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第三章摩擦、磨损及润滑理论一、摩擦、磨损及润滑三者关系当在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力的影响而发生相对滑动，或有相对滑动趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这一自然现象叫做摩擦。其结果必然有能量损耗和摩擦表面物质的丧失或转移，即磨损。据估计，世界上在工业方面约有30%的能量消耗于摩擦过程中。所以人们为了控制零件在摩擦中损坏，在摩擦面间加入润滑剂来降低摩擦，减小磨损的产生，所以说三者互为因果关系。二、摩擦的种类530.34.04.0厚的油膜完全隔开，液体摩擦（润滑）：被厚比混合摩擦（润滑）：膜薄的油膜，边界摩擦（润滑）：很干摩擦：粘着、犁刨摩擦（滑动）干摩擦NVN边界摩擦VN液体摩擦V没有润滑剂很薄油膜被厚的油膜完全隔开两个无润滑物体之间的摩擦，主要是由两种因素所构成：一是摩擦面的实际接触区内出现的粘着；二是较硬表面上的微凸体在较软表面上所起的犁刨作用。那么，怎么样来区别边界摩擦、混合摩擦和液体摩擦的界限呢？可用膜厚比来划分：aRhmin式中：hmin——两粗糙面间的最小公称油膜厚度，m；Ra——两表面的综合粗糙度；m；Ra1、Ra2——分别为两表面的轮廓算术平均偏差，m；当0.4时为边界摩擦；当0.43.0时为混合摩擦；当3～5后则为液体摩擦。三、牛顿流体定律yx0V=0ABVhN0S(面积)如图3-6所示，在两个平行的平板间充满具有一定粘度的润滑油，若平板A以速度V移动，另一平板B静止不动，则由于油分子与平板表面的吸附作用，将使贴近板A的油层以同样的速度V随板移动；而贴近板B的油层则静止不动。由于层与层之间速度不同，于是形成各油层间的相对滑移，在各层的界面上就存在有相应的剪应力。牛顿在1687年提出一个粘性液的摩擦定律（简称粘性定律），即在流体中任意点处的剪应力均与其剪切率（或速度梯度）成正比。若用数学形式表示这一定律，即为：dydv式中：——流体单位面积上的剪切阻力，即剪应力；dv/dy——流体沿垂直于运动方向（即沿图3-6中y轴方向或流体膜厚度方向）的速度梯度，式中的“－”号表示v随y的增大而减小；——比例常数，即流体的动力粘度。摩擦学中把凡是服从这个粘性定律的液体都叫牛顿液体。四、液体动压润滑的条件（楔形承载机理）（1）两个运动的表面要有楔形间隙；（2）被油膜分开的两表面有一定相对滑动速度，且大口向小口；（3）润滑油必须有一定的粘度。（4）有足够充足的供油量。Pmax油压P分布曲线abcVxy各油层的速度分布压力油膜h0p/x0p/x=0p/x0h0h=h0hh0＋Pmax－产生内压h=h0进=出不产生油压除非靠供应压力油进少、出多产生负压（a）由大口小口（b）两平板平行（c）由小口大口图3-9两相对运动平板间油层中的速度分布和压力分布流体动压润滑是依靠摩擦副的两滑动表面作相对运动时把油带入两表面之间，形成具有足够压力的油膜，从而将两表面隔开。然而动压油膜的形成必须满足一定的条件。为此，首先讨论图3-8中相对运动的平板完全被一层油膜分开的情形。设板A沿x轴方向以速度V移动；另一板B为静止。现从层流运动的油膜中取一微单元体进行分析。由图可见，作用在此微单元体右面和左面的压力分别为p及(p+p/xdx)，作用在单元体上、下两面的剪切力分别为及(+/ydy)。根据x方向的平衡条件，得：0dxdzdyydydzdxxppdxdzpdydz整理后得：036hhhvxp该式为一维雷诺方程的一般表达式。根据上面分析可知，相对滑动的两平板间形成的压力油膜能够承受外载荷的基本条件是：a）相对运动表面间必须形成油楔；由上式可见，若两平板平行时，任何截面处的油膜厚度h=h0，亦即p/x=0，这表示油压沿x轴方向无变化。如果不提供压力油的话，则油膜对外载荷无承载能力。若各油层的速度分布规律如图3-9b中的虚线所示，那么进入间隙的油量必然大于流出间隙的油量。则进入此楔形空间的过剩油量，必将由进口a及出口c两处截面被挤出，即产生一种因压力而引起的流动。结果便形成如图中实线所示的速度分布规律。在ab(hh0)段，p/x0，即压力沿x方向逐渐增大；而在bc(hh0)段，即p/x0，这表明压力沿x方向逐渐降低。在a和c之间必有一处（b点）的油流速度变化规律不变，即p/x=0，因而压力p达到最大值。由于油膜沿着x方向各处的油压都大于入口和出口的油压，且压力形成如图3-9b上部曲线所示的分布，因而能承受一定的外载荷。b）被油膜分开的两表面必须有一定的相对滑动速度；由式（3-10）可知，若将速度V降低，则p/x亦将降低，此时油膜各点的压力强度也会随之降低。如V降低过多，油膜将无法支持外载荷，而使两表面直接接触，致使油膜破裂，液体摩擦也就消失。c）润滑油必须有一定的粘性。d）有足够充足的供油量。习题：第三章摩擦、磨损及润滑理论一、选择题3-1现在把研究有关摩擦、磨损与润滑的科学与技术统称为。（1）摩擦理论；（2）磨损理论；（3）润滑理论；（4）摩擦学；3-2两相对滑动的接触表面，依靠吸附的油膜进行润滑的摩擦状态称为。（1）液体摩擦；（2）干摩擦；（3）混合摩擦；（4）边界摩擦；3-3两摩擦表面间的膜厚比=0.4～3时，其摩擦状态为；两摩擦表面间的膜厚比0.4时，其摩擦状态为；两摩擦表面间的膜厚比3～5时，其摩擦状态为。（1）液体摩擦；（2）干摩擦；（3）混合摩擦；（4）边界摩擦；3-4采用含有油性和极压添加剂的润滑剂，主要是为了减小。（1）粘着磨损；（2）表面疲劳磨损；（3）磨粒磨损；（4）腐蚀磨损；3-5通过大量试验，得出的摩擦副的磨损过程图（磨损量q与时间t的关系曲线），图中是正确的。tqtqtqtqa)b)c)d)3-6根据牛顿液体粘性定律，大多数润滑油油层间相对滑动时所产生的切应力与偏导数v/y之间的关系是。（1）；（2）；（3）；（4）;3-7动力粘度的国际单位制(SI)单位为。（1）泊(p)；（2）厘斯(cst)；（3）恩氏度(E)；（4）帕.秒(Pa.s)；3-8运动粘度是动力粘度与同温下润滑油的比值。（1）密度；（2）质量m；（3）相对密度d；（4）速度v；yv2yvyv2yv3-9运动粘度的国际单位制(SI)单位为。（1）m2/s；（2）厘斯(cst)；（3）厘泊(cp);(4)帕.秒(Pa.s);3-10当压力加大时，润滑油的粘度。（1）随之加大；（2）保持不变；（3）随之减小；（4）增大还是减小或不变，视润滑油性质而定；3-11当温度升高时，润滑油的粘度。（1）随之升高；（2）随之降低；（3）保持不变；（4）升高或降低视润滑油性质而定；二、分析题1、何谓摩擦、磨损和润滑？它们之间的相互关系如何？2、按摩擦面间的润滑状况，滑动摩擦可分哪几种？3、按照磨损机理分，磨损有哪几种基本类型？它们各有什么主要特点？如何防止或减轻这些类型的磨损发生？4、获得流体动压润滑的必要条件是什么？5、润滑剂的作用是什么？常用润滑剂有哪几种？