摩擦磨損及潤滑

摩擦磨損及潤滑第1頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一知識準備：摩擦的概念：在正壓力作用下，相互接觸的物體表面間有相對運動（或其趨勢）時，在接觸表面上就會產生抵抗運動的阻力，這一自然現象被稱為摩擦，阻力叫作摩擦力。有摩擦現象存在，就會有磨損產生。摩擦、磨損既有利也有弊。據統(tǒng)計：由摩擦而造成的能量損耗占世界工業(yè)能量消耗的1/3；有80%的零件失效是由磨損而引起的。

★汽車靠摩擦制動，皮帶靠摩擦傳動，磨床靠磨損加工。

★各運動副間又因摩擦而損耗功率。第2頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一摩擦不利方面：消耗能量，轉化為熱能，引起溫升有利方面：可用于傳遞運動或制動磨損不利方面：尺寸變化，精度喪失，甚至報廢有利方面：可用于新機器的跑合成形，使成為一種加工手段(如研磨,磨削加工)控制摩擦、磨損不利方面的有效手段研究相互接觸表面之間摩擦，磨損，潤滑機理的一門學科潤滑摩擦學第3頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一摩擦分類靜摩擦動摩擦滑動摩擦滾動摩擦（彈性流體動力潤滑）干摩擦邊界摩擦（邊界潤滑）混合摩擦（混合潤滑）流體摩擦（流體潤滑）§4－1摩擦第4頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一一．干摩擦（最差狀態(tài)）特點：f很大，磨損很嚴重，應力求避免機理：1．機械摩擦嚙合理論Ff=f*Fn式中：Ff

——摩擦力;f——摩擦系數;Fn

——法向載荷公式表明：(1)Ff與Fn成正比；(2)動摩擦系數的大小與相對滑動速度無關；(3)摩擦力的大小與名義接觸面積的大小無關。定義：兩摩擦表面間無任何潤滑劑或保護膜的純金屬接觸時的摩擦。FnFn第5頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一2．粘附理論A·簡單粘附理論：1945年由鮑登等人提出，認為接觸面積并非公稱接觸面積A0，而是由一些表面輪廓峰相接觸所形成的接觸斑點的微面積的總和（真實接觸面積Ar）。由于Ar很小，輪廓峰接觸區(qū)壓力很高，產生塑性變形，發(fā)生粘附現象，形成冷焊結點。相對運動時，冷焊結點被割開。第6頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一限較軟材料的剪切強度極—較軟材料壓縮屈服極限—真實接觸面積—式中：BsyrAts說明計算公式第7頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一簡單的粘附理論認為：真實的接觸面積Ar決定于軟金屬的壓縮屈服極限和法向載荷Fn，由于大多數金屬的τB/σSy的比值較接近，所以其摩擦系數相差很小，這在常規(guī)環(huán)境下，因為在界面上覆蓋有一層氧化膜或污染膜，對于靜態(tài)接觸，大體是正確的。但對于處于真空中的潔凈金屬發(fā)生摩擦時不適用，真空中的f值比常規(guī)環(huán)境下的大得多。因此鮑登等人于1964年又提出了更切合實際的修正粘附理論。第8頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一B·修正粘附理論：Ari+ΔA

riτ=0→τB在Fn產生的σy和Ff產生的τ的聯合作用下，使結點產生塑性流動，Ar增加，結點增長，摩擦系數f增大第9頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一計算公式說明式中：τBj為界面的剪切強度極限σ’Sy為較軟基體材料的壓縮屈服極限●應用：爬行現象第10頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一定義：當相對運動速度較小時，兩表面的摩擦力在

靜、動摩擦力之間反復變化的現象稱為爬行

原因：粘附理論（即凸峰粘著彈性變形剪斷反復變化）后果：造成機器運動不規(guī)則沖擊、振動措施：提高表面質量，改善潤滑條件vFnFn第11頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一

問題：爬行現象是怎樣產生的？爬行曲線第12頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一二．邊界摩擦（邊界潤滑：最低要求）定義：當金屬表面間存在一層極厚的的邊界油膜時的摩擦特點：ｆ較小，磨損較小，壽命有所提高。機理：邊界膜可分三種第13頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一1．物理吸附膜：潤滑劑中脂肪酸的極性分子牢固的吸附在金屬表面上應用場合：常溫（≤70℃）、輕載、低速2．化學吸附膜：潤滑劑中分子受化學鍵的作用而貼附在金屬表面上應用場合：中等載、中速、中溫度（≤120℃）3．化學反應膜：s、p、cl等與金屬化學反應在油與金屬界面處形成薄膜應用場合：重載、高速、高溫（150℃～200℃）第14頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一★提高邊界油膜強度的主要措施：1．合理選配材料；2．降低粗糙度；3．合理采用添加劑。第15頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一三．流體摩擦（流體潤滑：最理想的狀態(tài)）定義：兩表面完全分開，形成液體與液體之間的摩擦特點：ｆ很小，一般f=0.001~0.008，第16頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一四．混合摩擦（混合潤滑：最常見的狀態(tài)）定義：介于邊界摩擦和液體摩擦之間特點：f較小，介于邊界摩擦和液體摩擦之間一般f=0.001~0.01問題：滑動摩擦一般分為哪四種狀態(tài)？哪種最理想？第17頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一一．磨損過程:

(分三個階段)§4-２磨損第18頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一★★★設計或使用機器的原則：力求縮短磨合期，延長穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損到來。Ⅰ跑合磨損(磨合)階段Ⅱ穩(wěn)定磨損階段Ⅲ劇烈磨損階段說明第19頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一2．表面疲勞磨損原因：Ｈ的反復作用現象：金屬表面產生麻點、麻坑，又叫點蝕措施：提高[σ]H；提高表面質量；提高硬度；提高潤滑油的黏度、加入極壓添加劑。二．磨損機理（或分類）主要四種基本類型1．粘附磨損原因：輪廓峰塑變成冷焊結點而粘著現象：輕微磨損、涂抹、劃傷、撕脫、咬死措施：限制溫度、壓力；選擇合適的潤滑劑、添加劑；摩擦副的材料；提高表面質量、跑合。第20頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一3．磨粒磨損原因：灰塵、雜質等硬顆?，F象：較軟表面的溝紋4．其它類型：◎腐蝕磨損；◎微動磨損；◎流體磨粒磨損和流體侵蝕磨損。

措施：提高表面質量與硬度；提高潤滑油的清潔度小結磨損的類型隨工作條件的改變而轉化，實際上大多數的磨損是上述磨損型式的復合型式。如微動磨損就是典型的復合磨損，粘附磨損與疲勞磨損而產生的顆粒會引起磨粒磨損。第21頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一一．概述A．潤滑的作用：1．降低摩擦、磨損2．防銹3．冷卻4．緩沖吸振5．密封§4-３潤滑第22頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一B．潤滑劑的種類：主要有四大類1．液體潤滑劑：各種潤滑油（植物油、動物油、礦物油、合成油）2．半固體潤滑劑：各種潤滑脂3．固體潤滑劑：石墨、二硫化鉬4．氣體潤滑劑：各種氣體（空氣、CO2）第23頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一C．潤滑劑的主要指標1．潤滑油的粘度(1)分類∶主要分為三類Ⅰ．動力粘度η第24頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一動力粘度η：牛頓的粘性定律式中：τ——油層之間的剪應力——油層沿y方向的速度梯度v——油層速度 “-”——表示v隨y增大而減小η——動力粘度國際單位：

pa·s(帕·秒)，物理單位：p(泊)，cp(厘泊)，1pa·s=10p=1000cp第25頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一Ⅱ．運動粘度ν：

●物理單位：st(斯)cst(厘斯)●潤滑油的牌號：

舊標準：GB443—64規(guī)定，以50oC或100oC的運動粘度的中心值劃分等級，確定牌號。

新標準：GB3141—82規(guī)定，以40oC的運動粘度中心值分級例：32號潤滑油的含義如何？Ⅲ．條件粘度(恩氏度oEt)第26頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一式中：α—粘度系數，pa-1；

p—壓強，pa；

ηo—大氣壓下油的粘度，pa·s；

e—自然對數的底，e=2.718；

ηp—壓力p下的粘度，pa·s；(2)粘度的影響因素：主要有二個◎溫度的影響：隨溫度增加而減小；粘度指數VI越大，粘度隨溫度變化小。粘溫效應◎壓力的影響：當p≥20Mpa時，隨壓力增加而增大壓粘效應2．潤滑油的油性及極壓性3．其他指標：油：凝點、閃點；脂：滴點、針入度第27頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一D．添加劑（極壓、油性、分散、消泡、降凝劑）等E．潤滑劑的選擇：P48～50F．潤滑方法：P51～52第28頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一二．流體潤滑簡介分類流體靜壓潤滑：原理、計算簡單但結構復雜、成本高流體動壓潤滑：原理、計算復雜但結構簡單1．流體動壓潤滑針對低副運動表面定義：依靠摩擦副的兩運動表面作相對運動時，把油帶入兩表面間，形成具有足夠壓力的油膜，從而將兩表面分開。第29頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一如圖所示兩運動平板第30頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一假設：

①流體不可壓縮②流體沿χ向作層流運動1·a圖：tt出口流量進口流量=兩平行板內部由于各垂直截面處的流量皆相等，潤滑油雖能維持連續(xù)流動，但油膜對外載荷并無承載能力。分析第31頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一建立條件：兩表面形成收斂油楔；潤滑油有一定的黏度，且供油充分；兩表面有一定的相對運動速度且使?jié)櫥蛷拇罂谶M小口出。tt出口流量進口流量>2·b圖：兩形成收斂的楔形的板內部由于進入油量大于流出的油量，油必將由進口a和出口c兩處的截面被擠出，內部就產生了一定的壓力，這種有一定粘性的流體流入楔形收斂間隙而產生壓力的效應叫流體動力潤滑的楔效應。第32頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一v1v2收斂油楔2．彈性流體動力潤滑—針對高副運動表面第33頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一★★必須考慮以下兩個方面：①彈性體的彈性變形②高壓下油的粘度變化★★油膜形狀特點：

①高壓接觸區(qū)，膜厚相同為ho②油膜出口處有縮頸，產生hmin（壓力有突變）★★油壓分布特點：

①高壓接觸區(qū)，壓力分布同赫茲應力②縮頸處產生很大的壓力高峰第34頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一3.潤滑狀態(tài)圖v1v2收斂油楔七個影響因素：1·最小油膜厚度hmin2·單位寬載荷w=F/B3·卷油速度u=(v1+v2)/24·粘度05·粘壓系數6·綜合曲率半徑

=12/(12)7·綜合彈性模量第35頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一道森無量綱參數群：

速度參數載荷參數材料參數膜厚參數第36頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一馬丁方程：H=4.9U/W，剛性等粘度，高速輕載布洛克方程：H=1.66(G·U)2/3，剛性等粘度，中載道森方程：H=2.56G0.54U0.7W-0.13，

彈性變粘度，重載赫里布勒方程：H=3.01U0.6W-0.2，彈性等粘度，低速重載第37頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第38頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一式中λ—膜厚比

Rq—接觸表面輪廓的均方根偏差

Rq≈(1.20~1.25)Ra一般認為λ≤1邊界潤滑狀態(tài)

1<λ<3混合潤滑狀態(tài)

λ>3流體潤滑狀態(tài)4．膜厚比和潤滑狀態(tài)第39頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一1.根據摩擦面存在潤滑劑的情況，滑動摩擦可分為_____