4第四章摩擦磨损及润滑概述

第四章摩擦、磨损及润滑概述第四章摩擦磨损及润滑概述摩擦（friction）一、基本概念摩擦力（frictionforce）正压力N切向力Fv磨损（wear）——摩擦时，摩擦表面材质损失或转移的现象润滑（lubrication）——摩擦面添加介质（油、脂等），以减小摩擦、磨损，降低材料消耗，保证机器可靠工作的现象。摩擦学（tribology）——研究有关摩擦、磨损、润滑的一门科学和技术。二、摩擦1.分类①按物体是否有运动分静摩擦（staticalfriction）——仅有相对滑动趋势时的摩擦；动摩擦（kineticfriction）——有相对滑动的摩擦②按运动形式分干摩擦(dryfriction)——不加任何润滑剂的摩擦。滑动摩擦（slidingfriction）——两表面以相对滑动为主的摩擦；滚动摩擦（rollingfriction）——两表面以滚动为主的摩擦。③按摩擦界面间的润滑剂情况分流体摩擦（fluidfriction）——摩擦表面被一层流体隔开的摩擦；边界摩擦（boundaryfriction）——两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开的摩擦；混合摩擦（mixedfriction）——上述任何两种及以上摩擦共存的摩擦。几种摩擦的界限常以膜厚比来大致估计：2221minqqRRh式中：hmin—最小公称油膜厚度，mRq1—接触表面1轮廓的均方根偏差，mRq2—接触表面2轮廓的均方根偏差，m，边界摩擦；1，混合摩擦；3~1，流体摩擦。32.干摩擦(dryfriction)库仑定律：Ff＝fFn1945年由鲍登（FP.Bowden）等人提出：摩擦副接触只是部分峰顶接触真实接触面积Ar很小修正粘着理论：接触区域同时存在压应力和切应力，材料的屈服极限必须由复合应力来确定Fn的作用Ari切向力FfAri+ΔAri节点增长注意：修正粘附理论与实际情况相近，可以在相当大的范围内解释摩擦现象；在工程实际中常用的金属材料的摩擦系数是指在常规压力与速度条件下通过实验的测定值，并可认为是一个常数。较软基体的剪切强度极限较软基体的压缩屈服强度极限fBjnsyFτfFσ3.边界摩擦（boundaryfriction）①物理吸附膜②化学吸附膜有较低的剪切强度，较高的熔点，能在较高的速度和载荷下起润滑作用。f较低，熔点低，只能在低速轻载下起润滑作用。③化学反应膜具有低的剪切强度和高的熔点，可在十分恶劣的条件下起润滑作用。油性——物理吸附膜、化学吸附膜的润滑性能极压性——化学反应膜的润滑性能。4.流体摩擦（fluidfriction）润滑油膜厚度大到将两个表面接触的微凸体完全分开时的摩擦。此时，没有金属的直接接触，润滑性能取决于润滑油本身的性质。5.混合摩擦（mixedfriction）两个摩擦面间有些部位呈现干摩擦，有些部位呈现边界摩擦，有些部位呈现液体摩擦，这种状态称为混合摩擦。摩擦系数不稳定。三、磨损磨损：摩擦过程带来了表面材料的丧失和转移，磨损可造成零件的失效，占总失效的70%—80%。磨损带来的危害：①影响零件的运动质量；②改变了零件的尺寸；③降低了零件的可靠性。1.按磨损阶段分①跑合(running-in)磨损阶段跑合的目的：磨掉不平高峰，增大接触面积，提高承载能力。②稳定磨损阶段磨损以平稳而缓慢的速度进行，标志磨损条件保持相对稳定。③急剧磨损阶段经过稳定磨损阶段，零件工作到寿命期，磨损速度加快。设计或使用机器，要力求缩短跑合期、延长稳定磨损期、推迟急剧磨损期的到来。2.按磨损机理分①粘着磨损（adhesivewear）摩擦表面的微凸体在相互作用的各处发生“冷焊”后，在相对滑动过程中，材料从一个表面迁移到另一个表面的现象。减轻粘着磨损的措施a.合理选择配对摩擦副材料，选择粘着倾向性小的配对材料；b.采用油性、极压性好的润滑剂；c.限制摩擦表面的温度；d.控制压强。②磨粒磨损（abrasivewear）从外部进入摩擦面间的游离硬颗粒或硬的微凸体峰尖在较软材料的表面上犁刨出很多沟纹的现象。影响磨粒磨损的因素：材料的硬度Hm和磨料的硬度Ha；磨料的数量。③疲劳磨损（fatiguewear）零件受交变接触应力的反复作用，在零件工作表面或表面下一定深度处形成疲劳裂纹，随着裂纹的扩展与相互连接，将造成颗粒从零件工作表面上脱落，形成疲劳坑的现象——点蚀。影响疲劳磨损的因素：表面光洁度；润滑油粘度；零件表面的硬度和芯部的硬度。④腐蚀磨损（corrosivewear）摩擦过程中，零件摩擦副与周围介质发生化学反应或电化学反应所产生的磨损。影响腐蚀磨损的主要因素介质的酸碱性；零件表面生成的氧化膜性质；环境温度。⑤冲蚀磨损（erosionwear）含有硬微粒的液体冲击固体表面所造成的磨损。影响因素：微粒与固体表面的摩擦系数；微粒的冲击速度；微粒冲击速度的方向与固体表面所夹角。⑥微动磨损（frettingwear）紧联接表面在循环变应力、振动、接触面产生的弹性变形差异等引起的磨损。四、润滑（lubrication）降低摩擦、减轻磨损；保护零件不被锈蚀；散热降温（循环油）；缓冲吸振（液体不可压缩性）；密封（润滑脂）。1.润滑的作用2.润滑剂（lubricant）及主要指标（1）润滑油（lubricatingoil）动物油、植物油、矿物油、化学合成油①粘度（viscosity）流体抵抗变形的能力，标志着流体内部摩擦阻力的大小，即粘度大，流动性差。粘性流体摩擦定律：yuητ∂∂-=A板以速度v运动，B板静止不动，则贴近A板的流体以速度v运动，贴近B板的流体静止，流体的运动是层流，各层之间存在相对滑移，各层界面上就有剪切力：yu∂∂——流体延运动方向的速度梯度单位：Pa·s（国际），P(泊)（绝对单位）动力粘度A.η单位：m2/s（国际），St(斯)（绝对单位）—流体密度ρηνρ单位：ºEt（恩氏度）运动粘度B.ν条件粘度C.Eη影响粘度的因素温度：温度高，粘度低；压力：粘度随压力的增大而提高压力低于20Mpa时，影响很小超过20Mpa时，影响明显0αppηηe—10压力下的粘度，；50PaPasη8—粘压系数，(1~3)102m/Nααp—压力时的粘度，；Pasηp②油性物理吸附膜，化学吸附膜③极压性化学反应膜。④氧化稳定性润滑油抗氧化的能力。⑤闪点（flashpoint）衡量易燃性的指标，高温下工作很重要。⑥凝固点（solidifyingpoint）衡量低温下工作的性能。（2）润滑脂（grease）钙基润滑脂纳基润滑脂锂基润滑脂铝基润滑脂①针入度（penetration）衡量脂的稠密程度，针入度小，承载能力大。②滴点（droppoint）衡量润滑脂的耐高温能力。（3）添加剂（additive）添加剂的作用提高油性、极压性和极端工作条件能力；推迟润滑剂老化变质，延长使用寿命；改善润滑剂的物理性能。添加剂有：清净分散剂抗氧化剂油性添加剂极压与抗磨添加剂降凝剂增粘剂3.润滑装置（1）间歇供油压配式油杯旋套式油杯a滴油润滑针阀油杯（2）连续供油油芯油杯b油环润滑装置c飞溅润滑装置（3）润滑脂供油装置旋盖式油脂杯