北交大机械设计课件第4章 摩擦磨损润滑

杜永平摩擦磨损润滑概述第四章

摩擦磨损及润滑概述

摩擦（friction）——在正压力作用下，相互接触的两物体受切向力作用而发生相对滑动（或有相对滑动趋势）时，接触面上产生阻碍滑动的阻力的现象。摩擦力（frictionforce）——摩擦时产生的阻力磨损（wear）——摩擦时，摩擦表面材质损失或转移的现象。一、基本概念杜永平摩擦磨损润滑概述润滑（lubrication）——摩擦界面添加介质（油、脂等），以减小摩擦、磨损，降低材料消耗，保证机器可靠工作的现象。摩擦学（tribology）——研究有关摩擦、磨损、润滑的一门科学和技术。二、摩擦1、分类①

按物体是否有运动分静摩擦（staticalfriction）——仅有相对滑动趋势时的摩擦；杜永平摩擦磨损润滑概述动摩擦（kineticfriction）——有相对滑动的摩擦。②

按运动形式分滑动摩擦（slidingfriction）——两表面以相对滑动为主的摩擦；滚动摩擦（rollingfriction）——两表面以滚动为主的摩擦。③

按摩擦界面间的润滑剂情况分干摩擦(dryfriction)——不加任何添加剂的摩擦，这种摩擦事实上不存在，因为两表面间总有油污、氧化膜等，所以，一般以不是有意加添加剂的摩擦。杜永平摩擦磨损润滑概述流体摩擦（fluidfriction）——摩擦表面被一层流体隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦；边界摩擦（boundaryfriction）——两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，其性质取决于吸附膜性质的摩擦；混合摩擦（mixedfriction）——上述任何两种及以上摩擦共存的摩擦。杜永平摩擦磨损润滑概述几种摩擦的界限常以膜厚比来大致估计：式中：hmin——最小公称油膜厚度，

mRq1——接触表面轮廓的均方根偏差，

mRq2——接触表面轮廓的均方根偏差，

m

≤1，边界摩擦；

＝1～3，混合摩擦；

＞3，流体摩擦杜永平摩擦磨损润滑概述2、干摩擦

库仑定律：Ff＝fFn①简单粘着理论

1945年由鲍登（F

P.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很小接触点达到塑性流动接触点被冷焊在一起分开结点的力就是摩擦力：Ff＝ArτB杜永平摩擦磨损润滑概述②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+ΔAri节点增长杜永平摩擦磨损润滑概述③

分子吸引理论两个界面接触分子作用分子键力两个界面发生相对运动剪断分子键摩擦力杜永平摩擦磨损润滑概述④分子——机械理论

摩擦力是摩擦面实际接触区内的粘着作用和表面不平度凸峰的犁刨作用

Fs——摩擦中的粘着分量（粘着阻力）Fp——摩擦中的机械分量（犁削阻力）pe——单位面积的犁沟力s——犁沟面积

杜永平摩擦磨损润滑概述3、边界摩擦①

物理吸附膜

f较低，熔点低，只能在低速轻载下起润滑作用。②

化学吸附膜有较低的剪切强度，较高的熔点，能在较高的速度和载荷下起润滑作用。杜永平摩擦磨损润滑概述③

化学反应膜具有低的剪切强度和高的熔点，可在十分恶劣的条件下起润滑作用。油性——物理吸附膜、化学吸附膜的润滑性能极压性——化学反应膜的润滑性能。4、流体摩擦当润滑油量多到一定程度，形成的油膜厚度大到超过能将两个表面接触的微凸体完全分开，此时，没有金属的直接接触，润滑性能取决于润滑油本身的性质。杜永平摩擦磨损润滑概述5、混合摩擦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。三、

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%。杜永平摩擦磨损润滑概述磨损带来的危害：

①影响零件的运动质量；

②改变了零件的尺寸；

③降低了零件的可靠性。

1、按磨损阶段分①

跑合(running-in)磨损阶段跑合的目的：磨掉不平高峰，增大接触面积，提高承载能力。磨合是逐渐加载、逐渐提速的过程。稳定磨损跑合磨损急剧磨损时间磨损量稳定磨损跑合磨损急剧磨损时间磨损率杜永平摩擦磨损润滑概述②

稳定磨损阶段磨损以平稳而缓慢的速度进行，标志磨损条件保持相对稳定。③

急剧磨损阶段经过稳定磨损阶段，零件工作到寿命期，磨损速度加快。设计或使用机器，要力求缩短磨合期、延长稳定磨损期、推迟急剧磨损期的到来。杜永平摩擦磨损润滑概述2、按磨损类型分①

粘着磨损（adhesivewear）摩擦表面的微凸体在相互作用的各处发生“冷焊”后，在相对滑动过程中，材料从一个表面迁移到另一个表面的现象。减轻粘着磨损的措施a、合理选择配对摩擦副材料，选择粘着倾向小的配对材料；b、采用油性、极压性好的润滑剂；c、限制摩擦表面的温度；d、控制压强。杜永平摩擦磨损润滑概述②

磨料磨损（abrasivewear）从外部进入摩擦面间的游离硬颗粒或硬的微凸体峰尖在较软材料的表面上犁刨出很多沟纹的现象。QHaHa<HmHa≈HmHa>HmHa磨料硬度Hm材料硬度影响磨料磨损速率的因素：材料的硬度Hm；磨料的硬度Ha。杜永平摩擦磨损润滑概述③

疲劳磨损（fatiguewear）零件受交变接触应力的反复作用，在零件工作表面或表面下一定深度处形成疲劳裂纹，随着裂纹的扩展与相互连接，将造成颗粒从零件工作表面上脱落，形成疲劳坑的现象——点蚀。影响疲劳磨损的因素：表面光洁度；润滑油粘度；零件表面的硬度和芯部的硬度。杜永平摩擦磨损润滑概述④

腐蚀磨损（corrosivewear）摩擦过程中，零件摩擦副与周围介质发生化学反应或电化学反应所产生的磨损。影响腐蚀磨损的主要因素介质的酸碱性；零件表面生成的氧化膜性质；环境温度。杜永平摩擦磨损润滑概述⑤

冲蚀磨损（erosionwear）

含有硬质微粒的液体冲击到固体表面所造成的磨损。影响因素：微粒与固体表面的摩擦系数；微粒的冲击速度；微粒冲击速度的方向与固体表面所夹角。⑥

微动磨损（frettingwear）紧联接表面在循环变应力、振动、接触面产生的弹性变形差异等引起的磨损。杜永平摩擦磨损润滑概述四、

润滑（lubrication）降低摩擦、减轻磨损；保护零件不被锈蚀；散热降温（循环油）；缓冲吸振（液体不可压缩性）；密封（润滑脂）。1、润滑的作用2、润滑剂（lubricant）及主要指标（1）

润滑油（lubricatingoil）动物油、植物油、矿物油、化学合成油杜永平摩擦磨损润滑概述①

粘度（viscosity）流体抵抗变形的能力，标志着流体内部摩擦阻力的大小，即粘度大，流动性差。粘性流体摩擦定律：A板以速度V运动，B板静止不动，则贴近A板的流体以速度V运动，贴近B板的流体静止，流体的运动是层流，各层之间存在相对滑移，各层界面上就有剪切力：杜永平摩擦磨损润滑概述A、动力粘度

单位：Pa·S（国际），N·s/m2（C.G.S）B、运动粘度

单位：m2/s

＝

／

——流体密度C、条件粘度

E

单位：°Et杜永平摩擦磨损润滑概述影响粘度的因素温度：温度高，粘度低；压力：粘度随压力的增大而提高压力低于20Mpa时，影响很小；超过20Mpa时，影响明显

p——压力p时的粘度，Pa·S；

0——105Pa压力下的粘度，Pa·S；

——粘压系数，

＝（1~3）×10-8m2／N。杜永平摩擦磨损润滑概述②

油性物理吸附膜，化学吸附膜③极压性化学反应膜。④氧化稳定性润滑油抗氧化的能力。⑤

闪点（flashpoint）衡量易燃性的指标，高温下工作很重要。⑥凝固点（solidifyingpoint）衡量低温下工作的性能。杜永平摩擦磨损润滑概述（2）

润滑脂（grease）

钙基润滑脂纳基润滑脂锂基润滑脂铝基润滑脂①、针入度衡量润滑脂的稠密程度，针入度小，承载能力大。②、滴点衡量润滑脂的耐高温能力。杜永平摩擦磨损润滑概述（3）添