内蒙古工业大学机械设计课件第四章

第四章摩擦、磨损及润滑概述§概述摩擦：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，或有相对滑动的趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这一自然现象称为摩擦，产生的阻力称为摩擦力。磨损：由于摩擦力作用而产生的能量的损耗和摩擦表面物质的丧失或迁移称为磨损。润滑：控制摩擦、磨损，提高机器效率，减小能量损失，降低材料消耗，保证机器工作的可靠性的手段称为润滑。摩擦学：把研究有关摩擦、磨损与润滑的科学与技术统称为摩擦学。摩擦学设计：把在机械设计中正确运用摩擦学知识与技术，使之具有良好的摩擦学性能的过程称为摩擦学设计。§4-1摩擦一、摩擦的分类1、按摩擦发生的位置分：内摩擦：发生在物质内部，阻碍分子间相对运动的摩擦；外摩擦：相互接触的两物体发生相对滑动或有相对滑动趋势时，在接触表面上产生的阻碍相对滑动的摩擦。2、按相对运动情况分：静摩擦：仅有相对运动趋势时的摩擦；动摩擦：相对滑动进行中的摩擦。3、按位移形式分：滚动摩擦：两接触物体发生相对滚动位移时的摩擦；滑动摩擦：两接触物体发生相对滑动位移时的摩擦。二、滑动摩擦分类1、干摩擦：指表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。2、边界摩擦：当运动副的摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦。3、流体摩擦：当运动副的摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。4、混合摩擦：当摩擦状态处于边界摩擦及流体摩擦的混合状态时的摩擦。边界润滑、流体润滑、混合润滑三、摩擦状态的判定方法2/12221min)(qqRRhhmin－两滑动粗糙表面间的最小公称油膜厚度，μm；Rq1、Rq2－分别为两表面轮廓的均方根偏差，μm。λ1，边界摩擦（润滑）状态；λ3，流体摩擦（润滑）状态；1≤λ≤3，混合摩擦（润滑）状态。膜厚比：（一）干摩擦1.古典公式：nfFfF2.新理论：分子—机械理论、粘附理论简单粘附理论BrfAFSyBnfFFfSynrFABSynBrfFAF式中：τB、σSy指接触的两种金属中较软材料的剪切强度极限和压缩屈服极限。FnaArib修正粘附理论：者的压缩屈服极限两种金属基体中的较软界面剪切强度极限SyBjnfFFf'当两金属界面被表面膜分隔开时，τBj为表面膜的剪切强度极限；当剪断发生在较软金属基体内时，τBj为较软金属的剪切强度极限τB；若表面膜局部破裂并出现金属粘附结点时，τBj介于较软金属的剪切强度极限和表面膜的剪切强度极限之间。（二）边界摩擦（边界润滑）(b)(a)边界膜分类吸附膜反应膜化学吸附膜物理吸附膜（三）混合摩擦（混合润滑）膜厚比λ=（1～3）λ越大，油膜承载比例大，f越小（四）流体摩擦（流体润滑）膜厚比λ（3～4）全液体摩擦§4-2磨损一、典型的磨损过程O时间tt磨损量qq稳定磨损阶段磨合磨损阶段III剧烈磨损阶段III1、磨合磨损过程2、稳定磨损阶段3、剧烈磨损阶段在一定载荷作用下形成一个稳定的表面粗糙度，且在以后过程中，此粗糙度不会继续改变，所占时间比率较小经磨合的摩擦表面加工硬化，形成了稳定的表面粗糙度，摩擦条件保持相对稳定，磨损较缓,该段时间长短反映零件的寿命经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大→动载振动→润滑状态改变→温升↑→磨损速度急剧上升→直至零件失效二、磨损的类型（磨损的机理）1、粘附磨损2、磨粒磨损3、疲劳磨损5、机械化学磨损（腐蚀磨损）4、流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损（冲蚀磨损）6、微动磨损（微动损伤）性能指标：1）粘度2）油性3）极压性4）闪点5）凝点6）氧化稳定性2、润滑脂钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑脂、铝基润滑脂性能指标：1）针入度（或稠度）2）滴点3、固体润滑剂石墨、二硫化钼、氮化硼、蜡、聚氟乙烯、酚醛树脂§4-3润滑剂、添加剂和润滑方法一、润滑剂1、润滑油有机油、矿物油、化学合成油润滑的目的：减小摩擦和磨损、冷却、吸振、防锈、密封等。4、气体润滑剂粘性定律与润滑油的粘度Ou=vxAv=1m/sF=1N1muyu=0B1m1myuη——流体的动力粘度1、牛顿粘性定律：在流体中任意点处的切应力均与该处流体的速度梯度成正比。2、粘度常用单位（1）动力粘度η国际单位制：Pa·s或N·s/m2（2）运动粘度v)/(/)(3mkgsPav单位：m2/s（3）条件粘度（相对粘度）—恩氏粘度绝对单位制：dyn·s/cm2,称为P（泊）绝对单位制：cm2/s，—1St（斯）3、影响润滑油粘度的主要因素（1）温度润滑油的粘度随着温度的升高而降低粘度指数VI（2）压力pαpe0润滑油的选择根据速度、载荷和工作情况选择润滑油；载荷大，温度高粘度大载荷小，速度高粘度小二、添加剂为了提高油的品质和使用性能，常加入某些分量虽少，但对润滑剂性能改善起巨大作用的物质，这些物质称为添加剂。添加剂的作用1)提高润滑剂的油性、极压性和在极端工作条件下更有效的工作能力。2)推迟润滑剂的老化变质，延长其正常使用寿命。3)改善润滑剂的物理性能，如降低凝点、消除泡沫、提高粘度、改进其粘-温特性等。三、润滑方法油润滑压配式注油杯旋套式注油杯间歇式连续式针阀油杯油芯油杯滴油润滑油环润滑飞溅润滑压力循环润滑脂润滑旋盖式油脂杯油枪（一）流体动力润滑：利用两运动表面的间隙形状、相对速度及润滑油粘度，形成压力膜。§4-4流体润滑原理简介vvxy油压p分布曲线FabchminOh0ABv2）相对速度v足够大，油楔中有足够的油量1）两滑动表面沿运动方向的间隙是由大至小的形状实现条件：3）润滑油有一定的粘度（二）弹性流体动力润滑弹性流体动力润滑时，接触区的弹性变形、油膜厚度及压力分布（三）流体静力润滑干摩擦塑性变形弹性变形边界摩擦边界膜流体摩擦液体混合摩擦摩擦副表面示意图FnaArib油壶、压配式注油杯旋套式注油杯针阀油杯油芯油杯油环润滑旋盖式油脂杯油枪