機械設(shè)計第四章

機械設(shè)計第四章第1頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一摩擦學(xué)

摩擦學(xué)：研究相對運動的表面間摩擦、磨損和潤滑，以及三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門邊緣學(xué)科。

摩擦：相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；

第2頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一

磨損：由于摩擦造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；第3頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一

潤滑：減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。非潤滑減少摩擦磨損舉例第4頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一摩擦1“機械說”表面微凸體的相互阻礙作用“分子說”表面材料分子間的吸力作用一、摩擦的機理“機械－分子說”兩種作用均有4-1摩擦第5頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一二、摩擦的分類內(nèi)摩擦：物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對運動的現(xiàn)象。外摩擦：相對運動的物體表面間發(fā)生的相互阻礙作用現(xiàn)象。靜摩擦：僅有相對運動趨勢時的摩擦。動摩擦：在相對運動進行中的摩擦。

第6頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一滑動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滑動。滾動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滾動。第7頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一1785年，法國的庫侖用機械嚙合概念解釋干摩擦，提出摩擦理論。后來又有人提出分子吸引理論和靜電力學(xué)理論。1935年，英國的鮑登等人開始用材料粘附概念研究干摩擦，1950年，鮑登提出了粘附理論。摩擦2三、４種滑動摩擦狀態(tài)

1.干摩擦：表面間無任何潤滑劑或保護膜的純金屬接觸第8頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一實際接觸面積≠公稱接觸面積a×b實際接觸面積=接觸斑點的微面積的總和接觸面積很小→輪廓峰接觸區(qū)壓力高→產(chǎn)生塑性變形→形成冷焊結(jié)點→相對滑動時，冷焊結(jié)點就被切開粘附理論第9頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一“兩把刷子”2.邊界摩擦：摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開根據(jù)邊界形成機理，邊界膜分為吸附膜和反應(yīng)膜。第10頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一吸附膜：吸附強度隨溫度升高下降，達到一定溫度后，吸附膜發(fā)生軟化、失向和脫吸，潤滑作用降低，磨損率和摩擦系數(shù)都將迅速增加。第11頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一反應(yīng)膜：當(dāng)潤滑劑中含有以原子形式存在的硫、氯、磷時，在較高的溫度(通常在150℃～200℃)時，與金屬起化學(xué)反應(yīng)而生成硫、氯、磷的化合物(如硫化鐵)。反應(yīng)膜剪切強度低和高熔點，比吸附膜更穩(wěn)定。第12頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一4.混合摩擦：指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦?xí)r要小得多。3.流體摩擦：指摩擦表面被流體膜隔開，摩擦性質(zhì)取決于流體內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦。流體摩擦?xí)r的摩擦系數(shù)最小，且不會有磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。第13頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一定義：摩擦→表面材料逐漸喪失或遷移影響：降低效率、降低可靠性、提前報廢磨損1磨合階段：新的零件在開始使用階段，磨損率較高。穩(wěn)定磨損階段：正常工作階段，磨損率穩(wěn)定且較低。劇烈磨損階段：即將報廢的階段，磨損率急劇升高。摩擦24-2磨損第14頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一粘附磨損：也稱膠合，當(dāng)摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點處由于瞬時的溫升和壓力發(fā)生“冷焊”后，在相對運動時，材料從一個表面遷移到另一個表面。第15頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一磨粒磨損：是外部進入摩擦表面的游離硬顆?；蛴驳妮喞寮馑鸬哪p。呈溝紋狀。第16頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一疲勞磨損：是由于摩擦表面材料微體積在交變的摩擦力作用下，反復(fù)變形所產(chǎn)生的材料疲勞所引起的磨損。先形成疲勞裂紋，再導(dǎo)致微粒脫落，留下月牙坑。第17頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一沖蝕磨損：流體中所夾帶的硬質(zhì)物質(zhì)或顆粒，在流體沖擊力作用下而在摩擦表面引起的磨損。第18頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一微動磨損：指摩擦副在微幅運動時，由上述各磨損機理共同形成的復(fù)合磨損。微動磨損發(fā)生在名義上相對靜止，實際上存在循環(huán)的微幅相對滑動的兩個緊密接觸的表面上。由于接觸面上的正壓力較大，相對滑移幅度很小，接觸面間產(chǎn)生氧化磨損微粒難于從接觸部位排除。微動作用損壞配合表面的品質(zhì)，導(dǎo)致疲勞裂紋的萌生，急劇的降低零件的疲勞強度。第19頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一潤滑劑、添加劑和潤滑方法一、潤滑劑

潤滑油：動植物油、礦物油、合成油。

粘度：潤滑油的主要質(zhì)量指標(biāo)，粘度值越高，油越稠，反之越?。?/p>

粘度分類：動力粘度、運動粘度、條件粘度等。工程中常用運動粘度，單位是：St(斯)或cSt(厘斯)，量綱分別為m2/s、cm2/s；

4-3潤滑劑、添加劑和潤滑方法第20頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一潤滑油的牌號與運動粘度有一定的對應(yīng)關(guān)系，如：牌號為L-AN10的油在40℃時的運動粘度大約為10cSt。載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的油；載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，宜選用粘度小的油。第21頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一潤滑油的粘溫曲線(溫度升高、粘度下降)40度對應(yīng)的粘度就是潤滑油標(biāo)號第22頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一潤滑性(油性)潤滑油中極性分子與金屬表面吸附形成一層邊界油膜，以減小摩擦和磨損的性能。油膜與金屬表面的吸附能力越強，潤滑性越好。

極壓性潤滑油中加入含硫、氯、磷的有機極性化合物后，油中極性分子在金屬表面生成抗磨、耐高壓化學(xué)反應(yīng)邊界膜。閃點當(dāng)油在標(biāo)準(zhǔn)儀器中加熱所蒸發(fā)出的油氣一遇火焰即能發(fā)出閃光時的最低溫度。工作溫度應(yīng)比油的閃點低30-40℃凝點規(guī)定條件下不能再自由流動時所達到的最高溫度。氧化穩(wěn)定性當(dāng)暴露在高溫氣體中時，會發(fā)生氧化并生成硫、氯、磷的酸性化合物。腐蝕金屬，加劇零件的磨損。第23頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一閃點測量示意圖第24頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一

潤滑脂：潤滑油+稠化劑主要質(zhì)量指標(biāo)是：(1)錐入度一個重1.5N的標(biāo)準(zhǔn)錐體，于25℃恒溫下，由潤滑脂表面經(jīng)5s后刺入的深度(以0.1mm計)，稱為錐入度。它標(biāo)志著潤滑脂內(nèi)阻力的大小和流動性的強弱。錐入度愈小，表明潤滑脂愈稠。錐入度是潤滑脂的一項主要指標(biāo)，潤滑脂的牌號就是該潤滑脂錐入度的等級。(2)滴點規(guī)定加熱條件下，潤滑脂從標(biāo)準(zhǔn)測量杯的孔口滴下第一滴液體的溫度第25頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一

固體潤滑劑：石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。石墨二硫化鉬第26頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一第27頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一添加劑提高油性、極壓性延長使用壽命改善物理性能添加劑的作用油性添加劑極壓添加劑分散凈化劑消泡添加劑抗氧化添加劑降凝劑增粘劑添加劑的種類為了提高油的品質(zhì)和性能，常在潤滑油或潤滑脂中加入一些分量雖小但對潤滑劑性能改善其巨大作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)叫添加劑。二、添加劑

第28頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一潤滑方法潤滑油潤滑在工程中的應(yīng)用最普遍，常用的供油方式有：滴油潤滑、浸油潤滑、飛濺潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑等用于低速用于高速

油脂潤滑常用于運轉(zhuǎn)速度較低的場合，將潤滑脂涂抹于需潤滑的零件上。潤滑脂還可以用于簡單的密封。三、潤滑方法浸油與飛濺潤滑噴油潤滑第29頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一注油杯旋蓋式油脂杯第30頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一連續(xù)供油裝置第31頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一流體動力潤滑形成的必要條件：1、楔形空間；2、相對運動（保證流體由大口進入）；3、連續(xù)不斷地供油。兩個作相對運動物體的摩擦表面，借助于相對速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷。一、流體動力潤滑流體潤滑14-4流體潤滑原理簡介第32頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一二、彈性流體動力潤滑彈性方程粘壓方程流體動力潤滑的方程油膜壓力分布潤滑膜厚度分布

求解(1)依靠粘附作用，兩圓柱體相互滾動時將潤滑劑帶入間隙。(2)由于接觸壓力較高使接觸面發(fā)生局部彈性變形，接觸面積擴大，在接觸面間形成了一個平行的縫隙(