第4章 摩擦及潤滑狀態(tài)

1、合肥學(xué)院王學(xué)軍摩擦磨損潤滑和密封失效是現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的主要失效原因。消極影響：消耗能源；破壞精度（包括磨損和爬行）；增大噪聲 積極作用：驅(qū)動(摩擦輪、無級變速)緩沖，如宇航員座椅；自鎖，如釘子等。摩擦分類：外摩擦（外摩擦（存在于兩物體表面之間）內(nèi)摩擦（內(nèi)摩擦（流體內(nèi)部產(chǎn)生的粘剪力）按照兩表面的潤滑狀況，摩擦分為：1)干摩擦無潤滑狀態(tài)2)邊界摩擦邊界潤滑狀態(tài)3)流體摩擦流體潤滑狀態(tài)4)混合摩擦混合潤滑狀態(tài)5)薄膜摩擦薄膜潤滑狀態(tài)不加潤滑劑時(shí)，相對運(yùn)動的零件表面直接接觸，這樣產(chǎn)生的摩擦稱為干摩擦干摩擦 ( (如真空中如真空中) )。摩擦力的計(jì)算公式：摩擦力的組成可表示為：fnFf FfrnFFFAF

2、分子機(jī)械 兩表面加入潤滑油后，在金屬表面會形成一層邊界膜，它可能是物理吸附膜物理吸附膜，也可能是化學(xué)化學(xué)反應(yīng)膜反應(yīng)膜。不滿足流體動壓形成條件，或雖有動壓力，但壓力較低，油膜較薄時(shí)，在載荷的作用下，邊界膜互相接觸，橫向剪切力比較弱，這種摩擦狀態(tài)稱為邊界摩擦邊界摩擦。當(dāng)兩摩擦表面被流體（液體或氣體）完全隔開時(shí)，摩擦表面不會產(chǎn)生金屬間的直接摩擦，流體分子層間的粘剪阻力就是摩擦力，這種摩擦稱為流體摩擦流體摩擦。實(shí)現(xiàn)流體摩擦有下列三種方法:1)流體動壓潤滑楔形空間，油膜厚度最大2）彈性流體動壓潤滑考慮了接觸區(qū)彈性變形和壓力對接觸區(qū)潤滑油粘度的影響的動壓潤滑稱為彈性流體動力彈性流體動力潤滑潤滑,簡稱為彈流

3、潤滑彈流潤滑。3) 3) 流體靜壓潤滑流體靜壓潤滑用油泵將潤滑油經(jīng)過節(jié)流器以所需要壓力注入被潤滑表面的油室,再由油室的封油邊流回油箱。當(dāng)動壓潤滑條件不具備，且邊界膜遭破壞時(shí)，就會出現(xiàn)流體摩擦、邊界摩擦和干摩擦同時(shí)存在的現(xiàn)象，這種摩擦狀態(tài)稱為混合摩擦。介于干摩擦和邊界摩擦之間，薄膜厚度僅幾納米，在現(xiàn)代精密機(jī)械系統(tǒng)(Ra很小)或MEMS中普遍存在。磨損：磨損：運(yùn)動副表面材料不斷損失。磨損率磨損率: : 單位時(shí)間內(nèi)材料的磨損體積或重量。 一、磨損過程（三階段）磨損過程（三階段）: :1)跑合磨損階段2)穩(wěn)定磨損階段3)劇烈磨損階段二、磨損分類（根據(jù)磨損機(jī)理）1）粘著磨損：形成：邊界摩擦，載荷大，速度

4、高，邊界膜破壞，表面尖峰接觸?，F(xiàn)象：形成材料轉(zhuǎn)移。影響因素：材料硬度，表面粗糙度，載荷、速度、溫度，不同材料配副。2）磨粒磨損形成：表面微峰或外界硬質(zhì)顆粒進(jìn)入摩擦面?，F(xiàn)象：表面劃傷或犁溝現(xiàn)象。影響因素：環(huán)境，表面硬度、粗糙度。3）疲勞磨損（也稱疲勞點(diǎn)蝕）形成：接觸應(yīng)力反復(fù)作用。軸承、齒輪?，F(xiàn)象：表層金屬剝落，形成點(diǎn)蝕凹坑。影響因素：表面硬度、粗糙度，潤滑油粘度。4）沖蝕磨損形成：一定速度的硬質(zhì)微粒反復(fù)作用，表面受法向力及切向力。燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片、水輪機(jī)葉片?，F(xiàn)象：表面疲勞，材料損失。影響因素：材料硬度5）腐蝕磨損-電化學(xué)作用形成：空氣中的酸、潤滑油中的無機(jī)酸產(chǎn)生化學(xué)作用或電化學(xué)作用?，F(xiàn)象：表面腐

5、蝕并磨損。影響因素：環(huán)境、潤滑油的腐蝕性。6）微動磨損形成：小振幅、大頻率、點(diǎn)或線接觸?，F(xiàn)象：磨損面積小。影響因素：載荷。潤滑劑：潤滑劑：潤滑油、潤滑脂和固體潤滑劑一、潤滑油的粘度潤滑油的粘度反映了潤滑油在外力作用下抵抗剪切變形的能力，也是內(nèi)摩擦力大小的標(biāo)志。式中：A流體剪切面積流體剪切應(yīng)力FA剪切應(yīng)力與流體沿y方向速度的梯度成正比，即-定義為流體的動力粘度 上式稱為牛頓流體粘性定律,凡符合此定律的流體稱為牛頓流體,否則稱為非牛頓流體。-除此以外，還有運(yùn)動粘度和相對粘度（恩氏粘度）/ddy 1）動力粘度圖示,長、寬、高各為1m的流體，如果使立方體頂面流體層相對底面流體層產(chǎn)生1m/s的運(yùn)動速度，

6、所需要的外力F為1N時(shí)，則流體的粘度為1Ns/m，叫做“帕秒”，常用Pas表示。有時(shí)也用“（dyn s/cm2）泊P”、“厘泊cP”表示。換算關(guān)系：1Pa S=10P=1000cP2）運(yùn)動粘度流體的動力粘度與同溫度下的密度的比值,稱為運(yùn)動粘度:單位是cm/s,叫做“斯”,常用St表示換算關(guān)系：1m2/s=104St=106cSt 礦物油=0.850.93) 相對粘度Et恩氏粘度是相對粘度的一種,它是用200ml的粘性流體,在給定的溫度t下流經(jīng)一定直徑和長度的毛細(xì)管所需的時(shí)間,與同體積的蒸餾水在20時(shí)流經(jīng)同樣的毛細(xì)管所需時(shí)間的比值來衡量流體的粘性。恩氏粘度用Et表示1、粘溫特性潤滑油的粘度隨溫度

7、的變化存在指數(shù)關(guān)系:2、潤滑油的粘壓特性粘度和壓力的關(guān)系近似表示為:00/mttt0ape3、油性反映在摩擦表面的吸附性能（邊界潤滑和粗糙表面尤其重要）4、閃點(diǎn)瞬時(shí)燃燒和碳化的溫度； 燃點(diǎn)長時(shí)間連續(xù)燃燒的溫度（高溫性能）；5、凝點(diǎn)冷卻，由液體轉(zhuǎn)變?yōu)椴荒芰鲃拥呐R界溫度； (低溫啟動性能)6、極壓性（EP）, 在重壓下表面膜破裂的最大接觸載荷，用PB表示，(極限載荷）7、酸值限制潤滑劑變質(zhì)后對表面的腐蝕組成：基礎(chǔ)油+稠化劑+添加劑+澎潤土潤滑脂的性能指標(biāo)主要有針入度、滴點(diǎn)、析油量、機(jī)械雜質(zhì)、灰分、水分等1）針入度軟硬程度 H(mm)/0.1阻力大小、流動性強(qiáng)弱標(biāo)準(zhǔn)錐體，150g，25 ，5sh2）滴點(diǎn)-固體流體的溫度轉(zhuǎn)折點(diǎn)，表示耐熱性3）防水性能；4）靜音性能；5）種類A)鈣基脂：抗水，適于輕中重載荷；B)鈉基脂：高溫，但不抗水；C)鋰基脂：多用途，最好；D)鋁基脂：高度耐水性，航運(yùn)機(jī)械E)其它特種潤滑脂（特種合成油、添加劑、稠化劑等）用途用途：真空、輻射、重載等惡劣環(huán)境；種類種類：MoS2，PTFE，石墨，氟化石墨， WS2、納米材料應(yīng)用方法應(yīng)用方法：涂鍍，沉積，粘貼，嵌入，添加劑作用越來越大，在潤滑脂、合成油中不加添加劑，則潤滑很差或沒有潤滑作用種類繁多：油性添加劑，極性分子結(jié)構(gòu)；抗磨