最不利 邊界摩

3、擦邊界摩擦最低要求最低要求 液體摩擦液體摩擦混合摩擦混合摩擦 一、干摩擦一、干摩擦 摩擦理論：摩擦理論： 庫(kù)侖公式庫(kù)侖公式 nfFfF新理論：分子新理論：分子機(jī)械理論、能量理論、粘著理論機(jī)械理論、能量理論、粘著理論簡(jiǎn)單粘著理論：簡(jiǎn)單粘著理論： BsynBrfFAFsyBnfFFf二、邊界摩擦（邊界潤(rùn)滑）二、邊界摩擦（邊界潤(rùn)滑） 物理吸附膜如圖物理吸附膜如圖 常溫、輕載、低速常溫、輕載、低速 化學(xué)吸附膜化學(xué)吸附膜 中等載荷、速度和溫度中等載荷、速度和溫度 化學(xué)反應(yīng)膜化學(xué)反應(yīng)膜 重載、高速和高溫重載、高速和高溫 三、混合摩擦（潤(rùn)滑）三、混合摩擦（潤(rùn)滑） 膜厚比膜厚比 )/(21limaaRRh越大

4、，油膜承載比例大，越大，油膜承載比例大，f越小越小 四、流體摩擦（潤(rùn)滑）四、流體摩擦（潤(rùn)滑） 膜厚比膜厚比 5 全液體摩擦全液體摩擦 22 磨損磨損一、典型的磨損過(guò)程一、典型的磨損過(guò)程 1、跑合磨損過(guò)程、跑合磨損過(guò)程 2、穩(wěn)定磨損階段、穩(wěn)定磨損階段 3、急劇磨損階段、急劇磨損階段 在一定載荷作用下形成在一定載荷作用下形成一個(gè)穩(wěn)定的表面粗糙度，一個(gè)穩(wěn)定的表面粗糙度，且在以后過(guò)程中，此粗糙且在以后過(guò)程中，此粗糙度不會(huì)繼續(xù)改變，所占時(shí)度不會(huì)繼續(xù)改變，所占時(shí)間比率較小間比率較小經(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

5、損較緩擦條件保持相對(duì)穩(wěn)定，磨損較緩, ,該段時(shí)間長(zhǎng)短反映零件的壽命該段時(shí)間長(zhǎng)短反映零件的壽命經(jīng)穩(wěn)定磨損后，零件表面破壞，運(yùn)動(dòng)副間隙增大經(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)動(dòng)載振動(dòng)潤(rùn)滑狀態(tài)改變潤(rùn)滑狀態(tài)改變溫升溫升磨損速度急劇上升磨損速度急劇上升直至零件失效直至零件失效 二、磨損的類(lèi)型二、磨損的類(lèi)型1、粘著磨損、粘著磨損 當(dāng)摩擦副受到較大正壓力作用時(shí)，由于表面不平，其頂峰當(dāng)摩擦副受到較大正壓力作用時(shí)，由于表面不平，其頂峰接觸點(diǎn)受到高壓力作用而產(chǎn)生彈、塑性變形，附在摩擦表面的接觸點(diǎn)受到高壓力作用而產(chǎn)生彈、塑性變形，附在摩擦表面的吸附膜破裂、溫升后使金屬的頂峰塑性面牢固地粘著并熔焊吸附膜

6、破裂、溫升后使金屬的頂峰塑性面牢固地粘著并熔焊在在起，形成冷焊結(jié)點(diǎn)。在兩摩擦表面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，材料便從起，形成冷焊結(jié)點(diǎn)。在兩摩擦表面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，材料便從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面，成為表面凸起，促使摩擦表面進(jìn)一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面，成為表面凸起，促使摩擦表面進(jìn)一步磨損。這種由于粘著作用引起的磨損，稱(chēng)為粘著磨損。一步磨損。這種由于粘著作用引起的磨損，稱(chēng)為粘著磨損。 粘著磨損按程度不同可分為五級(jí)：輕微磨損、涂抹、擦傷、粘著磨損按程度不同可分為五級(jí)：輕微磨損、涂抹、擦傷、撕脫、咬死。撕脫、咬死。 合理地選擇配對(duì)材料合理地選擇配對(duì)材料(如選擇異種金屬如選擇異種金屬)，采用表面處理，采用表面處理(如如表面

7、熱處理、噴鍍、化學(xué)處理等表面熱處理、噴鍍、化學(xué)處理等)，限制摩擦表面的溫度，控制，限制摩擦表面的溫度，控制壓強(qiáng)及采用含有油性極壓添加劑的潤(rùn)滑劑等，都可減輕粘著磨壓強(qiáng)及采用含有油性極壓添加劑的潤(rùn)滑劑等，都可減輕粘著磨損。損。2、磨粒磨損、磨粒磨損 由于摩擦表面上的硬質(zhì)突出物或從外部進(jìn)入摩擦表面由于摩擦表面上的硬質(zhì)突出物或從外部進(jìn)入摩擦表面的硬質(zhì)顆粒，對(duì)摩擦表面起到切削或刮擦作用，從而引起的硬質(zhì)顆粒，對(duì)摩擦表面起到切削或刮擦作用，從而引起表層材料脫落的現(xiàn)象，稱(chēng)為磨粒磨損。這種磨損是最常見(jiàn)表層材料脫落的現(xiàn)象，稱(chēng)為磨粒磨損。這種磨損是最常見(jiàn)的一種磨損形式，應(yīng)設(shè)法減輕這種磨損。的一種磨損形式，應(yīng)設(shè)法減輕

8、這種磨損。 為減輕磨粒磨損，除注意滿(mǎn)足潤(rùn)滑條件外，還應(yīng)合理為減輕磨粒磨損，除注意滿(mǎn)足潤(rùn)滑條件外，還應(yīng)合理地選擇摩擦副的材料、降低表面粗糙度值以及加裝防護(hù)密地選擇摩擦副的材料、降低表面粗糙度值以及加裝防護(hù)密封裝置等。封裝置等。3、表面疲勞磨損、表面疲勞磨損 兩摩擦表面為點(diǎn)或線接觸時(shí)、由于局部的彈性變兩摩擦表面為點(diǎn)或線接觸時(shí)、由于局部的彈性變形形成了小的接觸區(qū)。這些小的接觸區(qū)形成的摩擦副形形成了小的接觸區(qū)。這些小的接觸區(qū)形成的摩擦副如果受變化接觸應(yīng)力的作用，則在其反復(fù)作用下，表如果受變化接觸應(yīng)力的作用，則在其反復(fù)作用下，表層將產(chǎn)生裂紋。隨著裂紋的擴(kuò)展與相互連接，表層金層將產(chǎn)生裂紋。隨著裂紋的擴(kuò)展與

9、相互連接，表層金屬脫落，形成許多月牙形的淺坑，這種現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞屬脫落，形成許多月牙形的淺坑，這種現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞磨損，也稱(chēng)點(diǎn)蝕。磨損，也稱(chēng)點(diǎn)蝕。 合理地選擇材料及材料的硬度合理地選擇材料及材料的硬度(硬度高則抗疲勞磨硬度高則抗疲勞磨損能力強(qiáng)損能力強(qiáng))，選擇粘度高的潤(rùn)滑油，加入極壓添加劑或，選擇粘度高的潤(rùn)滑油，加入極壓添加劑或MoS2及減小摩擦面的粗糙度值等，可以提高抗疲勞磨及減小摩擦面的粗糙度值等，可以提高抗疲勞磨損的能力。損的能力。4、腐蝕磨損、腐蝕磨損 在摩擦過(guò)程中，摩擦面與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而在摩擦過(guò)程中，摩擦面與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生物質(zhì)損失的現(xiàn)象，稱(chēng)為腐蝕磨損。腐蝕

10、磨損可分為氧化產(chǎn)生物質(zhì)損失的現(xiàn)象，稱(chēng)為腐蝕磨損。腐蝕磨損可分為氧化磨損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損、氣蝕磨損等。腐蝕也可以在沒(méi)有磨損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損、氣蝕磨損等。腐蝕也可以在沒(méi)有摩擦的條件下形成，這種情況常發(fā)生于鋼鐵類(lèi)零件，如化工摩擦的條件下形成，這種情況常發(fā)生于鋼鐵類(lèi)零件，如化工管道、泵類(lèi)零件、柴油機(jī)缸套等。管道、泵類(lèi)零件、柴油機(jī)缸套等。02040608010012014016004080120 160 200 240 280 320 360 400 440 480循環(huán)次數(shù)(分鐘）磨損量（mg)等離子噴涂WC12Co性能指標(biāo)：性能指標(biāo)： 1）粘度）粘度 2）油性）油性 3）凝點(diǎn)）凝點(diǎn) 4）閃點(diǎn)和燃點(diǎn)

11、）閃點(diǎn)和燃點(diǎn) 5）極壓性能）極壓性能 6）氧化穩(wěn)定性）氧化穩(wěn)定性 2、潤(rùn)滑脂、潤(rùn)滑脂 鈣基潤(rùn)滑脂、鈉基潤(rùn)滑脂、鋰基潤(rùn)滑脂鈣基潤(rùn)滑脂、鈉基潤(rùn)滑脂、鋰基潤(rùn)滑脂 性能指標(biāo)：性能指標(biāo)： 1）針入度）針入度 2）滴點(diǎn)）滴點(diǎn) 3）安定性）安定性 3、固體潤(rùn)滑劑、固體潤(rùn)滑劑 石墨、二硫化鉬、氮化硼石墨、二硫化鉬、氮化硼 、蠟、蠟、 聚氟乙烯、聚氟乙烯、 酚醛樹(shù)脂酚醛樹(shù)脂 23 潤(rùn)滑潤(rùn)滑 一、潤(rùn)滑劑及主要性能一、潤(rùn)滑劑及主要性能 1、潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑油 有機(jī)油、礦物油、合成油有機(jī)油、礦物油、合成油4、潤(rùn)滑劑的添加、潤(rùn)滑劑的添加 二、粘性定律與潤(rùn)滑油的粘度二、粘性定律與潤(rùn)滑油的粘度 1、粘性定律、粘性定律 yu牛頓

12、粘性定律牛頓粘性定律 流體的動(dòng)力粘度流體的動(dòng)力粘度 2、粘度常用單位、粘度常用單位 （1）動(dòng)力粘度）動(dòng)力粘度 單位：?jiǎn)挝唬篘s/m2 （2）運(yùn)動(dòng)粘度）運(yùn)動(dòng)粘度v )/(/)(3mkgsPav物理單位：物理單位：cm2/s，1St（斯）（斯） （3）條件粘度（相對(duì)粘度）條件粘度（相對(duì)粘度）恩氏粘度恩氏粘度 3、影響潤(rùn)滑油粘度的主要因素、影響潤(rùn)滑油粘度的主要因素 （1）溫度）溫度 潤(rùn)滑油的粘度隨著溫度的升高而降低潤(rùn)滑油的粘度隨著溫度的升高而降低粘度指數(shù)粘度指數(shù)VI （2）壓力）壓力 ppe0P10MP時(shí)，隨時(shí)，隨PP三、流體潤(rùn)滑簡(jiǎn)介三、流體潤(rùn)滑簡(jiǎn)介 1 流體動(dòng)力潤(rùn)滑流體動(dòng)力潤(rùn)滑 液體動(dòng)力潤(rùn)滑液體動(dòng)

13、力潤(rùn)滑 、氣體動(dòng)力潤(rùn)滑、氣體動(dòng)力潤(rùn)滑 2）相對(duì)速度）相對(duì)速度v足夠大，油楔中有足夠的油量足夠大，油楔中有足夠的油量實(shí)現(xiàn)條件：實(shí)現(xiàn)條件： 1）兩滑動(dòng)表面沿運(yùn)動(dòng)方向的間隙是由大至小的形狀）兩滑動(dòng)表面沿運(yùn)動(dòng)方向的間隙是由大至小的形狀雷諾方程雷諾方程2、彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑、彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑 3、流體靜力潤(rùn)滑、流體靜力潤(rùn)滑 四、潤(rùn)滑方法和潤(rùn)滑裝置四、潤(rùn)滑方法和潤(rùn)滑裝置 油潤(rùn)滑的方法多種多樣，其分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)大概有兩種：集中潤(rùn)油潤(rùn)滑的方法多種多樣，其分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)大概有兩種：集中潤(rùn)滑或分散潤(rùn)滑?；蚍稚?rùn)滑。 分散潤(rùn)滑比集中潤(rùn)滑簡(jiǎn)便。集中潤(rùn)滑需要一個(gè)多出口的潤(rùn)滑分散潤(rùn)滑比集中潤(rùn)滑簡(jiǎn)便。集中潤(rùn)滑需要一個(gè)多出口的潤(rùn)滑裝置供

14、油，而分散潤(rùn)滑中各摩擦剔的潤(rùn)滑裝置則是各自獨(dú)立的。裝置供油，而分散潤(rùn)滑中各摩擦剔的潤(rùn)滑裝置則是各自獨(dú)立的。1.油潤(rùn)滑裝置油潤(rùn)滑裝置（1）手工給油潤(rùn)滑裝置）手工給油潤(rùn)滑裝置（2）滴油潤(rùn)滑裝置）滴油潤(rùn)滑裝置（3）油浴潤(rùn)滑裝置）油浴潤(rùn)滑裝置（4）飛濺潤(rùn)滑裝置）飛濺潤(rùn)滑裝置2.脂潤(rùn)滑裝置脂潤(rùn)滑裝置（1）手工潤(rùn)滑裝置）手工潤(rùn)滑裝置（2）滴下潤(rùn)滑裝置）滴下潤(rùn)滑裝置（3）集中潤(rùn)滑裝置）集中潤(rùn)滑裝置3.固體潤(rùn)滑裝置固體潤(rùn)滑裝置4.氣體潤(rùn)滑裝置氣體潤(rùn)滑裝置24 密封密封 一、密封裝置的分類(lèi)一、密封裝置的分類(lèi)（1）靜密封）靜密封 ：密封后密封件之間固定不動(dòng)：密封后密封件之間固定不動(dòng)（2）動(dòng)密封：如旋轉(zhuǎn)軸和軸承蓋的

15、密封）動(dòng)密封：如旋轉(zhuǎn)軸和軸承蓋的密封密封件的分類(lèi)見(jiàn)表密封件的分類(lèi)見(jiàn)表2.3二、常用密封裝置二、常用密封裝置1.回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封裝置回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封裝置O型密封圈：運(yùn)動(dòng)速度型密封圈：運(yùn)動(dòng)速度v2-5m/sJ型、型、U型密封圈：用于較高轉(zhuǎn)速型密封圈：用于較高轉(zhuǎn)速氈圈密封圈：用于低速脂潤(rùn)滑處氈圈密封圈：用于低速脂潤(rùn)滑處（1）密封圈密封裝置）密封圈密封裝置(2）端面密封裝置：常用在高溫、高壓、高速或腐蝕介質(zhì)工作）端面密封裝置：常用在高溫、高壓、高速或腐蝕介質(zhì)工作 條件下的回轉(zhuǎn)軸條件下的回轉(zhuǎn)軸（3）曲路密封裝置：適用于環(huán)境差、轉(zhuǎn)速高的軸）曲路密封裝置：適用于環(huán)境差、轉(zhuǎn)速高的軸2. 移動(dòng)運(yùn)動(dòng)密封裝置：機(jī)器中相對(duì)移動(dòng)的零件間的密封稱(chēng)為移移動(dòng)運(yùn)動(dòng)密封裝置：機(jī)器中相對(duì)移動(dòng)的零件間的密封稱(chēng)為移 動(dòng)密封，多采用密封圈密封動(dòng)密封，多采用密封圈密封（1）O型密封圈型