润滑剂、添加剂与润滑方法

1、4-1 4-1 摩擦摩擦4-2 4-2 磨损磨损4-3 4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法润滑剂、添加剂和润滑方法 4-4 4-4 流体润滑原理简介流体润滑原理简介 4-0 4-0 概述概述第第4 4章章 机械零件设计概论机械零件设计概论4-0 4-0 概概 述述 摩擦学摩擦学-研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损和润滑，研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。 摩擦摩擦- -相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象；相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象； 磨损磨损- -由于摩擦而造成的物体表面材料的

2、损失或转移；由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移； 润滑润滑- -减轻摩擦和磨损所应采取的措施。减轻摩擦和磨损所应采取的措施。世界上使用的能源大约有世界上使用的能源大约有 1/31/2 1/31/2 消耗于摩擦。消耗于摩擦。 机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的。报废和更换的。减少摩擦减少摩擦 节省能源；节省能源；减少磨损减少磨损 降低设备维修次数和费用，节省制造零降低设备维修次数和费用，节省制造零 件及其所需材料的费用。件及其所需材料的费用。二、摩擦的分类二、摩擦的分类内内 摩摩 擦：在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运擦：

3、在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运 动的现象。动的现象。外外 摩摩 擦：在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍擦：在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍 作用现象。作用现象。静静 摩摩 擦：仅有相对运动趋势时的摩擦。擦：仅有相对运动趋势时的摩擦。动动 摩摩 擦：在相对运动进行中的摩擦。擦：在相对运动进行中的摩擦。滑动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滑动。滑动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滑动。滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动。滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动。 “ “机械说机械说” ” - -摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用；摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用； “ “分子说

4、分子说” ” - -摩擦原因是表面材料分子间的吸力作用；摩擦原因是表面材料分子间的吸力作用；一、摩擦的机理一、摩擦的机理 “ “机械分子说机械分子说”两种作用均有。两种作用均有。4-1 4-1 摩擦摩擦1. 1. 干摩擦干摩擦 两零件表面直接接触后，因为微观局部压两零件表面直接接触后，因为微观局部压力高而形成许多冷焊点，运动时被剪切。力高而形成许多冷焊点，运动时被剪切。 不允许出现干摩擦！不允许出现干摩擦！2. 2. 边界摩擦边界摩擦三、三、 滑动摩擦状态滑动摩擦状态 功耗功耗 磨损磨损 温度温度 烧毁轴瓦烧毁轴瓦 运动副表面有一层厚度运动副表面有一层厚度1 m1 m的薄油膜，的薄油膜，不足以

5、将两金属表面完全分开，其表面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。部分微观高峰部分仍将相互搓削。比干摩擦的磨损轻比干摩擦的磨损轻，f f 0.1 0.30.1 0.3v有一层压力油膜将两金属表面隔开，有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不直接接触。彼此不直接接触。是理想的摩擦状态。3. 3. 液体摩擦液体摩擦摩擦和磨损极轻摩擦和磨损极轻，f f 0.001 0.01 0.001 0.01 vvv4. 4. 混合摩擦混合摩擦 v 混合摩擦是指摩擦表面间处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态。混合摩

6、擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。小得多。 f f n/p n/p o o边界摩擦边界摩擦混合摩擦混合摩擦液体摩擦液体摩擦摩擦特性曲线摩擦特性曲线称无量纲参数称无量纲参数n/pn/p为轴承为轴承特性数。特性数。 边界摩擦和混合摩擦在边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统工程实际中很难区分，常统称为不完全液体摩擦。称为不完全液体摩擦。摩擦学研究的最新进展：摩擦学研究的最新进展：微纳米摩擦学理论微纳米摩擦学理论可实现：可实现： f f 0.001 -0.001 -超润滑摩擦状态。超润滑摩擦状态。机器的寿命机器的寿命磨损磨损由于摩擦而导致零件表面

7、材料的逐渐丧失或迁移。由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。磨损曲线磨损曲线 磨合阶段磨合阶段 磨损量磨损量时间时间剧烈剧烈磨损磨损阶段阶段 稳定磨损阶段稳定磨损阶段 4-2 4-2 磨磨损损磨损过程大致如图所示：磨损过程大致如图所示： 磨合阶段磨合阶段-包括摩擦表面轮包括摩擦表面轮廓峰的形状变化和表面材料被廓峰的形状变化和表面材料被加工硬化两个过程。加工硬化两个过程。稳定磨损阶段稳定磨损阶段-零件在平稳零件在平稳而缓慢的速度下磨损。而缓慢的速度下磨损。剧烈磨损阶段剧烈磨损阶段-在经过稳定磨损阶段后，零件表面遭到破在经过稳定磨损阶段后，零件表面遭到破坏，运动副间隙增大引起而外的动载荷和振

8、动。零件即将进坏，运动副间隙增大引起而外的动载荷和振动。零件即将进入报废阶段。入报废阶段。后果后果降低机器的效率和可靠性，甚至促使机器提前报废。降低机器的效率和可靠性，甚至促使机器提前报废。 设计机器时，要求缩短磨合期、延长稳定期、推迟剧烈磨设计机器时，要求缩短磨合期、延长稳定期、推迟剧烈磨损期的到来。损期的到来。磨粒磨损磨粒磨损 磨损的分类：磨损的分类： 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损磨损类型类型 按磨损机理分按磨损机理分 按磨损表面按磨损表面外观可分为外观可分为 点蚀磨损点蚀磨损 胶合磨损胶合磨损 擦伤磨损擦伤磨损 磨损的机理

9、：磨损的机理： 磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型： 磨粒磨损磨粒磨损也简称磨损，外部进入摩擦面间的游离硬颗也简称磨损，外部进入摩擦面间的游离硬颗 粒（如空气中的尘土或磨损造成的金属微粒）或硬的轮粒（如空气中的尘土或磨损造成的金属微粒）或硬的轮廓峰尖在软材料表面上犁刨出很多沟纹时被移去的材料，廓峰尖在软材料表面上犁刨出很多沟纹时被移去的材料，一部分流动到沟纹两旁，一部分则形成一连串的碎片脱一部分流动到沟纹两旁，一部分则形成一连串的碎片脱落下来成为新的游离颗粒，这样的微粒切削过程就叫磨落下来成为新的游离颗

10、粒，这样的微粒切削过程就叫磨粒磨损。粒磨损。潘存云教授研制 磨损的机理：磨损的机理： 磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型： 粘附磨损粘附磨损也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作也称胶合，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用的各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷冷 焊焊”后，在相对运动时，材料从一个表面迁后，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。严重移到另一个表面，便形成粘附磨损。严重 的粘附磨损会造成运动副咬死。的粘附磨损会造成运动副咬死。潘存云教授研

11、制 磨损的机理：磨损的机理： 磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型： 疲劳磨损疲劳磨损也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在 交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的 材料疲劳所引起的机械磨损。点蚀过程：材料疲劳所引起的机械磨损。点蚀过程： 产生初始疲劳裂纹产生初始疲劳裂纹扩展扩展 微粒脱落，形微粒脱落，形 成点蚀坑。成点蚀坑。 潘存云教授研制 磨损的机理：磨损的机理： 磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损

12、 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型： 冲蚀磨损冲蚀磨损流动的液体或气体中所夹带的硬质物体或硬流动的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，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是实例之一。管道内壁所产生的机械磨损是实例之一。潘存云教授研制 磨损的机理：磨损的机理： 磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型： 腐蚀磨损腐蚀磨损当摩擦表面材料在环境的化学或电

13、化学作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。生的磨损即为腐蚀磨损。 磨损的机理：磨损的机理： 磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型： 微动磨损微动磨损是指摩擦副在微幅运动时，由上述各磨损是指摩擦副在微幅运动时，由上述各磨损 机理共同形成的复合磨损。微幅运动可理机理共同形成的复合磨损。微幅运动可理 解为不足以使磨粒脱离摩擦副的相对运动。解为不足以使磨粒脱离摩擦副的相对运动。 应用实例应用实例：轴与孔的过盈配合面、

14、滚动轴承套圈的配合面、：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。旋合螺纹的工作面、铆钉的工作面等。一、一、 润滑剂润滑剂 作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。分类分类液体润滑剂液体润滑剂-润滑油润滑油半固体润滑剂半固体润滑剂-润滑脂润滑脂固体润滑剂固体润滑剂1. 1. 润滑油润滑油 矿物油来源充足、成本低廉、稳定性好、因而应用广。矿物油来源充足、成本低廉、稳定性好、因而应用广。种类：种类：气体润滑剂气体润滑剂-空气空气有机油有机油-动、植物油动、植物油矿物油矿物油-石油产品，石油产品， 化学合成

15、油化学合成油 4-3 4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法润滑剂、添加剂和润滑方法 A A液体层与层之间摩擦切应力：液体层与层之间摩擦切应力：=dududydy- -流体中任意点处的切应力与该处的速度梯度成正比。流体中任意点处的切应力与该处的速度梯度成正比。-液体的动力粘度，简称粘度液体的动力粘度，简称粘度 量纲：力量纲：力时间时间/ /长度长度2 2单位：单位： N s /mN s /m2 2 (Pa s) (Pa s) 称为泊称为泊 。或厘泊：或厘泊：1P=1 dyn s /cm1P=1 dyn s /cm2 2 实验结果：实验结果： o ox xy yy ydydyduduB B粘度粘度-重

16、要指标，粘度值越高，油越稠，反之越稀；重要指标，粘度值越高，油越稠，反之越稀； 粘度的种类粘度的种类动力粘度动力粘度运动粘度运动粘度条件粘度条件粘度1) 1) 动力粘度动力粘度- - 牛顿液体流动定律牛顿液体流动定律 1 1泊泊=100=100厘泊厘泊工程中常用运动粘度：工程中常用运动粘度： = = 单位：单位： mm2 2 / / s s 称为斯称为斯St St：cmcm2 2 /s /s 或厘斯或厘斯cStcSt：1St=100 cSt1St=100 cSt2) 2) 运动粘度运动粘度 3) 3) 条件粘度条件粘度 指在一定条件下，利用某种规格的粘度计，通过测指在一定条件下，利用某种规格的

17、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。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：常用的有： 恩氏度（恩氏度（ E Et t） -中国惯用中国惯用 赛氏通用秒（赛氏通用秒（SUSSUS）-美国惯用美国惯用 雷氏秒雷氏秒 -英国惯用英国惯用 运动粘度与条件粘度之间的换算关系：运动粘度与条件粘度之间的换算关系： cStEEVEtttt64. 80 . 82 . 335. 1时，当cStEEVEtttt0 . 46 . 72 . 3 时，当cStEVEttt14. 72 .16 时，当 润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系，如：牌润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系

18、，如：牌号为号为L-AN10L-AN10的油在的油在4040时的运动粘度大约为时的运动粘度大约为10 cSt10 cSt。潘存云教授研制润滑油的特性：润滑油的特性： 1 1）粘）粘-温相关性温相关性 温度温度 t t 压力压力p p 但但p 10 Mpap 350 t 350 才开始氧化，才开始氧化， 可在水中工作。可在水中工作。-摩擦系数低，使用温度范围广摩擦系数低，使用温度范围广 (-60300 )(-60300 )，但遇水性能下降。，但遇水性能下降。-摩擦系数低，只有石墨的一半。摩擦系数低，只有石墨的一半。使用方式：使用方式：1. 1.调和在润滑油中；调和在润滑油中；2.2.涂覆、烧结在

19、摩擦表面形成覆盖膜；涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；3.3.混入金属或塑料粉末中烧结成型。混入金属或塑料粉末中烧结成型。油性添加剂油性添加剂 种类种类添加剂添加剂-为了改善润滑剂品质和性能而添加的物质。为了改善润滑剂品质和性能而添加的物质。二、添加剂二、添加剂 非极压油非极压油软化温度软化温度t/ t/ 摩擦系数摩擦系数 f f含脂肪酸和极压添加剂的油含脂肪酸和极压添加剂的油含脂肪含脂肪酸的油酸的油含极压添含极压添加剂的油加剂的油作用作用-提高油性、极压性、延长使用寿命、改善性能。提高油性、极压性、延长使用寿命、改善性能。极压添加剂极压添加剂分散净化剂分散净化剂消泡添加剂消泡添加剂抗氧化添加剂

20、抗氧化添加剂降凝剂降凝剂增粘剂增粘剂润滑油润滑在工程中的应用最普遍，其供油方式有：润滑油润滑在工程中的应用最普遍，其供油方式有：三、润滑方法三、润滑方法润滑方式润滑方式 人工给油；人工给油； 油杯滴油；油杯滴油；浸油润滑、飞溅给油；浸油润滑、飞溅给油；用油泵强制润滑和冷却。用油泵强制润滑和冷却。低速传动低速传动高速传动高速传动甩油环甩油环喷油润滑喷油润滑 油泵油泵冷冷却却器器滴油润滑滴油润滑 浸油润滑浸油润滑 飞溅润滑飞溅润滑 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制针阀针阀式油式油杯杯旋盖式油杯旋盖式油杯潘存云教授研制压注式油杯压注式油杯弹簧盖油杯弹簧盖油杯四、润滑装置四、润滑装置 1.

21、1. 油杯油杯 2. 2. 油环油环 潘存云教授研制一、流体动力润滑一、流体动力润滑 F FF FF FF F v v F F4-4 4-4 流体润滑原理简介流体润滑原理简介 流体动力润滑是指两个作相对运动物体的摩擦表面，借助于相对速度而产流体动力润滑是指两个作相对运动物体的摩擦表面，借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷。生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷。动压油膜动压油膜-因运动而产生的压力油膜。 v v v vv vh h1 1a aa ah h2 2c cc cv vv v两平形板之间不能形成压力油膜！两平形

22、板之间不能形成压力油膜！ F Fp pmaxmaxF F形成动压油膜的必要条件：形成动压油膜的必要条件：1. 1.两工件之间的间隙必须有楔形间隙；两工件之间的间隙必须有楔形间隙；2.2.两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；3.3.两工件表面必须有相对滑动速度。其运动芳方向必两工件表面必须有相对滑动速度。其运动芳方向必 须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。 F Fy y =F =F F Fx x 0 0 F Fy y =F =F F Fx x = 0= 0应用实例应用实例- -向心滑动轴承动压油膜的形

23、成过程：向心滑动轴承动压油膜的形成过程：静止静止 爬升爬升 将轴起抬将轴起抬质心左移质心左移稳定运转稳定运转e e -偏心距偏心距e二、弹性流体动力润滑二、弹性流体动力润滑 弹性流体动力润滑理论弹性流体动力润滑理论-研究在点、线接触条件下，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。两弹性物体间的流体动力润滑膜的力学性质。求解油膜压力分布、润滑膜厚度分布等问题求解油膜压力分布、润滑膜厚度分布等问题 在油膜压力下，摩擦表面的变形的弹性方程；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；表述润滑剂粘度与压力间关系的粘压方程；流体动力润滑的主要方程。流体动力润滑的主要方程。流体动力润滑理论的前提：流体动力润滑理论的前提：-适应于低副中两零件之间的润滑问题，适应于低副中两零件之间的润滑问题， 润滑剂粘度不随压力变化；润滑剂粘度不随压力变化；零件摩擦表面为刚体；零件摩擦表面为刚体； 依靠润滑剂的粘附作用，两圆柱体相互滚动时将依靠润滑剂的粘附作用，两圆柱体相互滚动时将润滑剂带入间隙。由于接触压力较高使接触面发生局润滑剂带入间隙。由于接触压力较高使接触面发生局部变形，接触面积增大，并形成了一个平行缝隙，在部变形，接触面积增大，并形成了一个平行缝隙，在出油口处的接触面边缘出现了使间隙变小的突出部分，出油口处的接触面边缘出现了使间