摩擦学基础 Microsoft PowerPoint 演示文稿.

第二部分摩擦学基础摩擦的定义及类型两个相互接触的物体在外力的作用下发生相对运动或具有相对运动趋势时，在接触面间产生切向的运动阻力，叫摩擦力，这种现象叫摩擦。按摩擦副的运动形式分为：滑动摩擦、滚动摩擦、旋转摩擦和复合摩擦。按摩擦副表面的润滑状态分为：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。磨损过程磨损是指摩擦副的对偶表面相对运动时工作表面物质不断损失或产生残余变形的现象。磨损过程是因对偶表面间的机械、化学与热作用而产生。运动副的磨损过程可分为：跑合阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段。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。磨粒磨损是最常见的磨损现象。据统计，在生产中因磨粒磨损所造成的损失约占磨损总数的一半左右。一般说来，磨粒磨损有三体磨粒磨损和两位磨粒磨损两种形式。磨粒磨损可以归纳为以下三种磨损机理：微观切削、挤压剥落和疲劳破坏。磨粒磨损机理和磨损颗粒磨料磨损类型粘着磨损粘着磨损是接触表面相对运动时，由于粘着效应所形成的粘着结点发生剪切断裂，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。粘着磨损是一种常见的磨损形式，它的发生与发展十分迅速，容易使机器发生突然事故，造成巨大损失。根据粘着结点的强度和破坏位置的不同，粘着磨损有以下几种形式：涂抹、擦伤、胶合、卡咬。粘着磨损机理、磨损颗粒和磨损零件粘着磨损表面疲劳磨损表面疲劳磨损，有时称为疲劳磨损。可以定义为“当两个接触体相对滚动或滑动时，在接触区形成的循环应力超过材料的疲劳强度的情况下，在表面层将引发裂纹，并逐步扩展，最后使裂纹以上的材料断裂剥落下来的磨损过程”。既然它是一个疲劳过程，那么表面疲劳磨损，按裂纹萌生点不同可分为表层萌生与表面萌生疲劳磨损；按磨屑和疲劳坑的形状不同可分为鳞剥和点蚀两类。疲劳磨损机理、磨损颗粒和磨损零件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。因此，腐蚀磨损必须兼有腐蚀和摩擦。常见的有氧化磨损和特殊介质腐蚀磨损。锈蚀颗粒和腐蚀磨粒设备磨损提示：（1）影响设备磨损的因素众多，要具体分析；（2）设备磨损是个渐进过程，短时难以察觉；（3）通过合理润滑降低磨损速率可带来长期经济效益，不会立竿见影。影响磨损的因素润滑；材料；表面加工质量；机件的工作条件：载荷、速度、温度、湿度及周围环境、机件运动副的结构特点及运动性质。第三部分润滑与润滑材料1、润滑润滑的作用降低摩擦系数、减少磨损、降低温度、防止腐蚀、保护金属表面、清洁冲洗和密封。润滑的类型按润滑剂的物质形态可分为：气体润滑、流体润滑、半固体润滑和固体润滑。根据润滑膜的形成机理和特征可分为以下五种：流体动压润滑、弹性流体动压润滑、流体静压润滑、边界润滑和干摩擦状态。边界润滑流体润滑润滑形式滑动轴承流体动压润滑流体动压润滑弹性流体动压润滑当滚动轴承、齿轮、凸轮等高副接触时，实际承载面积极窄小，使得接触区内产生高达几千MPa的压力，导致较大的弹性变形。由于接触压力极高，润滑油粘度由于粘压效应会增加许多倍，因此弹性流体动压润滑就是考虑了摩擦副接触面的弹性变形和润滑油的粘压特性。弹性流体动压润滑流体静压润滑流体静压润滑是指利用外部的流体压力源（如供油装置），将具有一定压力的流体润滑剂输送到支承的油腔内，形成具有足够静压力的流体润滑膜来承受载荷，并将表面分隔开这样一种润滑状态。它的主要优点：起动摩擦阻力小；使用寿命长；抗振性能好；运动精度高；可适应较广的速度范围。但需要专用的流体压力源。流体静压润滑系统按供油方式可分为：定压供油系统和定量供油系统。边界润滑在不满足流体润滑的条件下，将润滑油加入到摩擦副表面所形成的表面膜也具有降低摩擦和减少磨损的作用，广义而言，这种润滑状态被统称为边界润滑状态。边界润滑是介于流体动力润滑和固体摩擦之间的一种润滑状态，是一种润滑膜很薄的很不完整、摩擦表面有部分固体接触的润滑状态。在边界润滑条件下，润滑油的粘度对其润滑效果影响很小。此时起决定作用的是润滑油（尤其是润滑油中的添加剂）和摩擦副材料的物理化学性质，以及彼比相互作用形成的边界润滑膜的性质。边界润滑膜通常是通过物理吸附、化学吸附和化学反应的方式形成的。物理吸附膜化学吸附膜化学反应膜典型零件的油膜厚度滚动轴承0.1~3μm齿轮0.1~1μm发动机滑动轴承0.5~50μm其它滑动轴承0.5~100μm头发直径：75~80μm；肉眼可见的最小尺寸：40μm润滑材料类型基础油分类分类S，%饱和烃，%粘度指数Ⅰ＞0.03或＜9080～120Ⅱ≤0.03≥9080～120Ⅲ≤0.03≥90＞120Ⅳ聚α烯烃（PAO）(合成油技术)ⅤⅠ～Ⅳ类以外的其他基础油(有机脂、聚醚、烷基苯、甲基硅油、GTL等)Ⅵ聚内烯烃（PIO）（欧洲）项目很高粘度指数120≤VI＜140高粘度指数90≤VI＜120中粘度指数40≤VI＜90低粘度指数＜40通用基础油VHVIHVIMVILVI低凝基础油VHVIWHVIWMVIW—深度精制基础油VHVISHVISMVIS—项目很高粘度指数120≤VI＜140高粘度指数90≤VI＜120中粘度指数40≤VI＜90低粘度指数VI＜40通用加氢基础油VHVIHHVIHMVIHLVIH低凝加氢基础油VHVIWHHVIWHMVIWH－美国石油学会（API）基础油分类溶剂精制基础油的分类加氢基础油的分类润滑油的添加剂根据所起作用可以分为两大类：一类改善润滑油物理性能的,一类改善润滑油化学性能的。清净分散剂；抗氧抗腐剂；金属钝化剂；极压抗磨剂；防锈剂；粘度指数改进剂；降凝剂；抗泡沫剂；抗乳化剂。无磷氯硫合成润滑油合成润滑油是采用有机合成方法制备的。它与矿物油相比，具有以下特性：优良的耐高温性能和热氧化稳定性；优良的粘温性能和低温性能；优良的化学稳定性；良好的润滑性和较低的挥发性。理化性能指标：外观、色度、密度、粘度、粘度指数、闪点、凝点和倾点、水分、机械杂质、残碳、灰分、水溶性酸碱、酸碱值和中和值、氧化安定性、热安定性、油性和极压性、腐蚀和锈蚀、空气释放性、泡沫特性、抗乳化性、水解安定性、蒸发损失、馏程、苯胺点、橡胶适应性、剪切安定性等。润滑油的主要质量指标摩擦磨损性能：润滑油在评定了理化性能之后，一般应进行某些模拟台架试验，包括一些发动机试验，通过之后方能投入使用。具有极压抗磨性能的油品都要评定其极压抗磨性能。常用的试验机有四球试验机、梯姆肯环块试验机、FZG齿轮试验机、法莱克斯试验机等，都用于评定油品的耐极压负荷的能力或抗磨损性能。润滑油的主要质量指标•工业润滑油分类标准：GB/T7631.1（按应用场合）：•(等效:ISO6743/0-1981)组别应用场合组别应用场合ABCDEFGHM全损耗系统脱模工业齿轮压缩机（含冷冻机和真空泵）内燃机主轴、轴承和离合器导轨液压系统金属加工NPQRTUXYZS电器绝缘风动工具热传导暂时保护防腐蚀汽轮机热处理用润滑脂的场合其它应用场合蒸汽汽缸特殊润滑剂应用场合•工业润滑油粘度等级GB/T3141-94•(等效：ISO3448-1992)ISO粘度等级中间点运动粘度（40℃）mm2/s运动粘度范围（40℃）mm2/s最小最大23571015223246681001502.23.24.66.81015223246681001501.982.884.146.129.0013.519.828.841.461.290.01352.423.525.067.4811.016.524.235.250.674.8110165品种数字类ISO粘度等级中间点运动粘度（40℃）mm2/s运动粘度范围（40℃）mm2/s最小最大220320460680100015002200320022032046068010001500220032001982884146129001350198028802423525067481100165024203520以上表格中的粘度等级分类标准不适用于内燃机油和车辆齿轮油。润滑油产品的名称的一般形式：例：L—AN32粘度对照表基于95VI单级润滑油的粘度。ISO级别适用于摄氏40°C时。AGMA级别适用于华氏100°F时。SAE75W、80W、85W和5及10W适用于低温（低于–17°F=0°C)。100°F和210°F的相应粘度在表中列出。SAE90到250及20到50适用于210°F(100°C)。润滑脂由80-90%的润滑油10-20%的增稠剂5%的添加剂构成可以把增稠剂想象成吸取润滑油的海绵润滑脂润滑脂•润滑脂是一种油膏状的润滑剂，在常温、常压下呈半固态油性软膏状。润滑脂是除润滑油外的另一类应用范围很广的重要润滑剂，广泛用于汽车、坦克、舰船、飞机以及其他机械，其组成与润滑油大不相同。•润滑脂具有液态润滑油所没有的很多特性，例如：•■耐压性强。润滑脂在金属表面上的附着能力很强，它能在润滑油无法润滑的部位形成牢同的润滑膜，并承受很大压力。•■缓冲性能好。润滑脂用于做往复运动的机械中在很大冲击力和震动时能起缓冲作用，减弱或消除机械的震动，保证必要的润滑。•■不易流失。由于润滑脂能用于垂直表面或不密封的摩擦部位，能保持足够的厚度，即使在离心力的作用下，也不至于流失，所以能保证可靠的润滑。•■密封性能和防护性能好。润滑脂的密封性能优于润滑油，它可以防止水分、灰尘、杂质和腐蚀性物质进入摩擦表面，保持摩擦表面清洁，防止其被锈蚀。•■粘温性能好。润滑脂的粘度受温度变化的影响比润滑油小，这是润滑脂特有的优良性能，因而适用于运动速度和温度变化幅度较大情况下的润滑。特点•润滑脂虽具有很多优点，但它并不能完全取代液态的润滑油。△由于润滑脂没有流动性，导热系数很小，因而不能进行循环润滑；△它没有冷却和清洗作用；△它的摩擦阻力较润滑油大，影响机械的效率；△润滑脂的抗氧化安定性不如润滑油；△润滑脂更换时比较麻烦，常需停机或拆卸机件，影响工作。•因此，润滑脂的使用范围受到一定的限制。润滑脂适用于下列工作条件下机械的润滑：•(1)因结构或工作条件限制而不能使用润滑油润滑的机械设备或部位。例如，在负荷大、转速慢、温度高的条件下工作的轴承，在大压力和离心力作用下，润滑油难以保证必要的润滑，用润滑脂可以达到保证润滑的目的。又如某些不能及时有规律地向摩擦部位加油的设备或开放式润滑的部件，都可采用润滑脂。•(2)工作环境潮湿、水和灰尘较多、难以密封的机械；同酸性或其他腐蚀性气体接触的机械。•(3)时开、时停的间歇式工作或转速经常变化的机械。由于不同转速要求不同粘度的润滑剂，润滑油难以在这种情况下形成良好的润滑油膜，而润滑脂却具有这种性能。•(4)长期运转，不便于经常添加或更换润滑剂的摩擦部位，如密封的滚珠轴承、高速电机、自动装置、远距离遥控仪器等。润滑脂可以不流失地长期使用。润滑脂的组成•润滑脂的特性是由它的特殊结构所决定的。现以皂基润滑脂为例，说明它的结构特点。•一、润滑脂的结构特点•皂基润滑脂是用脂肪酸金属皂类(稠化剂)稠化润滑油而成的。稠化剂与润滑油形成一个分散体系，稠化剂是分散相，润滑油是分散介质。皂分子聚结成皂纤维或皂胶团，皂纤维互相吸引、交织连接形成一个三维空间的网状结构骨架，润滑油部分被吸附在纤维表面，部分渗入皂纤维，使其膨化，大部分润滑油被包围在结构骨架中，失去流动性，成为半固态软膏。•皂纤维是由皂分子相互吸引聚结而成的。皂分子有一个极性端(即羧基端)和一个非极性端(烃基端)。分子的极性端彼此吸引连成皂纤维，带烃基的非极性端朝向纤维外侧表面，具有亲油性，吸引润滑油分子，由此形成均匀的软膏状物质。•皂纤维愈长、愈细，它的稠化能力愈强。一般皂纤维长度为0.1～100μm以上，其他类型稠化剂纤维较短。润滑脂的组成•二、润滑脂的组成•润滑脂由润滑油、稠化剂、稳定剂和添加剂组成，它们的作用、类型如下：•1．润滑油•润滑油是