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摩擦學論文題目名稱：機械設(shè)計中的摩擦學問題學 校：合肥工業(yè)大學班 級：機械設(shè)計制造及其自動化12-7班學 號：2012216755姓 名：曹志強2015年 6 月機械設(shè)計中的摩擦學問題摘要：本文指出了機械設(shè)計中重視零部件強度問題而忽視摩擦學方面問題的弊病，并分析了摩擦學方面設(shè)計的重要性、需要注意的問題及在機械設(shè)計中摩擦學設(shè)計所涉及的因素，包括彈流潤滑、混合潤滑、潤滑劑應(yīng)用等，并敘述了摩擦學設(shè)計的一般準則。關(guān)鍵詞：摩擦 摩擦學設(shè)計 摩擦學設(shè)計因素 潤滑設(shè)計準則一、前言 摩擦現(xiàn)象在日常生活中隨處可見，它既給人們帶來一些益處，又帶來許多危害。任何機械中都存在著摩擦，摩擦是一種不可逆過程，其結(jié)果必然有能量損耗和產(chǎn)生磨損。據(jù)估計，世界上在工業(yè)方面約有1/3-1/2的能量消耗于摩擦過程中，大約有80%的損壞零件是由各種形式的磨損引起的，由于磨損，會使零件的表面形狀和尺寸遭到緩慢而連續(xù)的破壞，使機械的效率和可靠性逐漸降低，喪失原有的工作性能。控制摩擦、磨損的有效手段是潤滑，因此，把研究有關(guān)摩擦、磨損與潤滑的科學與技術(shù)統(tǒng)稱為摩擦學，把在機械設(shè)計中正確應(yīng)用摩擦學知識與技術(shù)，使之具有良好的摩擦學性能這一過程稱為摩擦學設(shè)計。 在機械設(shè)計中，人們普遍非常重視零部件的強度問題，而往往對涉及到的摩擦、磨損及潤滑問題重視不夠，主要因為摩擦學設(shè)計遠不像強度設(shè)計那樣可以定量分析，它是一個極其復雜的過程，涉及的問題和影響因素眾多。二、機械設(shè)計中摩擦學設(shè)計涉及的因素（一）彈流潤滑（1）潤滑膜高壓性態(tài) 在彈流潤滑條件下，潤滑油通過接觸區(qū)時，壓力急劇增高，液體的粘性轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃乒腆w的粘彈性，大大地增強了油膜的承載力。（2）潤滑膜極限剪切應(yīng)力 彈流潤滑膜處在高剪應(yīng)變率和壓力急劇變化狀態(tài)下，呈非牛頓流體，達到極限剪切應(yīng)力時，彈性潤滑膜為粘塑性性質(zhì)，在油膜內(nèi)部或油膜與固體界面上將出現(xiàn)滑動，從而使油膜壓力降低，甚至喪失承載力。（3）潤滑油膜承載力經(jīng)典潤滑理論認為，隨著載荷增加，潤滑油膜逐漸變薄，當膜厚減小到粗糙度高峰直接接觸時，即為潤滑失效。因此，采用膜厚比入作為潤滑狀態(tài)的判斷準則X -h/ a，式中：h為最小油膜厚度。為表面綜合粗糙度。通常認為入=2-3為全膜彈流潤滑。然而對彈流潤滑的深人研究發(fā)現(xiàn)，上述的判斷準則不完全符合實際。粗糙度高峰附近的局部壓力隨著載荷增加而增加，此壓力產(chǎn)生的表面變形足以使粗糙峰展平而不發(fā)生接觸，這意味著彈流油膜有更大的承載力。（4）乏油與干涸潤滑有關(guān)學者分析了充足供油、乏油和干涸潤滑的性能，并提出了3種狀態(tài)的判別方法。研究表明，彈流潤滑膜可以存在于微米、亞微米甚至納米膜厚很寬的范圍內(nèi)。（二）磨損問題磨損過程相當復雜，關(guān)于它的研究現(xiàn)在還處于初始階段。研究內(nèi)容涉及實際接觸面積、磨損機理、磨屑形成機理及各種參數(shù)對磨損的影響等問題。許多磨損機理和計算方法均帶有很大的局限性，距離工程上的應(yīng)用還有相當大的距離。因此，對磨損規(guī)律、磨損機理及磨損計算方法的研究，應(yīng)當予以足夠的重視。（三）新型潤滑劑的應(yīng)用20世紀50年代以來，各種合成潤滑油有較大的發(fā)展。我國的各種潤滑油、添加劑發(fā)展也很迅速，近幾年來，自潤滑材料的研究和應(yīng)用發(fā)展很快，是十分有前途的潤滑材料。為了生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展，綠色潤滑油和添加劑是今后的發(fā)展方向。三、摩擦學設(shè)計的一般準則從上面的分析可看出，摩擦學涉及到的問題和因素很多，因此目前還沒有一套成熟的設(shè)計理論?，F(xiàn)行的摩擦學設(shè)計依據(jù)主要有摩擦副的工況及運行環(huán)境、摩擦副的接觸類型及運動方式、磨損類型及機理、配對副的精度及零件的重要性。設(shè)計的內(nèi)容包括三個方面，分別是零件的表面形貌設(shè)計、工況參數(shù)和潤滑設(shè)計以及摩擦副材料特別是零件表面及亞表面的顯微組織結(jié)構(gòu)、成分和理化性能設(shè)計。（1）表面形貌設(shè)計表面形貌通常用摩擦副的表面粗糙度來表征。粗糙度是表面的微觀不平狀態(tài)即微凸體的高度及其分布的描述，它直接影響著摩擦副的實際接觸面面積、接觸應(yīng)力、接觸變形類型、表面持油能力及磨粒的嵌人特性等。表面形貌設(shè)計主要是表面粗糙度的設(shè)計。如果表面粗糙度設(shè)計得恰如其分，在摩擦副磨合后就能夠得到適于工況條件的平衡粗糙度。粗糙度設(shè)計的原則有三條：一是用加工精度與粗糙度相對應(yīng)的方式設(shè)計；二是與機械工況相適應(yīng)的潤滑模式設(shè)計；三是特殊的潤滑情況下粗糙度及其紋理方向應(yīng)特殊設(shè)計。（2）潤滑設(shè)計潤滑設(shè)計包括潤滑劑類型的選擇和潤滑方式的確定。潤滑劑影響摩擦副摩擦性能，其關(guān)鍵指標是粘度。在設(shè)計中，潤滑劑的粘度要根據(jù)摩擦副的運動形式和工況參數(shù)來確定，并由粘度決定相應(yīng)的潤滑劑類型。當按運動形式選潤滑劑時，滾動潤滑選用高粘度的潤滑脂，滑動潤滑選用低粘度的潤滑油；當按工況參數(shù)選潤滑劑時，高速低載荷選用低粘度潤滑油，低速高載荷選用高粘度潤滑油。另外，因為機械啟動和停止時，機械的潤滑狀態(tài)要經(jīng)歷邊界潤滑階段，因此，在潤滑油選擇時，潤滑油的油性和極壓性也應(yīng)考慮，保證機械啟動和停車時在邊界狀態(tài)下潤滑條件良好。摩擦副常用的潤滑方式有滴油、浴油、濺油、注油和噴油等幾種。潤滑方式的選擇主要依據(jù)是摩擦副的運動速度，當滑動速度12m/s時，一般選用注油和噴油潤滑方式;當滑動速度在3-12m/s之間時，一般選用濺油或噴油潤滑方式；當滑動速度低于3m/s時，一般選用浴油和滴油潤滑方式。（3）摩擦副表面層設(shè)計在摩擦學設(shè)計中，摩擦副的耐磨層薄膜通常有三種設(shè)計法則：一是摩擦副若是粘著磨損為主，則采用互溶性小、化學活性強而抗剪切強度低的表面層，即用抗剪切強度正梯度法則設(shè)計。二是摩擦副若是磨粒磨損為主，則采用非常硬的表面，如TiC, TiN及表面淬硬層等，即采用表面硬度負梯度法則設(shè)計。三是摩擦副若是幾種摩擦磨損過程混合的情況，即采用強度正梯度法則一硬度負梯度法則的復合梯度法則設(shè)計。四、結(jié)語摩擦學設(shè)計是一門正處于發(fā)展完善中的科學，許多問題還有待解決。摩擦學設(shè)計應(yīng)與機械設(shè)計結(jié)合起來被工程上應(yīng)用，在滿足機械強度的條件下，推導出摩擦學公式，建立以摩擦學為基礎(chǔ)的潤滑模型，使機械設(shè)計更加牢固可靠。參考文