第四章 摩擦、磨损与润滑.ppt

1、第四章 摩擦、磨损及润滑概述,概述：,摩擦是相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象 磨损是由于摩擦而造成的能量损失和物体表面材料的损失或转移； 润滑是减轻摩擦和磨损所应采取的措施。,关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学(Tribology)。,概述：,世界上使用的能源大约有 1/31/2 消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗，便可大量节省能源。另外，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，如果能控制和减少磨损，则既减少设备维修次数和费用，又能节省制造零件及其所需材料的费用。,随着科学技术的发展，摩擦学的理论和应用必将由宏观进入微观，由静态进入动态，由定性进入定量，成为

2、系统综合研究的领域。,第一节 摩 擦,一、摩擦的机理,“机械说”产生摩擦的原因是表面微凸体的相互阻碍作用； “分子说”产生摩擦的原因是表面材料分子间的吸力作用； “机械分子说”两种作用均有。,二、摩擦的分类,内 摩 擦：在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运动的现象。 外 摩 擦：在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍作用现象。 静 摩 擦：仅有相对运动趋势时的摩擦。 动 摩 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，常用。 滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动，高速、高精度、重载。,三、 种滑动摩擦状态,干摩擦：表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。,

3、不允许出现干摩擦！,功耗,磨损,温度,烧毁轴瓦,三、 种滑动摩擦状态,边界摩擦：摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，其摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦f 0.1 0.3 。 流体摩擦：摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。流体摩擦时的摩擦系数最小，且不会有磨损产生，是理想的摩擦状态f 0.001 0.01 。 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。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。 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。,第二节 磨 损,一、典型的磨损过程,一、典型的磨损过程,1、磨合磨损

4、过程,2、稳定磨损阶段,3、急剧磨损阶段,新的零件在开始使用时一般处于这一阶段，磨损率较高，所占时间比率较小,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,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,二、磨损的机理,关于磨损机理与分类的见解颇不一致，大体上可概括为： 磨粒磨损也简称磨损，是外部进入摩擦表面的游离硬颗粒或硬的轮廓峰尖所引起的磨损。 疲劳磨损也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的材料疲劳所引起的磨损。 粘附磨损也称胶合，当摩擦表面的轮

5、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。,二、磨损的机理,冲蚀磨损流体中所夹带的硬质物质或颗粒，在流体冲击力作用下而在摩擦表面引起的磨损。 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。 微动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。微幅运动可理解为不足以使磨粒脱离摩擦副的相对运动。,第三节 润 滑,一、润滑剂分类,润滑剂,液体（如油、水及液态金属）,气体（如空气或其他气态工作介质）,半固体（如润滑脂）,固体（如石墨、二硫化钼、聚四氟乙稀

6、）,二、润滑剂及主要性能,1. 润滑油 动植物油、矿物油、合成油。 1）粘度 粘度是润滑油的主要质量指标，粘度值越高，油越稠，反之越稀。 粘度的种类有很多，如：动力粘度、运动粘度、条件粘度等。 工程中常用运动粘度，单位是：St(斯)或 cSt(厘斯)，量纲为(m2/s)；,二、润滑剂及主要性能,2）润滑性（油性）:与被润滑件形成油膜的能力。 3）凝点：在特定条件下，润滑油不能自由流动的最高温度； 4）闪点：蒸发油气运到火焰发出闪光的最低温度，衡量其易燃性； 5）氧化稳定性：高温气体中发生氧化、沉积的现象,二、润滑剂及主要性能,2、润滑脂 钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑 性能指标： 1）针入度

7、 ，反映其稠度大小。 2）滴点 ，决定工作温度。 3.固体润滑剂 石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。,三、润滑装置,1. 油杯,针阀式油杯,旋盖式油杯 脂用,压注式油杯,弹簧盖油杯,2. 油环,一、动压润滑的形成和原理和条件,第四节 流体动压润滑基本原理,先分析平行板的情况。板B静止，板A以速度向左运动，板间充满润滑油，无载荷时， 液体各层的速度呈三角形分布，近油量与处油量相等，板A不会下沉。但若板A有载荷时，油向两边挤出，板A逐渐下沉，直到与B板接触。,两平形板之间不能形成压力油膜！,如两板不平行板。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布，且板A有载荷， 当板A运动时，两端速度若程虚线分布，

8、则必然进油多而出油少。由于液体实际上是不可压缩的，必将在板内挤压而形成压力，迫使进油端的速度往内凹，而出油端的速度往外鼓。进油端间隙大而速度曲线内凹，出油端间隙小而速度曲线外凸，进出油量相等，同时间隙内形成的压力与外载荷平衡，板A不会下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动而产生的压力油膜称为动压油膜。各截面的速度图不一样，从凹三角形过渡到凸三角形，中间必有一个位置呈三角形分布。,动压油膜-因运动而产生的压力油膜。,形成动压油膜的必要条件：,1.两工件之间的间隙必须有楔形间隙；,2.两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；,3.两工件表面必须有相对滑动速度。其运动方向必须保证润滑油

9、从大截面流进，从小截面出来。, Fy =F Fx 0, Fy =F Fx = 0,向心轴承动压油膜的形成过程：,静止,爬升,将轴起抬 转速继续升高,稳定运转达到工作转速,e -偏心距,二、流体动压润滑的基本方程,假设条件：,1.Z向无限长，润滑油在Z向没有流动；,2.压力 p 不随 y 值的大小而变化；,3.润滑油粘度 不随压力而变化；,4.润滑油处于层流状态。,取微单元进行受力分析:,pdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0,整理后得：,又有：,任意一点的油膜压力p沿x方向的变化率，与该点y向的速度梯度的导数有关。,对y积分得：,边界条件：,当y=0时，u=-v,C2 = -v,当y=h时，u=0,代入得：,任意截面内的流量：,依据流体的连续性原理，通过不同截面的流量是相等的,b-b截面内的流量：,该处速度呈三角形分布，间隙厚度为h0,负号表示流速的方向与x方向相反，因流经两个截