第4章___摩擦磨损与润滑

1、机械设计机械设计第第4章摩擦、磨损与润滑章摩擦、磨损与润滑 磨损过程很复杂，涉及到弹塑性力学，金磨损过程很复杂，涉及到弹塑性力学，金属学，表面物理和化学等多门学科。属学，表面物理和化学等多门学科。研究摩擦、磨损和润滑的科学与技术称为研究摩擦、磨损和润滑的科学与技术称为摩擦学摩擦学。运用摩擦学知识进行的设计称为运用摩擦学知识进行的设计称为摩擦学设计摩擦学设计。摩擦摩擦：两个相互接触的物体在外力作用下发生相对运动或：两个相互接触的物体在外力作用下发生相对运动或有运动趋势时，在接触表面上产生切向运动阻力的一种物有运动趋势时，在接触表面上产生切向运动阻力的一种物理现象；理现象；磨损磨损：摩擦的结果；：

2、摩擦的结果；润滑润滑：降低摩擦、减少磨损的重要措施。：降低摩擦、减少磨损的重要措施。 摩擦与磨损是研究具有相对运动、相互作用的摩擦与磨损是研究具有相对运动、相互作用的两表面间有关理论与实践的一门科学。两表面间有关理论与实践的一门科学。4.1 摩擦的种类及其基本性质摩擦的种类及其基本性质 4.1.1 分类分类静摩擦静摩擦动摩擦动摩擦滚动摩擦滚动摩擦滑动摩擦滑动摩擦干摩擦干摩擦边界摩擦边界摩擦流体摩擦流体摩擦混合摩擦混合摩擦内摩擦内摩擦外摩擦外摩擦随着随着n/pn/p增加增加摩擦状态摩擦状态边界摩擦边界摩擦 流体摩擦流体摩擦摩擦系数摩擦系数大大 小小 稍增大稍增大不同状态下油膜厚度不同状态下油膜厚

3、度边界摩擦边界摩擦h 0有磨损有磨损混合摩擦混合摩擦h R有磨损有磨损流体摩擦流体摩擦h R无磨损无磨损4.1.2 摩擦特性曲线摩擦特性曲线 说明：说明：4.1.3 磨损曲线磨损曲线 干摩擦：两摩擦表面直接接触，干摩擦：两摩擦表面直接接触， 表面间无任何润滑剂的摩擦。表面间无任何润滑剂的摩擦。4.2 干摩擦干摩擦 1. 机械摩擦啮合理论机械摩擦啮合理论库仑定律（适用于粗糙表面）：库仑定律（适用于粗糙表面）：= F/N 干摩擦的三个理论干摩擦的三个理论2. 表面吸附理论（适用于光滑表面）表面吸附理论（适用于光滑表面） 两表面间的表面分两表面间的表面分子相互吸附子相互吸附3. 粘着理论（工程上常用

4、）粘着理论（工程上常用）NrscFArBFABscFN4.3 边界摩擦边界摩擦3. 化学反应膜：润滑油中加入硫、磷、氯等元素的化合物、化学反应膜：润滑油中加入硫、磷、氯等元素的化合物、 添加剂与金属表面化学反应添加剂与金属表面化学反应2. 温度对边界膜有影响，温度高边界膜强度低必须限制温度对边界膜有影响，温度高边界膜强度低必须限制pv值值边界膜的种类：边界膜的种类：1. 物理吸附膜：润滑油中的极性分子与金属表面相互吸引物理吸附膜：润滑油中的极性分子与金属表面相互吸引2. 化学吸附膜：润滑油中的分子靠键与金属表面相互吸引化学吸附膜：润滑油中的分子靠键与金属表面相互吸引性质：性质：1. 理论与干摩

5、擦相似，只是摩擦系数小，通常约理论与干摩擦相似，只是摩擦系数小，通常约0.1左右左右 4.4 磨损磨损 磨损：使摩擦表面的物质不断损失的现象。磨损：使摩擦表面的物质不断损失的现象。4.4.1 磨损过程磨损过程 跑合：机器使用初跑合：机器使用初期，改善了机器零件的期，改善了机器零件的适应性、表面形貌和摩适应性、表面形貌和摩擦相容的磨损过程。擦相容的磨损过程。1. 跑合磨损阶段跑合磨损阶段 这一阶段磨损速度较快，跑合后随实际面积不断增大磨这一阶段磨损速度较快，跑合后随实际面积不断增大磨损速度降低，进入稳定磨损阶段。损速度降低，进入稳定磨损阶段。 这一阶段零件以平稳而缓慢的速度磨损，保持稳定这一阶段

6、零件以平稳而缓慢的速度磨损，保持稳定磨损的时间越长，就表示零件寿命越长。磨损的时间越长，就表示零件寿命越长。2. 稳定磨损阶段稳定磨损阶段3. 剧烈磨损阶段剧烈磨损阶段 此阶段零件表面精度下降，间隙增大，使润滑此阶段零件表面精度下降，间隙增大，使润滑状态恶化，温度升高，产生振动、噪音，零件迅速状态恶化，温度升高，产生振动、噪音，零件迅速报废。报废。 但是稳定磨损并不总是能够无限长的持续下去，但是稳定磨损并不总是能够无限长的持续下去，零件运转一定时间后，表面精度下降，零件间间隙增零件运转一定时间后，表面精度下降，零件间间隙增大，零件将进入下一个磨损阶段。大，零件将进入下一个磨损阶段。 零件磨损的

7、程度用磨损量来表示，而磨损的快慢用磨损零件磨损的程度用磨损量来表示，而磨损的快慢用磨损率来表示。率来表示。 磨损率是很重要的参数。在规定磨损率下可以通过实验测磨损率是很重要的参数。在规定磨损率下可以通过实验测定摩擦材料的许用定摩擦材料的许用p、v、pv值；或者在一定的值；或者在一定的p、 v的作的作用下测定磨损率，以便对不同的材料进行耐磨性比较。用下测定磨损率，以便对不同的材料进行耐磨性比较。4.4.2 磨损的种类磨损的种类由于粘着作用使材料由一表面移至另一表面所引起的磨损由于粘着作用使材料由一表面移至另一表面所引起的磨损 1）选择合理摩擦副的材料）选择合理摩擦副的材料 2）选择合适的润滑剂）

8、选择合适的润滑剂 3）控制压力）控制压力 4）限制温度）限制温度 5）提高表面加工质量）提高表面加工质量1. 粘着磨损粘着磨损防止措施：防止措施：2. 磨粒磨损磨粒磨损 材料的硬度越大，耐磨性越大。磨损量随着磨粒平材料的硬度越大，耐磨性越大。磨损量随着磨粒平均尺寸的增大而增大，磨粒的硬度越大，磨损量越大。均尺寸的增大而增大，磨粒的硬度越大，磨损量越大。 硬质颗粒或摩擦表面上的硬质突出物在摩擦过程中引起硬质颗粒或摩擦表面上的硬质突出物在摩擦过程中引起材料脱落的现象。材料脱落的现象。影响因素：影响因素：4. 腐蚀磨损腐蚀磨损3. 疲劳磨损疲劳磨损 交变接触应力作用下，若摩擦副表面上形成疲劳点蚀，交

9、变接触应力作用下，若摩擦副表面上形成疲劳点蚀，有小块金属脱落。有小块金属脱落。1）合理选材）合理选材2）提高表面疲劳寿命）提高表面疲劳寿命3）合理选择表面粗糙度）合理选择表面粗糙度4）合理选择润滑油粘度）合理选择润滑油粘度5）合理选择表面硬度）合理选择表面硬度 材料与周围介质发生化学反应或电化学反应的磨损。如材料与周围介质发生化学反应或电化学反应的磨损。如空气中的酸，润滑油中残存的无机盐、水等。空气中的酸，润滑油中残存的无机盐、水等。预防措施：预防措施： 4.5 流体润滑流体润滑 1. 流体动力润滑流体动力润滑3. 流体静压润滑流体静压润滑2. 弹性液体动力润滑弹性液体动力润滑足够的供油足够的

10、供油收敛形油隙收敛形油隙速度足够大速度足够大润滑油具有一定的黏度润滑油具有一定的黏度形成条件：形成条件：考虑弹性变形及压力对黏度的影响考虑弹性变形及压力对黏度的影响4.6 润滑剂、润滑方法润滑剂、润滑方法4.6.1 润滑剂润滑剂降低摩擦、减少磨损、散热、防锈、缓冲、密封等。降低摩擦、减少磨损、散热、防锈、缓冲、密封等。润滑剂的作用：润滑剂的作用：润滑剂的种类：润滑剂的种类：气体、液体、半固体、固体润滑剂气体、液体、半固体、固体润滑剂常用的润滑剂有润滑油、润滑脂等。常用的润滑剂有润滑油、润滑脂等。 润滑油润滑油润滑脂润滑脂固体润滑剂固体润滑剂转速高、压力小时选粘度转速高、压力小时选粘度低的油；转

11、速低、压力大低的油；转速低、压力大时选粘度高的油；较高温时选粘度高的油；较高温度下工作时用粘度高些的度下工作时用粘度高些的油。油。压力高、滑动速度低时，选压力高、滑动速度低时，选择择 针入度小的脂；反之，选针入度小的脂；反之，选择择 针入度大的脂；润滑脂的针入度大的脂；润滑脂的滴点一般应高于轴承工作温滴点一般应高于轴承工作温度约度约2030。1. 润滑油润滑油有机油、矿物油、化学合成油有机油、矿物油、化学合成油（2） 润滑性（油性）润滑性（油性）（1）粘度）粘度润滑油的性能指标：润滑油的性能指标：（4） 闪点闪点（3）极压性）极压性（5） 凝点凝点（6） 氧化稳定性氧化稳定性2. 润滑脂润滑脂

12、 润滑脂是润滑油与稠化剂的膏状混合物。主要有润滑脂是润滑油与稠化剂的膏状混合物。主要有以下几类：以下几类： 1）钙基润滑脂）钙基润滑脂 2）钠基润滑脂）钠基润滑脂 3）锂基润滑脂）锂基润滑脂 4）铝基润滑脂）铝基润滑脂（1） 针入度针入度（2） 滴点滴点润滑脂的主要性能指标：润滑脂的主要性能指标：4.6.2 添加剂添加剂添加剂的作用：添加剂的作用：1）提高润滑剂的油性、极压性；）提高润滑剂的油性、极压性；2）推迟润滑剂的老化，延长其正常使用寿命；）推迟润滑剂的老化，延长其正常使用寿命；3）改善润滑剂的物理性能。）改善润滑剂的物理性能。 添加剂的种类添加剂的种类：油性添加剂、极压添加剂、分散：油性添加剂、极压添加剂、分散净化剂、消泡添加剂、抗氧化添加剂、