2011春温第四章摩擦磨损润滑.ppt

第四章摩擦磨损润滑,4.1摩擦4.2磨损4.3润滑剂、添加剂和润滑方法,概述,初中物理了解到摩擦概念，即在正压力作用下，相互接触的物体表面间有相对运动（或其趋势）时，接触表面上就会产生抵抗运动的阻力，并消耗能量，这一现象被称为摩擦，阻力叫作摩擦力。有摩擦现象存在，就会产生磨损。机械零件工作时广泛存在摩擦，它会引起零件表面磨损、温度升高、能量损耗等。据统计：由摩擦而造成的能量损耗占世界工业能量消耗的1/3；有80%的零件失效是由磨损而引起的。,本章的内容主要是讲述在机器中构成运动副的机械零件的接触表面上所发生的情况，了解摩擦、磨损的分类、机理；如何利用摩擦、磨损以及如何运用润滑的方法来减小摩擦、减轻磨损。（摩擦学由此而诞生）摩擦、磨损既有利也有弊。,摩擦,不利方面：消耗能量，转化为热能，引起温升,有利方面：可用于传递运动或制动,磨损,不利方面：尺寸变化，精度丧失，甚至报废,有利方面：可用于新机器的跑合成形，使成为一种加工手段(如研磨,磨削加工),控制摩擦、磨损不利方面的有效手段,研究相互接触表面之间摩擦，磨损，润滑机理的一门学科,润滑,摩擦学,4.1摩擦,膜厚比1,3,13,摩擦的分类,一干摩擦（最差状态）,特点：f很大，磨损严重，应力求避免,定义：两摩擦表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。,在工程实际中没有真正的干摩擦，因为暴露在大气中的任何零件的表面，不仅会因氧气而形成氧化膜，且或多或少也会被润滑油所湿润或受到污染，这时，其摩擦系数将显著降低。在机械设计中，通常把不出现显著润滑的摩擦，当作干摩擦处理。,干摩擦涉及的理论,1机械摩擦啮合理论（库伦公式）,Ff=f*Fn,式中：Ff摩擦力;f摩擦系数;Fn法向载荷,公式表明：(1)Ff与Fn成正比；(2)动摩擦系数的大小与相对滑动速度无关；(3)摩擦力的大小与名义接触面积的大小无关。,机械摩擦理论认为两个粗糙表面接触时，接触点相互啮合，摩擦力为啮合点间切向阻力的综合，表面越粗糙，摩擦力就越大。但它不能解释光滑表面间的摩擦现象，即表面愈光滑、接触面越大，摩擦力越大，且与滑动速度有关。,机械摩擦理论的不足,（2）分子吸附理论,分子吸附学说认为：摩擦产生的原因是由于接触面上分子之间的相互吸引的结果。物体表面越光滑，实际接触面积就越大，接触面间的距离也就越小，分子间的作用力越强。克服该分子间作用力的摩擦力也就越大。,（3）粘着理论,简单粘着理论1945年由鲍登（FP.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（表现面积百分之一、万分之一，接触面压力大）,接触点达到塑性流动容易达到材料的压缩屈服极限s，使接触面积增大，所以力升高但应力不升高,接触点被冷焊在一起塑性变形后，脏污油膜被破坏，粘着现象而产生冷焊结点,分开结点的力就是摩擦力：FfArB,说明,计算公式,因为大多数金属的很相近，所以f也很相近。降低摩擦系数的措施：在硬金属基体表面涂覆一层极薄的软金属，这是因为sy取决于基体材料，B取决于软金属。,修正粘着理论,简单的黏附理论认为真实的接触面积Ar决定于软金属的压缩屈服极限和法向载荷Fn，由于大多数金属的B/Sy的比值较接近，所以其摩擦系数相差很小，这在常规环境下，因为在界面上覆盖有一层氧化膜或污染膜，对于静态接触，大体是正确的。但对于处于真空中的洁净金属发生摩擦时不适用，真空中的f值比常规环境下的大得多。因此鲍登等人于1964年又提出了更切合实际的修正黏附理论。,B修正粘附理论：,在Fn产生的y和Ff产生的的联合作用下，使结点产生塑性流动，Ar增加，结点增长，摩擦系数f增大,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Ff,Ari+Ari,节点增长,二边界摩擦（边界润滑：最低要求）,定义：运动副表面有一层厚度1m的薄油膜，不足以将两金属表面完全分开，其表面部分微观高峰部分仍将相互搓削。,特点：与干摩擦相比，较小，摩擦状态有很大改善，其摩擦和磨损程度取决于边界膜的性质、材料表面机械性能和表面形貌。寿命有所提高。,边界摩擦机理,所谓边界膜就是比较牢固地吸附在金属表面上的分子膜。按边界膜的形成机理可将边界膜分为吸附膜（物理吸附膜和化学吸附膜）和化学反应膜。1（1）物理吸附膜：润滑油中脂肪酸极性分子与金属表面相互吸引而形成的吸附膜，距表面越远吸附能力越弱，剪切强度越低，f随层数而下降。f较低，熔点低，只能在低速轻载下起润滑作用。,（2）化学吸附膜：由润滑油中的分子靠分子与金属表面形成的吸附膜，强度和稳定性好于物理吸附膜，受热后融化温度比较高，适用于在中等载荷、速度和温度下工作。2化学反应膜：润滑油中加入硫、磷等元素的化合物（即添加剂）与金属表面进行化学反应而形成的膜，特点是较厚、熔点高、剪切强度较低、稳定性较好，所以适合于在重载、高速和高温下工作。,三流体摩擦（流体润滑：最理想的状态）,定义：两摩擦表面完全被液体层隔开、表面凸峰不直接接触的摩擦。此种润滑状态亦称液体润滑，摩擦是在液体内部的分子之间进行，故摩擦系数极小。这时的摩擦规律已有了根本的变化，与干摩擦完全不同。,特点：很小，一般f=0.0010.008，,四混合摩擦（混合润滑：最常见的状态）,定义：随着摩擦面间油膜厚度的增大，表面微凸体直接接触的数量在减少，而油膜承载能力的比重在加大，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。,特点：f较小，介于边界摩擦和液体摩擦之间一般f=0.0010.01,边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为不完全液体摩擦。（非液体摩擦）,4.2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：影响零件的运动质量；改变了零件的尺寸；降低了零件的可靠性。,典型磨损过程,典型磨损过程跑合(running-in)磨损阶段由于机械加工的表面具有一定的不平度存在；运转初期，摩擦副的实际接触面积较小，单位面积上的实际载荷较大。因此，磨损速度较快。经跑合后尖峰高度降低，峰顶半径增大，实际接触面积增加，磨损速度降低。跑合的目的：磨掉不平高峰，保证机件充分接触、摩擦、适应，提高承载能力。磨合是逐渐加载、逐渐提速的过程。,2、稳定磨损阶段,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,3、急剧磨损阶段,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,设计或使用机器的原则：力求缩短磨合期，延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损到来。,磨粒磨损,磨损机理及零件表面磨损状态的分类：,疲劳磨损,粘附磨损,冲蚀磨损,腐蚀磨损,微动磨损,磨损类型,按磨损机理分,按磨损表面外观可分为,点蚀磨损,胶合磨损,擦伤磨损,两种不同的称谓,磨损机理（或分类）四种基本类型,1粘附磨损也称胶合,原因：当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊”后，在相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘附磨损。,现象：表面材料的脱离及迁移、撕脱、咬死,措施：限制温度、压强；选择合适的润滑剂、添加剂；摩擦副的材料；提高表面质量、跑合。,2表面疲劳磨损,原因：的反复作用,现象：金属表面产生麻点、麻坑，又叫点蚀,措施：提高H；提高表面质量；提高硬度；提高润滑油的黏度、加入极压添加剂。,3磨粒磨损,原因：摩擦面间的灰尘、杂质等游离硬质颗粒，起到微切削作用；,现象：较软表面的沟纹,措施：提高表面质量与硬度；提高润滑油的清洁度,4冲蚀磨损,高压流体（液体或气体）中所夹带的硬质物体或硬质颗粒冲击零件表面所引起的机械磨损。利用高压空气输送型砂或高压水输送碎石时，管道内壁所产生的机械磨损。火箭尾部喷管。,5腐蚀磨损,当摩擦表面材料在环境的化学或电化学作用下引起腐蚀，在摩擦副相对运动时所产生的磨损即为腐蚀磨损。,6微动磨损,它是一种较隐蔽的由粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损和疲劳磨损共同形成的一种复合磨损。它发生在名义上相对静止、实际上存在循环的微幅相对滑动的两个紧密接触的表面上。应用实例：轴与孔的过盈配合面、滚动轴承套圈的配合面、旋合螺纹的工作面、铆钉的工作面等。,一概述,A润滑的作用：,1降低摩擦、磨损,2防锈,3冷却,4缓冲吸振,5密封,4-润滑,B润滑剂的种类：主要有四大类,1液体润滑剂：各种润滑油（植物油、动物油、矿物油、合成油）,2半固体润滑剂：各种润滑脂,3固体润滑剂：石墨、二硫化钼,4气体润滑剂：各种气体（空气、CO2）,C润滑剂的主要指标,1润滑油的粘度,表征润滑油流动时其油层的内部摩擦阻力大小的一个指标。粘度愈大，内摩擦阻力就愈大，液体的流动性就愈差。,粘度分类动力粘度：牛顿在1687年研究粘性液体流动的摩擦定理中，定义了动力粘度：,运动粘度：动力粘度与同温度下该液体密度之比值：条件粘度：用一定的粘度计进行计量的润滑油的粘度，主要是商业用。,GB/T314-1994规定润滑油的牌号就是该润滑油在40C（或100C）时运动粘度（以为单位）的平均值。,粘度,(1)分类主要分为三类,动力粘度,动力粘度：牛顿的粘性定律,式中：油层之间的剪应力油层沿y方向的速度梯度v油层速度“-”表示v随y增大而减小动力粘度国际单位：pas(帕秒)，物理单位：p(泊)，cp(厘泊)，1pas=10p=1000cp,运动粘度：,物理单位：st(斯)cst(厘斯),润滑油的牌号：,旧标准：GB44364规定，以50oC或100oC的运动粘度的中心值划分等级，确定牌号。,新标准：GB314182规定，以40oC的运动粘度中心值分级,例：32号润滑油的含义如何？,条件粘度(恩氏度oEt),(2)粘度的影响因素：,温度的影响：,粘温效应随着温度的升高，粘度将变小。其影响程度由粘度指数（VI）表示，VI越大，则粘度随温度的变化越小，即粘温性能越好。,压力的影响：,粘压效应当应力很高（p20Mpa）时,润滑油的粘度随着压力增大明显增大。一般只在高副元件中才有这种现象，如重载齿轮传动中，啮合处的局部压力可能高达4000MPa，此时润滑油的粘度极大，变得像腊状的固体。,润滑油特性2油性,润滑性是指润滑油中的分子与金属表面吸附形成一边界油膜，以减小摩擦和磨损。润滑性愈好，吸附能力愈强。对于那些低速重载或润滑不充分的场合，润滑性具有特别重要的意义。,润滑油的性能指标2-6：油性、极压性、闪点、凝点、稳定性,2.油性润滑油能在金属摩擦表面形成吸附膜的性能称为油性。油性愈好、愈有利于边界润滑，动、植物油和脂肪酸的油性较好。目前尚无一个定量的指标评价润滑剂的油性。对于那些低速重载或润滑不充分的场合，一般都是边界油膜，油性具有特别重要的意义。3.极压性润滑油中加入极压添加剂后，油中极性分子在金属表面生成抗腐、耐高压化学反应边界膜的性能。,4.闪点和燃点润滑油蒸气遇火焰发出闪光的最低温度称为闪点。是衡量油的易燃性的尺度。闪光时间长达5s时油温称为燃点。高温时应选闪点较高的润滑油。5.凝点润滑油在规定的条件下，不再自由流动时所达到的最高温度。它是润滑油在低温下工作的一个重要指标，直接影响到机器在低温下的启动性能和磨损情况。低温工作的场合应选凝点低的润滑油来润滑。,6.氧化稳定性润滑油被暴露在高温空气中时抗氧化的能力。从化学意义上讲，润滑油是不活泼的。但当它们暴露在高温气体中时，也会发生氧化并生成硫、氯、磷的酸性化合物。这是一种胶状沉积物，不但腐蚀金属，而且加剧零件的磨损。,2.润滑脂,润滑脂是在润滑油中加入稠化剂(如钙、钠、锂等金属皂基）而形成的脂状润滑剂，又称为黄油或干油。,润滑脂的流动性小，不易流失，所以密封简单，不需经常补充。润滑脂对载荷和速度变化不是很敏感，有较大的适应范围，但因其摩擦损耗较大，机械效率较低，故不宜用于高速传动的场合。,润滑脂特性指标,(1)滴点是指润滑脂受热后从标准测量杯的孔口滴下第一滴油时的温度。(2)锥入度即润滑脂的稠度。是衡量润滑脂稠度及软硬程度的指标，它是指在规定的负荷、时间和温度条件下锥体落入试样的深度。其单位以0.1mm表示。锥入度愈小，稠度愈大、流动性愈小，承载能力强，密封好，但摩擦阻力也大。润滑脂的牌号即为其锥入度等级。,润滑方法,润滑油润滑在工程中的应用最普遍，其供油方式有：,三、润滑方法,润滑方式,人工给油；,油杯滴油；,浸油润滑、飞溅给油；,用油泵强制润滑和冷却。,喷油润滑,滴油润滑,浸油润滑,飞溅润滑,针阀式油杯,旋盖式油杯脂用,压注式油杯,弹簧盖油杯,四、润滑装置,1.油杯,润滑方法,润滑装置,四、飞溅润滑,供油装置,油壶油枪,一、人工润滑装置,润滑方法,润滑装置,二、滴油润滑装置,润滑方法,润滑装置,三、浸油与飞溅润滑,润滑方法,润滑装置,四、飞溅润滑,润滑方法,润滑装置,五、喷油润滑,流体润滑,1.根据摩擦面存在润滑剂的情况，滑动摩擦可分为_、_、_及_。其中_是最理想的摩擦状态。2.边界摩擦中按边界膜形成机，边界膜分_、_和_。3.一个零件