机械设计基础第二章摩擦、磨损及润滑

1、第二章 摩擦、磨损及润滑,21 摩擦与磨损,各类机器在工作时，其各零件相对运动的接触部分都存在着摩擦，摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象。摩擦不仅消耗能量，而且使零件发生磨损，甚至导致零件失效。据统计，世界上l312的能源消耗在摩擦上，而各种机械零件因磨损失效的也占全部失效零件的一个以上。磨损是摩擦的结果，润滑则是减少摩擦和磨损的有力措施，这三者是相互联系不可分割的。,根据摩擦副表面间的润滑状态将摩擦状态分为四种：,一、摩擦及其分类,1. 干摩擦：两物体滑动表面 无任何润滑剂或保护膜,2. 液体摩擦：油膜保护（1.5-2微米）,3. 边界摩擦：油膜厚度小于1.5微米，介于1和2之间,4.

2、混合摩擦：1、2、3混合,干摩擦最不利,边界摩擦最低要求,液体摩擦,混合摩擦,一、干摩擦,摩擦理论：,库仑公式,新理论：分子机械理论、能量理论、粘着理论,简单粘着理论：,二、边界摩擦（边界润滑）,物理吸附膜如图,常温、轻载、低速,化学吸附膜,中等载荷、速度和温度,化学反应膜,重载、高速和高温,三、混合摩擦（润滑）,膜厚比,越大，油膜承载比例大，f越小,四、流体摩擦（润滑）,膜厚比 5,全液体摩擦,22 磨损,一、典型的磨损过程,1、跑合磨损过程,2、稳定磨损阶段,3、急剧磨损阶段,在一定载荷作用下形成一个稳定的表面粗糙度，且在以后过程中，此粗糙度不会继续改变，所占时间比率较小,经磨合的摩擦表面

3、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、磨损的类型,1、粘着磨损,当摩擦副受到较大正压力作用时，由于表面不平，其顶峰接触点受到高压力作用而产生弹、塑性变形，附在摩擦表面的吸附膜破裂、温升后使金属的顶峰塑性面牢固地粘着并熔焊在起，形成冷焊结点。在两摩擦表面相对滑动时，材料便从一个表面转移到另一个表面，成为表面凸起，促使摩擦表面进一步磨损。这种由于粘着作用引起的磨损，称为粘着磨损。 粘着磨损按程度不同可分为五级：轻微磨损、涂抹、擦伤、撕脱、咬死。

4、 合理地选择配对材料(如选择异种金属)，采用表面处理(如表面热处理、喷镀、化学处理等)，限制摩擦表面的温度，控制压强及采用含有油性极压添加剂的润滑剂等，都可减轻粘着磨损。,2020/7/26,课件,8,2、磨粒磨损,由于摩擦表面上的硬质突出物或从外部进入摩擦表面的硬质颗粒，对摩擦表面起到切削或刮擦作用，从而引起表层材料脱落的现象，称为磨粒磨损。这种磨损是最常见的一种磨损形式，应设法减轻这种磨损。 为减轻磨粒磨损，除注意满足润滑条件外，还应合理地选择摩擦副的材料、降低表面粗糙度值以及加装防护密封装置等。,2020/7/26,课件,9,3、表面疲劳磨损,两摩擦表面为点或线接触时、由于局部的弹性变形

5、形成了小的接触区。这些小的接触区形成的摩擦副如果受变化接触应力的作用，则在其反复作用下，表层将产生裂纹。随着裂纹的扩展与相互连接，表层金属脱落，形成许多月牙形的浅坑，这种现象称为疲劳磨损，也称点蚀。 合理地选择材料及材料的硬度(硬度高则抗疲劳磨损能力强)，选择粘度高的润滑油，加入极压添加剂或MoS2及减小摩擦面的粗糙度值等，可以提高抗疲劳磨损的能力。,2020/7/26,课件,10,4、腐蚀磨损,在摩擦过程中，摩擦面与周围介质发生化学或电化学反应而产生物质损失的现象，称为腐蚀磨损。腐蚀磨损可分为氧化磨损、特殊介质腐蚀磨损、气蚀磨损等。腐蚀也可以在没有摩擦的条件下形成，这种情况常发生于钢铁类零件

6、，如化工管道、泵类零件、柴油机缸套等。,2020/7/26,课件,11,性能指标：,1）粘度,2）油性,3）凝点,4）闪点和燃点,5）极压性能,6）氧化稳定性,2、润滑脂,钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑脂,性能指标：,1）针入度,2）滴点,3）安定性,3、固体润滑剂,石墨、二硫化钼、氮化硼,、蜡、 聚氟乙烯、 酚醛树脂,23 润滑,一、润滑剂及主要性能,1、润滑油,有机油、矿物油、合成油,4、润滑剂的添加,二、粘性定律与润滑油的粘度,1、粘性定律,牛顿粘性定律,流体的动力粘度,2、粘度常用单位,（1）动力粘度,单位：Ns/m2,（2）运动粘度v,物理单位：cm2/s，1St（斯）,（3）条件

7、粘度（相对粘度）恩氏粘度,3、影响润滑油粘度的主要因素,（1）温度,润滑油的粘度随着温度的升高而降低,粘度指数VI,（2）压力,P10MP时，随PP,三、流体润滑简介,1 流体动力润滑,液体动力润滑 、气体动力润滑,2）相对速度v足够大，油楔中有足够的油量,实现条件： 1）两滑动表面沿运动方向的间隙是由大至小的形状,雷诺方程,2、弹性流体动力润滑,3、流体静力润滑,四、润滑方法和润滑装置,油润滑的方法多种多样，其分类标准大概有两种：集中润滑或分散润滑。 分散润滑比集中润滑简便。集中润滑需要一个多出口的润滑装置供油，而分散润滑中各摩擦剔的润滑装置则是各自独立的。,1.油润滑装置,（1）手工给油润

8、滑装置 （2）滴油润滑装置 （3）油浴润滑装置 （4）飞溅润滑装置,2020/7/26,课件,20,2.脂润滑装置,（1）手工润滑装置 （2）滴下润滑装置 （3）集中润滑装置,3.固体润滑装置,4.气体润滑装置,2020/7/26,课件,21,24 密封,一、密封装置的分类,（1）静密封 ：密封后密封件之间固定不动 （2）动密封：如旋转轴和轴承盖的密封,密封件的分类见表2.3,二、常用密封装置,1.回转运动密封装置,O型密封圈：运动速度v2-5m/s J型、U型密封圈：用于较高转速 毡圈密封圈：用于低速脂润滑处,（1）密封圈密封装置,2020/7/26,课件,22,(2）端面密封装置：常用在高温、高压、高速或腐蚀介质工作 条件下的回转轴,（3）曲路密封装置：适用于环境差、转速高的轴,2. 移动运动密封装置：机器中相对移动的零件间的密封称为移 动密封，多采用密封圈密封,（1）O型密封圈 （2）V型密封圈 （3）Y型和U型密封