设备润滑基础

设备润滑基础主讲：冯家麟第一章摩擦、磨损与润滑第一节摩擦学简介一、摩擦学发展简史：摩擦学是19世纪60年代才开始发展起来的。在这以前，摩擦、磨损、润滑及零件设计这4个方面之间缺乏有机的联系，以致零件的设计人员只限于力学基础知识考虑问题，很少了解摩擦磨损，润滑的知识，甚至缺乏这方面的基本知识，不单是中国如此，国外同样也是这样。英国1964年组成以乔斯特为首的一个小组，受英国科研与教育部的委托，调查了润滑方面的科研与教育工作的现状以及工业企业在这方面的情况。后于1966年提出了一项调查报告，这著名的‘‘乔斯特报告”。这项报告提到，通过充分利用现有的摩擦学理论，就可使英国工业每年节约5亿1千多万英镑，相当于英国国民经济总产值的1％。因而引起了英国政府和工业部门的重视。英国开始抓了一下摩擦、磨损、润滑方面的科学技术工作，并因此而提出了一个新科学技术领域的概念，我国正确翻译为“摩擦学”。至于名词，只是一个符号，并不重要，最要紧的是赋予这个名词的，新内容，新定义。摩擦学的定义：研究相对运动的相互作用表面及其有关理论的一门科学。摩擦学工作者的战斗口号：同磨损作斗争，控制摩擦。二、摩擦学研究的内容摩擦学是研究相对运动的相互作用表面及其有关理论和实践的一门科学和技术，从这定义可知道，摩擦学是集中精力探讨相对运动的固体接合面上的承载力问题。因此这门学科的内容包括各种有用的知识，其所涉及的内容很广泛，有润滑、摩擦、磨损、接触力学，表面物理和化学等方面的课题。摩擦学就是运用了物理、化学、数学、材料学和工程学方面的基础知识来研究各种工程问题；医学问题，日常生活方面的一切问题。这门学科确实是一门多科性的学科。这就把摩擦、磨损、润滑，零件设计有机地联系在一起了。因为它是跨学科的，所以引起了化学家、工程师、冶金学家、物理学家等专家们对摩擦和磨损的兴趣。三、摩擦学在国内外发展动态自从摩擦学这一新词的提出之后，就很快得到世界的公认。各国也相应接受。首先在英国就成立了摩擦学研究中心，并开展对各企业进行咨询服务，收到良好的效果，同时在几所大专院校开设了摩擦学专业课，培训人才。英国规定工科学生要学完36学时的摩擦学课程，还规定有“摩擦学技术士”考试的摩擦学学位制度，并在里兹大学设有摩擦学专业，斯旺西大学设有摩擦学工业技术课程，全国设有4个摩擦学开发研究服务中心。随后美、日等国都订润滑办法或润滑法规和润滑奖惩制度，并制定了润滑考核标准，对从事润滑工作人员规定有考核标准和专业技术职称。德国设有摩擦学通信教育，对考试合格者授润滑工程专家称号，各大工厂对职工规定有31学时的摩擦学短期教育课程。我国清华大学、武汉工学院等学校设立了摩擦学教研室及摩擦学研究中心。开设了摩擦学专业课程。并培养了这方面专业研究生。四、摩擦学的重要性动力能属于二次能源，是宝贵的能源。世界上能源总耗的50%一60％消耗在动力机械上，而这些机械当前的能源有效利用率平均只有30％左右。德国福格尔波尔教授推测，估算出世界上能源的1／3～1／2消耗在摩擦损失上。近年来乔斯特也指出，世界能源的30%一40％消耗在摩擦损失中。当然这些能源中为了克服摩擦阻力，消耗一部分是不可避免的，但是加强管理，采用—些先进技术，其中很大一部分能源是可以节约的。日本省能润滑设计及采用省能润滑油(脂)就取得了节能5%～10%的效果。我国为了加强合理润滑技术，做到节约，国家技术监督局已在1992年颁发了国家标准——GB13608-92《合理润滑技术通则》摩擦学的重要性2乔斯特在1966年提出的调查报告中指出：英国的企业利用现有的摩擦学知识，每年可以节约5亿l千多万英镑，其分解项目如下：1)减少维修和更新230百万英镑占44．66％；2)减少机器故障115百万英镑占22．32％；3)延长机器寿命100百万英镑占19.42％；4)减少摩擦损耗28百万英镑占5.44％；5)节约投资22百万英镑占4.27％；6)节约润滑剂10百万英镑占1.94％；7)节约人力10百万英镑占1.94％。在此之后，世界各国也相继做了调查。1974年公布的数值如下：英国每年节约20．4亿美元；美国每年节约160亿美元；日本每年节约27亿日元；原联邦德国每年节约12亿马克。第二节摩擦一、概述：两个相互接触的物体在外力作用下发生相对运动(或具有相对运动趋势)时，在接触而间产生切向的运动阻力，叫摩擦力，这种现象叫摩擦。在机械运动中，发生相对运动的零件或部件统称为运动副。如：轴与轴承、齿轮啮合、平面导轨、链杆与铰链、蜗杆与蜗轮、链条与链轮、凸轮与顶杆、皮带与皮带轮等。这些运动副在相对运动的同时都会发生摩擦，因此，我们也称这些运动副为摩擦副。摩擦的有害方面主要是：1)消耗大量的能量：如机床的导轨、轴承副、齿轮副等，由于摩擦的存在，需要消耗大量的能量去克服摩擦阻力，因此，降低了机械效率。2)摩擦副严重磨损：由于摩擦表面直接接触，零件表面产生磨损。降低机械的运转精度，间隙变大，出现振动和噪声，不仅影响机械的正常运转，同时还缩短了机械的寿命。3)产生热量：根据能量守恒和能量转换的原理，机械运动因克服摩擦而消耗的那部分能量转变成热量散发出来。其中一部分热量散发到大气中去，另一部分使机械温度升高，降低机械的强度，甚至产生热变形、热疲劳、热磨损、导致机械精度破坏，影响机械正常运转，严重时会引起设备事故。二、摩擦的类型(一)按摩擦发生的部位分类：1．外摩擦：外摩擦是指在两个相互接触的物体表面之问发生的摩擦。外摩擦即一般所指的摩擦，只与接触表面的作用有关，而与物体内部状态无关。2．内摩擦：内摩擦是指在同一物体内部各个部分之间发生的摩擦。内摩擦一般发生在液体或气体之类的流体内，但也可能发生在固体内，如石墨、二硫化钼等固体润滑剂内。(二)按摩擦副的运动状态分类1.静摩擦：当物体在外力作用下对另一物体产生微观弹性位移，但尚未发牛相对运动时的摩擦称静摩擦。在相对运动即将开始瞬间的静摩擦即最大静摩擦，又称极限静摩擦。此时的摩擦系数，称为静摩擦系数。2.动摩擦：物体在外力作用下沿另一物体表面相对运动时的摩擦，称为动摩擦。此时的摩擦系数称为动摩擦系数。(三)按摩擦系数副的运动形式分类：1.滑动摩擦：两接触物体作相对滑动时的摩擦称为滑动摩擦，见图2．滚动摩擦物体在力矩的作用下沿接触表面滚动时的摩擦，称为滚动摩擦，见图l—16。3．旋转摩擦物体沿垂直于接触表面的轴线作旋转运动时的摩擦称为旋转摩擦，但分类时有时不作为单独摩擦形式出现。4．复合摩擦同时存在滚动和滑动或两种以上的摩擦称为复合摩擦，如齿轮l啮合。(四)按摩擦副表面的润滑状态分类:1．干摩擦:干摩擦在摩擦学名词术语中是这样定义的：无润滑的摩擦。而且只有既无润滑又无湿气的摩擦，才能称为干摩擦；2．边界摩擦：两相对运动的物体表面被极薄的润滑膜隔开，而润滑膜不遵从流体动力学定律，且两表面之间的摩擦磨损不是取决于润滑油的黏度而是取决于两表面的特性和润滑剂的性能时的摩擦。3．流体摩擦：两物体的摩擦表面被一层连续的流体润滑剂薄膜完全隔开的摩擦称为流体摩擦。这时的摩擦发生在界面的流体润滑剂膜内。4．混合摩擦：在摩擦表面上同时存在着流体摩擦，边界摩擦和干摩擦的棍合状态下的摩擦称为混合摩擦。混合摩擦一般以半干摩擦或半流体摩擦的形式出现。第三节磨损一、磨损的定义磨损是物体工作表面的物质．由于表面相对运动而不断损失的现象。磨损是固体与其他物体或介质相互问发生机械作用时其表层的破坏过程。二、磨损过程1.正常的(自然的)磨损：虽然机械摩擦表面大多数用润滑剂来润滑，但是，不可能在机械表面上永远保持—层润滑油膜而将金属完全隔开。例如，当机械刚启动时，在零件的摩擦表面上还没有形成油膜，这时就会发生金属之间的直接接触。因此，不可避免的要发生磨损，这种磨损称为机械的正常磨损。2．意外的(过早的或事故的)磨损：机件在工作期内，因发生过早的磨损会提前损坏，或因机件产生缺陷造成强烈的破坏事故。一般情况是润滑不良会引起机件工作不正常。有时磨损虽在允许范围内，但磨损速度却迅速的增快，缩短机械工作寿命(周期)，最后机件突然损坏造成事故。3.通常运动副的磨损过程的3个阶段(1)初期磨损阶段：零件(摩擦副)由于制造和安装误差的原因，机件在运动初期磨损速度较快，并有轻微的振动、噪声和发热，这个阶段的磨损称为初期磨损。(2)稳定磨损阶段：在这个阶段，磨损速度是比较缓慢和恒定的，在磨损量与时间关系的曲线上，具有基本不变的斜率。通常机械寿命的长短就是指这一段时间的长短。(3)加速磨损阶段：经过较长时间的稳定磨损之后，由于摩擦表面之间的间隙和表面形状的改变，以及产生疲劳磨损等现象，使磨损速度急剧加快，直至靡擦副不能正常工作。四、磨损原因(一)磨粒磨损磨粒磨损是接触表面作相对运动时由外界硬颗粒或对磨表面上硬的微凸体，在摩擦过程中引起的表面擦伤和表面材料脱落的现象。(二)黏着磨损：黏着磨损是接触表面相对运动时，由于黏着效应所形成的黏着结点(分子连接)发生剪切断裂，被剪切的材料或脱落成磨屑，或由一个表面转移到另一个表面而造成的一种磨损．磨损原因2(三)表面疲劳磨损表面疲劳磨损，看时称为接触疲劳或点蚀等，是指两接触表面作滚动或滚动兼滑动复合摩擦时，在交变接触压应力重复作用下，表层产生弹塑性变形及发热等现象，导致表层。材料疲劳，产生裂缝并分离出颗粒或碎片所造成的磨损.(四)腐蚀磨损在气体或液体的腐蚀环境中进行摩擦，摩擦表面与周围介质发生化学或电化学反应而生成反应物，这些反应物继续摩擦就会剥落，这个过程反复进行所造成的表面损伤，称为腐蚀磨损。磨损原因3(五)微动磨损：两个振幅在10·’一lo—5mm做相对振动的受载表面间所产生的磨损，称为微动磨损。发生的过程如下：在载荷作用下，相互配合表面的接触峰点形成黏着结点。当接触表面受到外界微小振动，虽然相对滑移量很小，但黏着结点将被剪切脱落，露出基体金属表面。(六)冲蚀磨损：当含有固体硬微粒的流体相对于固体表面运动时，使固体表面所产生的损坏形式，称为冲蚀磨损。这也是一种常见的磨损，可出现于喷气发动机的喷嘴中，燃气轮机的叶片上和排气管里；还可以发生在水泵零件、水轮机叶片和船舶螺旋桨的表面上。五、影响磨损的因素1．润滑对磨损的影响润滑对减少零件的磨损有着重要的作用。比如液体润滑状态能防止黏着磨损。2．材料对磨损的影响材料的耐磨性主要决定于材料的硬度和韧性。3.表面加工质量对磨损的影响：经过加工的机件工作表面，不可能得到绝对理想的儿何形状。总会留下切削的刀痕或砂轮磨削的痕迹，使表面形成凹凸状的不平度。4．机件的工作条件对磨损的影响(1)机件的受力性质：它包括载荷的种类、大小和方向（即短时的、连续的、突加的、冲击的、局部集中的、分散均布的、反复载荷、变载荷等)对磨损的不同影响。(2)速度特征：机件运行时速度或转速的高低、方向、变速还是匀速、正转或反转、时开时停等，都对磨损带来不同程度的影响。(3)温度变化：机件工作时温度情况(高温、低温、恒温)温差变化速度及大小等均对磨损有一定影响。(4)湿度及周围环境：机件工作的周围环境是否有高温辐射、水湿，水汽、煤气、灰尘、铁末或其他液体、气体的化学腐蚀介质等的影响。(5)机件运动副的结构特点及运动性质：机件运动副的结构不同摩擦的类型不同则摩损也不一样。如滚动摩擦的磨损远远小于滑动摩擦的磨损，通常滚动摩擦为滑动摩擦磨损的1／10～l／100或更小。第四节润滑润滑是人们向摩擦、磨损作斗争的一种手段。一般来说，在摩擦副之间加入某种物质，用来控制摩擦、降低磨损，以达到延长使用寿命的措施叫润滑。一、润滑的作用(1)降低摩擦系数：在两个相对摩擦的表面之间加入润滑剂，形成一个润滑油膜的减摩层，就可以降低摩擦系数，减少摩擦阻力，减少功率消耗(2)减少磨损：润滑剂在摩擦表面之间，可以减少由于硬粒磨损、表面锈蚀、金属表面间的咬焊与撕裂等造成的磨损。(3)