機械設計02第一講主要內(nèi)容

摩擦、磨損與潤滑概述材料選用原則、零件工藝性第二講主要內(nèi)容

.1摩擦、磨損與潤滑概述摩擦現(xiàn)象是自然界中普遍存在的物理現(xiàn)象。對于機器來講，摩擦會使效率降低，溫度升高，表面磨損。過大的磨損會使機器喪失應有的精度，進而產(chǎn)生振動和噪音，縮短使用壽命。世界上使用的能源大約有1/3-1/2消耗于摩擦。如果能夠盡力減少無用的摩擦消耗，便可大量節(jié)省能源。機械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過限度而報廢。潤滑是減小摩擦、減小磨損、提高機械效率的最常用最有效方法。關于摩擦、磨損與潤滑的學科構成了摩擦學。.1.1摩擦分類§3-1摩擦一、摩擦的分類靜摩擦動摩擦1按運動的狀態(tài)不同分為：滑動摩擦滾動摩擦2按運動的形式不同分為：干摩擦邊界摩擦流體摩擦混合摩擦3滑動摩擦按潤滑狀態(tài)不同分為：摩擦、磨損與潤滑概述.1.2四種摩擦的描述（1）

研究干摩擦的理論主要有：“機械理論”、“分子理論”、“機械－分子理論”等。1）干摩擦：是指表面間無任何潤滑劑或保護膜，表面金屬直接接觸時的摩擦。其摩擦阻力最大，磨損最嚴重。

2）邊界摩擦：是指兩摩擦面被吸附在表面的邊界膜隔開，摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面吸附性能的摩擦。摩擦、磨損與潤滑概述1.2四種摩擦的描述（2）潤滑劑中的極性分子與金屬表面相互吸引，形成定向排列的分子柵，稱為物理吸附膜。潤滑油靠物理吸附形成邊界膜的能力，稱為油性。潤滑劑中的活性分子靠離子鍵吸附在金屬表面上形成的吸附膜，稱為化學吸附膜。吸附膜反應膜邊界膜分為：物理吸附膜化學吸附膜在潤滑劑中添加入硫、磷、氯等元素，它們與表面金屬發(fā)生化學反應生成的邊界膜，稱為反應膜。邊界摩擦靠邊界膜起潤滑作用，邊界膜的類型如下：摩擦、磨損與潤滑概述溫度1.2四種摩擦的描述（3）摩擦、磨損與潤滑概述

３）流體摩擦：是指摩擦表面完全被流體膜隔開，摩擦性質(zhì)取決于流體內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦。其摩擦系數(shù)最小，且不會產(chǎn)生磨損，是理想的摩擦狀態(tài)。1.2四種摩擦的描述（4）摩擦、磨損與潤滑概述

邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為邊界摩擦。

混合摩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。4）混合摩擦：是指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)。1.3磨損（1）摩擦、磨損與潤滑概述磨損主要是運動副中的摩擦導致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。磨損會影響機器的效率，降低工作的可靠性，促使機器提前報廢。磨損率單位時間（或單位行程、轉(zhuǎn)等）材料的損失量。耐磨性：是指材料抵抗脫落的能力。與磨損率成倒數(shù)關系。一、典型宏觀磨損過程

磨損量時間磨合穩(wěn)定磨損劇烈磨損一個機械零件的磨損過程大體可分為三個階段：1）磨合階段磨合（跑合）：是指新零件在運轉(zhuǎn)初期的磨損。1.3磨損（2）新的摩擦副表面比較粗糙，真實微觀接觸面積比較小，壓強大，因此運轉(zhuǎn)初期的磨損比較快。但是，磨損以后表面的微觀凸峰降低，接觸面積增大，壓強減小，磨損的速度逐漸減慢。新摩擦表面的微觀形貌2）穩(wěn)定磨損階段這個階段屬于零件的正常工作階段，磨損率穩(wěn)定且較低。這一階段的長短直接影響機器的壽命。3）劇烈磨損階段零件經(jīng)長時間工作磨損以后，表面精度下降，效率降低，溫度升高，沖擊振動加大，導致磨損加劇，最終導致零件報廢。磨損量時間磨合穩(wěn)定磨損劇烈磨損1.3磨損（1）摩擦、磨損與潤滑概述二、磨損的類型

按磨損的機理不同，機械零件的磨損大體分為四種基本類型：1）粘著磨損也稱膠合摩擦表面的微觀凸峰粘在一起后，在相對運動中，材料從一個表面遷移到另一個表面，便形成粘著磨損。3）磨粒磨損也稱磨料磨損是外界的硬顆粒或粗糙的硬表面在相對運動中，對摩擦表面的擦傷所引起的磨損。，2）疲勞磨損即疲勞點蝕是高副（點、線接觸）機械零件的常件磨損形式。4）腐蝕磨損摩擦表面在摩擦過程中，伴隨有表面材料被腐蝕的現(xiàn)象，這種情況下產(chǎn)生的磨損即為腐蝕磨損。

除了上述四種基本磨損類型以外，還有侵蝕磨損、微動磨損等1.3磨損（1）摩擦、磨損與潤滑概述

三、減小磨損的主要方法(減小摩擦力,提高耐磨)（1）潤滑是減小摩擦、減小磨損的最有效的方法。（2）合理選擇摩擦副材料（3）進行表面處理（4）注意控制摩擦副的工作條件(溫度、壓力等）等粘著磨損

疲勞磨損磨粒磨損腐蝕磨損1.4潤滑（2）摩擦、磨損與潤滑概述潤滑劑潤滑劑凡是能減小摩擦阻力，減小磨損的物質(zhì)都可作為潤滑劑。一、

潤滑劑的分類：石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。1）液體潤滑劑：主要有：動植物油、礦物油、水、液態(tài)金屬等。2）潤滑脂：注：潤滑油和潤滑脂在實際中應用最廣。俗稱黃油。由潤滑油+稠化劑混合而成。3)

固體潤滑劑4）氣體潤滑劑：如空氣、氮氣、二氧化碳等。1.4潤滑（1）摩擦、磨損與潤滑概述潤滑：是指在兩個摩擦表面之間加入潤滑劑，以減小摩擦和磨損。此外，潤滑還可起到散熱降溫，防銹、防塵，緩沖吸振等作用。二、潤滑的分類

潤滑靜壓流體潤滑油潤滑脂潤滑油膜潤滑流體潤滑動壓流體潤滑滴油飛濺容油1.4潤滑（3）摩擦、磨損與潤滑概述潤滑劑2潤滑劑的選用因素一：線速度，如3-5m/s以下用潤滑脂因素二：載荷，載荷越大，用脂的可能性越大因素三：運動特性：如鏈輪，可用油霧或滴油平穩(wěn)性要求高：用動壓或靜壓成液體摩擦等.2材料選用原則潤滑劑一、材料使用要求按強度條件設計的零件，當其尺寸和重量都受限制時，應選用強度較高的材料；按剛度條件設計的零件，應選用彈性模量較大的材料；若零件表面接觸應力較高(如齒輪)，應選用可以進行表面強化處理的材料(如調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼)。此外，對容易磨損的零件(如蝸輪)，應選用耐磨性好的材料；對滑動摩擦下工作的零件(如滑動軸承)，應選用減摩性好的材料；對高溫下工作的零件，應選用耐熱材料；對腐蝕性介質(zhì)中工作的零件，應選用耐腐蝕材料。二、工藝要求潤滑劑

所謂工藝要求，是指選擇冷、熱加工性能好的材料。零件加工應考慮到零件結構的復雜程度、尺寸大小和毛坯類別。

對于外形復雜、尺寸較大的零件，若采用鑄造毛坯，則應采用鑄造性能好的材料； 若采用焊接毛坯，則應選用焊接性能好的低碳鋼，因為含碳量超過0.3％的鋼難以焊接； 對于尺寸較小、外形簡單、大量生產(chǎn)的零件，適合沖壓或模鍛，應選用延展性較好的材料； 需要熱處理的零件，所選材料應有良好的熱處理性能。此外，還要考慮材料的易加工性，包括零件熱處理后的易加工性能。.2材料選用原則三、經(jīng)濟性要求潤滑劑.2材料選用原則

在機械的成本中，材料費用約占30％以上，有的甚至達到50％，可見選用廉價材料有重大的意義。選用廉價材料，節(jié)約原材料，特別是節(jié)約貴重材料，是機械設計的一個基本原則。為了使零件最經(jīng)濟地制造出來，不僅要考慮原材料的價格，還要考慮零件制造費用。（1）盡量采用高強度鑄鐵(如球墨鑄鐵)來代替鋼材，用工程塑料或粉末冶金材料代替有色金屬材料。（2）采用熱處理(包括化學熱處理)或表面強化(如噴丸、滾壓)等工藝，充分發(fā)揮和利用材料潛在的力學性能。（3）合理采用表面鍍層等方法(如鍍鉻、鍍銅、噴涂減摩層、發(fā)黑等)，以減少和延緩腐蝕或磨損的速度，延長零件的使用壽命。（4）采用組合式零件結構，在零件的工作部分使用貴重材料，其他非直接工作部分則可采用廉價的材料。例如大直徑的蝸輪，常采用青銅齒圈和鑄鐵輪芯的組合式結構，以節(jié)約大量的有色金屬。（5）改善工藝方法，提高材料利用率，降低成本。例如采用冷鐓錐齒輪代替齒形刨削加工，實現(xiàn)無切削加工。（6）用我國富有元素(錳、硅、硼、鉬、釩、鈦等)合金鋼代替稀有元素(鉻、鎳等)合金鋼。在選用材料時，還應注意本國、本地區(qū)、本企業(yè)的材料供應情況，盡可能就地取材，減少采購和管理費用。.2.2零件工藝性潤滑劑.2材料選用原則

1.零件的結構應與生產(chǎn)條件和批量相適應零件的結構工藝性與生產(chǎn)條件和批量有著密切的聯(lián)系。實例：*單件和小批生產(chǎn)的零件，應利用現(xiàn)有生產(chǎn)條件制造，例如大尺寸的齒輪毛坯，在一般設備條件下鍛造較困難，就應采用鑄件或焊接件；

*當缺少磨齒設備時，就不能用變形大的熱處理工藝等。

*成批和大量生產(chǎn)的零件，可采用專門設備、數(shù)控加工中心和自動線生產(chǎn)，這種條件應考慮用無切削或少切削成形工藝；采用組裝結構等。.2.2零件工藝性潤滑劑.2材料選用原則

2.零件的結構應與毛坯種類相適應

實例：*設計鑄件時，壁厚δ≥6mm、壁厚應均勻、過渡結構、圓角、拔模斜、分型結構.2.2零件工藝性潤滑劑3.零件的結構應便于切削加工退刀槽或砂輪越程槽(a)車；(b)磨；(c)刨.2.2零件工藝性潤滑劑3.零件的結構應便于切削加工.2.2零件工藝性潤滑劑3.零件的結構應便于切削加工.2.2零件工藝性潤滑劑3.零件的結構應便于切削加工.2.2零件工藝性潤滑劑3.零件的結構應便于切削加工.2.2零件工藝性潤滑劑4.零件的結構應便于裝拆和調(diào)整

.2.2零件工藝性潤滑劑4.零件的結構應便于裝拆和調(diào)整

(2)保證正確地安裝。.2.2零件工藝性潤滑劑4.零件的結構應便于裝拆和