机械设计 第4章-摩擦

1 第四章摩擦 磨损及润滑概述 4 1 摩擦4 2 磨损4 2 润滑剂 添加剂和润滑方法 通过本章的学习 了解摩擦 磨损的分类与机理 了解润滑剂的主要性能指标和润滑方法 2 第四章摩擦 磨损及润滑概述 本章对摩擦学所研究的对象作简单扼要的介绍 摩擦学 研究摩擦 磨损和润滑的科学与技术统称摩擦学 摩擦 磨损和润滑的关系 两个物体接触并有相对滑动或趋势 摩擦 磨损 造成物体表面材料的损失或转移 1 3 1 2的能源消耗于摩擦中 超过限度而导致机械零件报废 采取措施减轻摩擦和磨损 润滑 3 滑动摩擦 运动形式是相对滑动 外摩擦 在物体表面发生 阻碍相对运动 第四章摩擦 磨损及润滑概述 一 分类 内摩擦 在物质内部发生 阻碍分子间相对运动 静摩擦 仅有相对运动趋势时 动摩擦 在相对运动进行中 滚动摩擦 运动形式是相对滚动 4 1 摩擦 干摩擦边界摩擦流体摩擦混合摩擦 4 干摩擦边界摩擦混合摩擦流体摩擦 第四章摩擦 磨损及润滑概述 1 干摩擦 2 边界摩擦 二 滑动摩擦状态 摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开的状态 表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触状态 f 0 30 0 35 通常 把未经人为润滑的摩擦状态当作干摩擦 摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能 f 0 1 0 3 有一层压力油膜将两金属表面隔开 彼此不直接接触 3 流体摩擦 f 0 001 0 01 4 混合摩擦 摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状态 f 0 1 0 3 实际中很难区分 分类 不完全液体摩擦 5 第四章摩擦 磨损及润滑概述 如何判断润滑状态 边界摩擦 混合摩擦 流体摩擦 轴承特性数 无量纲 6 第四章摩擦 磨损及润滑概述 磨损 4 2 磨损 磨损过程 设计机器时 要求缩短磨合阶段 延长稳定磨损阶段 磨合阶段 稳定磨损阶段 剧烈磨损阶段 由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移 7 按磨损机理分 第四章摩擦 磨损及润滑概述 磨损的分类 磨粒磨损 磨损 疲劳磨损 点蚀 粘附磨损 胶合 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 按磨损外观分 外部进入摩擦面间的游离硬颗粒 在较软材料表面上犁刨出很多沟纹的微切削过程 当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点因瞬时的温升和压力发生 冷焊 后 在相对运动时 材料发生迁移 严重造成运动副咬死 摩擦表面材料的微体积在交变的摩擦力作用下 反复变形所引起的材料疲劳脱落 流动的液体或气体中所夹带的硬质物体或颗粒冲击零件表面所引起的磨损 在化学或电化学作用下引起腐蚀 在相对运动时引起的磨损 在微幅运动时 由上述各磨损机理共同形成的复合磨损 8 第四章摩擦 磨损及润滑概述 一 润滑剂 作用 降低摩擦功耗 减少磨损 冷却 吸振 防锈等 分类 液体润滑剂 润滑油 半固体润滑剂 润滑脂 固体润滑剂 1 润滑油 种类 气体润滑剂 有机油 动 植物油 矿物油 石油产品 化学合成油 4 3 润滑剂 添加剂和润滑方法 含硬脂肪酸 边界润滑时性能很好 稳定性差 来源有限 使用较少 来源充足 成本低廉 稳定性好 使用最广 能达到矿物油不能达到的特殊要求 耐高温 高速等 成本高 应用面窄 使用较少 9 第四章摩擦 磨损及润滑概述 主要质量指标 粘度的种类 动力粘度 运动粘度 条件粘度 1 粘度 2 润滑性 3 极压性 4 闪点 5 凝点 6 氧化稳定性 1 粘度 可定性地定义为润滑油的流动阻力 是最重要的性能之一 10 第四章摩擦 磨损及润滑概述 1 动力粘度 液体层与层之间存在摩擦切应力 动力粘度 简称粘度 量纲 力 时间 长度2 单位 实验结果 牛顿粘性液体摩擦定律 服从该定律的流体称牛顿液体 国际单位 Pa s 帕 秒 长宽高各为1米的液体 上下两表面发生1m s的相对滑动时 切向力为1N时的粘度 绝对单位 P 泊 cP 厘泊 1P 100cP 1Pa s 10P 1000cP 11 第四章摩擦 磨损及润滑概述 工程中常用 单位 2 运动粘度 国际单位 m2 s 绝对单位 st 斯 cst 厘斯 1st 100cst 1m2 s 104st 106cst 国标规定 润滑油在40 时的运动粘度的中心值作为润滑油的牌号 实际运动粘度应在中心值的 10 偏差内 12 第四章摩擦 磨损及润滑概述 3 条件粘度 指在一定条件下 利用某种规格的粘度计 通过测定润滑油穿过规定孔道的时间来进行度量的粘度 常用的有 恩氏度 Et 中国惯用 赛氏通用秒 SUS 美国惯用 雷氏秒 R 英国惯用 运动粘度与条件粘度之间的换算 润滑油粘度与温度压力的关系 温度对润滑油粘度的影响十分明显 见图4 7的粘 温曲线 压力大于20Mpa时 粘度随压力的加大而增加 13 第四章摩擦 磨损及润滑概述 2 润滑性 油性 指润滑油中的分子与金属表面吸附形成一边界油膜 以减小摩擦和磨损的性能 3 极压性 指加入含硫 氯 磷的有机极性化合物后 油中极性分子在金属表面生成抗磨 耐高压的化学反应边界膜的性能 4 闪点 在标准容器中加热所蒸发的油气 遇火焰即能发出闪光时的最低温度 是衡量易燃性的指标 对低速重载 润滑不充分的场合具有特别重要的意义 在重载 高速 高温条件下 可改善边界润滑性能 一般要求工作温度比油的闪点低30 40 5 凝点 在规定条件下 不再自由流动时的最高温度 润滑油在低温下工作的重要指标 直接影响到机器的启动性能和磨损情况 6 氧化稳定性 当润滑油暴露在高温气体中时 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 14 第四章摩擦 磨损及润滑概述 2 润滑脂 润滑油与各种稠化剂 钙 钠 铝 锂等金属皂 混合稠化而成 优点 缺点 密封简单 不需要经常添加 不易流失 对速度和温度不敏感 适用范围广 摩擦损耗较大 机械效率低 不适宜高速场合 润滑脂的主要质量指标 2 滴点 1 锥入度 稠度 一个重1 5N的标准锥体 于25 恒温下 由润滑脂表面经5s刺入的深度 以0 lmm计 标志着润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱 润滑脂的牌号就是该润滑脂锥入度的等级 温度升高时 润滑脂第一滴掉下时的温度 表征润滑脂耐高温的性能 15 第四章摩擦 磨损及润滑概述 钠基润滑脂 锂基润滑脂 铝基润滑脂 钙基润滑脂 分类 抗水性良好 耐热能力差 t 55 65 耐热性较高 t 120 抗水性较差 能与少量水乳化而保护金属免遭腐蚀 抗水性好耐高温 t 145 有较好的机械安定性是一种多用途的润滑脂 抗水性良好在金属表面吸附能力强 起到防锈作用 16 第四章摩擦 磨损及润滑概述 油性添加剂 种类 二 添加剂 极压添加剂 分散净化剂 消泡添加剂 抗氧化添加剂 降凝剂 增粘剂 普通润滑油 润滑脂在一些十分恶劣的工作条件下 如高温 低温 重载 真空等 会很快劣化变质 失去润滑能力 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