摩擦、磨损及润滑概述.ppt

第四章 摩擦、磨损与润滑,4-1 摩 擦,4-2 磨 损,4-3 润 滑,4-4 流体动力润滑的基本原理,4-0 引 言,4-0 引 言,摩擦现象是自然界中普遍存在的物理现象。对于机器来讲，摩 擦会使效率降低，温度升高，表面磨损。过大的磨损会使机器丧失 应有的精度，进而产生振动和噪音，缩短使用寿命。,世界上使用的能源大约有 1/31/2 消耗于摩擦。如果能够尽力 减少无用的摩擦消耗，便可大量节省能源。,机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废。,润滑是减小摩擦、减小磨损、提高机械效率的最常用最有效方法。,关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学。,本章主要介绍有关摩擦、磨损和润滑的一些基础知识。,4-1 摩 擦,一、摩擦的分类,摩 擦,二、滑动摩擦的四种摩擦状态,1）干摩擦：是指表面间无任何润滑剂或保护膜，表面金属直 接接触时的摩擦。,2）边界摩擦：是指两摩擦面被吸附在 表面的边界膜隔开，摩擦性质取决于边 界膜和表面吸附性能的摩擦。,研究干摩擦的理论主要 有：“机械 理论” 、“分子理论”、“机械分子理 论” 等。 （由于时间按关系不细讲）,其摩擦阻力最大，磨损最严重。,摩 擦,润滑剂中的极性分子与金属表面相互吸引，形成定向排列的分子栅，称为物理吸附膜。,润滑油靠物理吸附形成边界膜的能力，称为油性。,润滑剂中的活性分子靠离子键吸附在金属表面上形成的吸附膜，称为化学吸附膜。,在润滑剂中添加入硫、磷、氯等元素，它们与表面金属发生化 学反应生成的边界膜，称为反应膜。,边界摩擦靠边界膜起润滑作用，边界膜的类型如下：,摩 擦,）流体摩擦：是指摩擦表面完全 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。,能生成反应膜的润滑油称为极压油。,注：温度对边界膜的影响很大。温度越高，边界膜越容易破坏。,反应膜在高温下破裂后，能生成新的化合物，形成新的反应膜， 这种能力称为极压性。,流体摩擦（或称流体润滑）的原理在本章第四节详细介绍。,其摩擦系数最小，且不会产生磨 损，是理想的摩擦状态。,边界摩擦和混合摩擦在工程实际中 很难区分，常统称为边界摩擦。,4）混合摩擦：是指摩擦表面间处于边 界摩擦和流体摩擦的混合状态。,混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。,摩 擦,磨损主要是运动副中的摩擦导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。磨损会影响机器的效率，降低工作的可靠性，促使机器提前报废。,4-2 磨 损,单位时间（或单位行程、转等）材料的损失量，称为磨损率。,耐磨性：是指材料抵抗脱落的能力。与磨损率成倒数关系。,一、典型宏观磨损过程,一个机械零件的磨损 过程大体可分为三个阶段：,1）磨合阶段,磨合（跑合）：是指 新零件在运转初期的磨损。,新的摩擦副表面比较粗糙，真实微观接触面积比较小，压强大， 因此运转初期的磨损比较快。但是，磨损以后表面的微观凸峰降低， 接触面积增大，压强减小，磨损的速度逐渐减慢。,2）稳定磨损阶段,这个阶段属于零件的正常工作阶段，磨损率稳定且较低。这一阶段的长短直接影响机器的寿命。,3）剧烈磨损阶段,零件经长时间工作磨损以后，表面精度下降，效率降低，温度升高，冲击振动加大，导致磨损加剧，最终导致零件报废。,磨 损,注： 应该力求缩短磨合期，延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损的到来。,二、磨损的类型,磨 损,按磨损的机理不同，机械零件的磨损大体分为四种基本类型：,1）粘着磨损 也称胶合,2）疲劳磨损 即疲劳点蚀,3）磨粒磨损 也称磨料磨损，,4）腐蚀磨损,摩擦表面的微观凸峰粘在一起后，在相对运动中，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘着磨损。,是外界的硬颗粒或粗糙的硬表面在相对运动中，对摩擦表面的擦伤所引起的磨损。,是高副（点、线接触）机械零件的常件磨损形式。,摩擦表面在摩擦过程中，伴随有表面材料被腐蚀的现象，这种情况下产生的磨损即为腐蚀磨损。,三、减小磨损的主要方法,（1）润滑是减小摩擦、减小磨损的最有效的方法。,（2）合理选择摩擦副材料,（3）进行表面处理,（4）注意控制摩擦副的工作条件等,磨 损,除了上述四种基本磨损类型以外，还有侵蚀磨损、微动磨损等 其他形式，由于时间关系，不多讲。,4-3 润 滑,润滑：是指在两个摩擦表面之间加入润滑剂，以减小摩擦和磨损。 此外，润滑还可起到散热降温，防锈、防尘，缓冲吸振等作用。,一、润滑的分类,1）流体动力润滑： 靠两摩擦表面的相对运动建立压力油膜（称 为动压油膜），两表面被压力油膜完全分开，实现流体润滑。,2）流体静力润滑： 两摩擦表面被外部供油装备输入的压力油完全分开，强迫形成压力油膜，实现流体润滑。,3）弹性流体动力润滑： 是指理论上为点、线接触的摩擦副， 在考虑表面的弹性变形等因素的基础上建立的流体动力润滑。,4）边界润滑和混合润滑 （即边界摩擦和混合摩擦）。,二、润滑剂,润 滑,：石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。,凡是能减小摩擦阻力，减小磨损的物质都可作为润滑剂。,1 润滑剂的分类,1）液体润滑剂：,主要有：动植物油、矿物油、水、液态金属等。,2）润滑脂：,注：润滑油和润滑脂在实际中应用最广。,俗称黄油。由润滑油+稠化剂混合而成。,3) 固体润滑剂,4）气体润滑剂：如空气、氮气、二氧化碳等。,润 滑,2 润滑油的主要性质,1）油性：是润滑油吸附于摩擦表面形成边界膜的能力。油性越好， 吸附能力就越强。,2）粘度：是表示油液内部相对运动时产生内摩擦阻力大小的性能 指标。 （粘度是选择润滑油的主要依据）。,下面分析粘度的物理意义：,两个平行的平板之间充满润滑油，B板静止，A板以速度 运动，各油层的速度呈直线分布。相邻油层之间有相对运动，会产生内摩擦阻力。,润 滑,研究表明：油液内摩擦切应力 与速度梯度 成正比。,即,式中： 即为润滑油的动力粘度。,其国际单位为： （帕秒）,动力粘度 与同温度下该流体的密度 之比，称为运动粘度 。,即运动粘度,运动粘度 的国际单位是： ，,此单位太大，常用,注：我国润滑油的牌号就是用40下运动粘度的平均值表示的。,（ 数）,影响粘度的主要因素：,润 滑,式中： 为一个大气压下的粘度； 为粘压指数； 为压强。,三、添加剂,为了改善润滑剂某些方面的性能，在润滑剂中加入的化学合成 物，称为添加剂。,添加剂的种类很多，例如：油性添加剂、极压添加剂、降凝剂、 增粘剂等,4-4 流体动力润滑的基本原理,一、形成动压油膜的条件,先分析两个平行平板的情况， 两板之间充满润滑油。,平行间隙不能形成动压油膜。,再分析两板之间构成楔形间 隙的情况，如右图所示。,楔形间隙能够形成动压油膜。,流体动力润滑是指借助于两个摩擦表面 的相对运动产生动压油膜，靠油膜的压力将 两摩擦表面完全隔开，实现流体润滑。,动压演示,形成动压油膜的条件：,1）两摩擦表面之间必须能形成收敛的楔形间隙；,3）两表面之间必须有一定的相对运动速度。,2）两表面之间必须连续充满具有一定粘度的液体；,二、雷诺润滑方程,从动压油膜中取出一个微元体，,在一定假设下对其进行受力分析， 经推导可得表示油膜压力在 x 方向 的变化率 与油膜厚度 h 之间关系 的方程：,流体动力润滑的基本原理,流体动力润滑的基本原理,上式即为一维雷诺润滑方程。,利用雷诺方程也可解释形成动压油膜的条件。,流体润滑原理简介,二、弹性流体动力润滑,弹性流体动力润滑理论是研究在点、线接触条件下，两弹性物体间的流体动力润滑膜的力学性质。这时的计算必须把在油膜压力下，摩擦表面的变形的弹性方程、表述润滑剂粘度与压力间关系的粘压方程与流体