第4章摩擦磨損及潤(rùn)滑概述2015

1、 ： 4-1 4-1 摩擦摩擦4-2 4-2 磨損磨損4-3 4-3 潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方法潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方法 4-4 4-4 流體潤(rùn)滑原理簡(jiǎn)介流體潤(rùn)滑原理簡(jiǎn)介 第第4章章 摩擦、磨損及潤(rùn)滑概述摩擦、磨損及潤(rùn)滑概述4-0 概 述 摩擦學(xué)摩擦學(xué)-研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用表面間的摩擦、磨損研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用表面間的摩擦、磨損和潤(rùn)滑，以及三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門(mén)邊和潤(rùn)滑，以及三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門(mén)邊緣學(xué)科。緣學(xué)科。 摩擦摩擦-相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象； 磨損磨損-由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)

2、移； 潤(rùn)滑潤(rùn)滑-減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。關(guān)于摩擦、磨損與潤(rùn)滑的學(xué)科構(gòu)成了摩擦學(xué)(Tribology)。世界上使用的能源大約有世界上使用的能源大約有 1/31/2 消耗于摩擦。消耗于摩擦。減少摩擦減少摩擦 節(jié)省能源；節(jié)省能源；減少磨損減少磨損 降低設(shè)備維修次數(shù)和費(fèi)用，節(jié)省制造降低設(shè)備維修次數(shù)和費(fèi)用，節(jié)省制造零零 件及其所需材料的費(fèi)用。件及其所需材料的費(fèi)用。一、一、摩擦的分類(lèi)摩擦的分類(lèi)內(nèi)內(nèi) 摩摩 擦：在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對(duì)運(yùn)擦：在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對(duì)運(yùn) 動(dòng)的現(xiàn)象。動(dòng)的現(xiàn)象。外外 摩摩 擦：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間發(fā)生的相互阻礙擦：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)

3、的物體表面間發(fā)生的相互阻礙 作用現(xiàn)象。作用現(xiàn)象。靜靜 摩摩 擦：僅有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)的摩擦。擦：僅有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)的摩擦。動(dòng)動(dòng) 摩摩 擦：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行中的摩擦。擦：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行中的摩擦?；瑒?dòng)摩擦：物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滑動(dòng)?；瑒?dòng)摩擦：物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滑動(dòng)。滾動(dòng)摩擦：物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滾動(dòng)。滾動(dòng)摩擦：物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滾動(dòng)。4-1 摩擦摩擦 1. 干摩擦干摩擦 兩零件表面直接接觸后，因?yàn)槲⒂^局部壓兩零件表面直接接觸后，因?yàn)槲⒂^局部壓力高而形成許多冷焊點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)時(shí)被剪切。力高而形成許多冷焊點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)時(shí)被剪切。 不允許出現(xiàn)干摩擦！不允許出現(xiàn)干摩擦！2. 邊界摩擦邊界摩擦三

4、、三、 滑動(dòng)摩擦狀態(tài)滑動(dòng)摩擦狀態(tài) 功耗功耗 磨損磨損 溫度溫度 燒毀軸瓦燒毀軸瓦 運(yùn)動(dòng)副表面有一層厚度運(yùn)動(dòng)副表面有一層厚度1 m的薄油膜，的薄油膜，不足以將兩金屬表面完全分開(kāi)，其表面不足以將兩金屬表面完全分開(kāi)，其表面部分微觀高峰部分仍將相互搓削。部分微觀高峰部分仍將相互搓削。比干摩擦的磨損輕比干摩擦的磨損輕，f 0.1 0.3v有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開(kāi)，有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開(kāi)，彼此不直接接觸。彼此不直接接觸。是理想的摩擦狀態(tài)。3. 液體摩擦液體摩擦摩擦和磨損極輕摩擦和磨損極輕，f 0.001 0.01 vv v 4. 混合摩擦混合摩擦 v 混合摩擦是指摩擦表面間處于邊界混合摩擦是

5、指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)。混合摩摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系數(shù)擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦?xí)r要小得多。比邊界摩擦?xí)r要小得多。在一般機(jī)器中，處于后三種情況的混合狀態(tài)。 f n/p o邊界摩擦邊界摩擦混合摩擦混合摩擦液體摩擦液體摩擦摩擦特性曲線摩擦特性曲線稱(chēng)無(wú)量綱參數(shù)稱(chēng)無(wú)量綱參數(shù)n/p為軸承特為軸承特性數(shù)。性數(shù)。 -動(dòng)力粘度，p-壓強(qiáng) ，n-每秒轉(zhuǎn)數(shù) 邊界摩擦和混合摩擦在邊界摩擦和混合摩擦在工程實(shí)際中很難區(qū)分，常統(tǒng)工程實(shí)際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱(chēng)為不完全液體摩擦。稱(chēng)為不完全液體摩擦。摩擦學(xué)研究的最新進(jìn)展：摩擦學(xué)研究的最新進(jìn)展：微納米摩擦

6、學(xué)理論微納米摩擦學(xué)理論可實(shí)現(xiàn)：可實(shí)現(xiàn)： f 0.001 -超潤(rùn)滑摩擦狀態(tài)。超潤(rùn)滑摩擦狀態(tài)。機(jī)器的壽命機(jī)器的壽命磨損磨損由于摩擦而導(dǎo)致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。由于摩擦而導(dǎo)致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。磨損曲線磨損曲線 磨合階段磨合階段 磨損量磨損量時(shí)間時(shí)間劇烈磨劇烈磨損階段損階段 穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段 4-2 磨損磨損磨損過(guò)程大致如圖所示：磨損過(guò)程大致如圖所示： 磨合階段磨合階段-包括摩擦表包括摩擦表面輪廓峰的形狀變化和表面面輪廓峰的形狀變化和表面材料被加工硬化兩個(gè)過(guò)程。材料被加工硬化兩個(gè)過(guò)程。穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段-零件在零件在平穩(wěn)而緩慢的速度下磨損。平穩(wěn)而緩慢的速度下磨損。它標(biāo)

7、志著磨擦條件相對(duì)穩(wěn)定。劇烈磨損階段劇烈磨損階段-在經(jīng)過(guò)穩(wěn)定磨損階段后，零件表面遭在經(jīng)過(guò)穩(wěn)定磨損階段后，零件表面遭到破壞，運(yùn)動(dòng)副間隙增大引起而外的動(dòng)載荷和振動(dòng)。零到破壞，運(yùn)動(dòng)副間隙增大引起而外的動(dòng)載荷和振動(dòng)。零件即將進(jìn)入報(bào)廢階段。件即將進(jìn)入報(bào)廢階段。后果后果降低機(jī)器的效率和可靠性，甚至促使機(jī)器提前報(bào)廢。降低機(jī)器的效率和可靠性，甚至促使機(jī)器提前報(bào)廢。 設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)，要求縮短磨合期、延長(zhǎng)穩(wěn)定期、推遲劇烈設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)，要求縮短磨合期、延長(zhǎng)穩(wěn)定期、推遲劇烈磨損期的到來(lái)。磨損期的到來(lái)。它是磨損的不穩(wěn)定階段，在整個(gè)壽命周期內(nèi)時(shí)間很短。磨粒磨損磨粒磨損 磨損的分類(lèi)：磨損的分類(lèi)： 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損

8、 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損 磨損磨損類(lèi)型類(lèi)型 按磨損機(jī)理分按磨損機(jī)理分 按磨損表面按磨損表面外觀可分為外觀可分為 點(diǎn)蝕磨損點(diǎn)蝕磨損 膠合磨損膠合磨損 擦傷磨損擦傷磨損 磨損的機(jī)理：磨損的機(jī)理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損 磨損類(lèi)型：磨損類(lèi)型： 磨粒磨損磨粒磨損也簡(jiǎn)稱(chēng)磨損，也簡(jiǎn)稱(chēng)磨損，外部進(jìn)入摩擦面間的游離硬顆外部進(jìn)入摩擦面間的游離硬顆 粒（如空氣中的塵土或磨損造成的金屬微粒）或硬的輪粒（如空氣中的塵土或磨損造成的金屬微粒）或硬的輪廓峰尖在軟材料表面上犁刨出很多溝紋時(shí)被移去的材料，廓峰尖在

9、軟材料表面上犁刨出很多溝紋時(shí)被移去的材料，一部分流動(dòng)到溝紋兩旁，一部分則形成一連串的碎片脫一部分流動(dòng)到溝紋兩旁，一部分則形成一連串的碎片脫落下來(lái)成為新的游離顆粒，這樣的微粒切削過(guò)程就叫磨落下來(lái)成為新的游離顆粒，這樣的微粒切削過(guò)程就叫磨粒磨損。粒磨損。 磨損的機(jī)理：磨損的機(jī)理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損 磨損類(lèi)型：磨損類(lèi)型： 粘附磨損粘附磨損也稱(chēng)膠合，當(dāng)摩擦表面的輪廓峰在相互作也稱(chēng)膠合，當(dāng)摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點(diǎn)處由于瞬時(shí)的溫升和壓力發(fā)生用的各點(diǎn)處由于瞬時(shí)的溫升和壓力發(fā)生“冷焊冷焊”后，在后，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，

10、材料從一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面，便形相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，材料從一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面，便形成粘附磨損。成粘附磨損。嚴(yán)重嚴(yán)重 的粘附磨損會(huì)造成運(yùn)動(dòng)副咬死。的粘附磨損會(huì)造成運(yùn)動(dòng)副咬死。 磨損的機(jī)理：磨損的機(jī)理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損 磨損類(lèi)型：磨損類(lèi)型： 疲勞磨損疲勞磨損也稱(chēng)點(diǎn)蝕，是由于摩擦表面材料微體積在也稱(chēng)點(diǎn)蝕，是由于摩擦表面材料微體積在 交變的摩擦力作用下，反復(fù)變形所產(chǎn)生的交變的摩擦力作用下，反復(fù)變形所產(chǎn)生的 材料疲勞所引起的機(jī)械磨損。點(diǎn)蝕過(guò)程：材料疲勞所引起的機(jī)械磨損。點(diǎn)蝕過(guò)程：產(chǎn)生初始疲勞裂紋產(chǎn)生初始疲勞裂紋

11、擴(kuò)展擴(kuò)展 微粒脫落，形微粒脫落，形 成點(diǎn)成點(diǎn)蝕坑。蝕坑。 磨損的機(jī)理：磨損的機(jī)理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損 磨損類(lèi)型：磨損類(lèi)型： 沖蝕磨損沖蝕磨損流動(dòng)的液體或氣體中所夾帶的硬質(zhì)物體或硬流動(dòng)的液體或氣體中所夾帶的硬質(zhì)物體或硬 質(zhì)顆粒沖擊零件表面所引起的機(jī)械磨損。利質(zhì)顆粒沖擊零件表面所引起的機(jī)械磨損。利 用高壓空氣輸送型砂或高壓水輸送碎石時(shí)，用高壓空氣輸送型砂或高壓水輸送碎石時(shí)， 管道內(nèi)壁所產(chǎn)生的機(jī)械磨損是實(shí)例之一。管道內(nèi)壁所產(chǎn)生的機(jī)械磨損是實(shí)例之一。近年來(lái)，由于燃?xì)鉁u輪機(jī)的葉片、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的尾噴管這樣一些部位的破

12、壞，才引起人們對(duì)這種磨損形式的特別注意 磨損的機(jī)理：磨損的機(jī)理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損 磨損類(lèi)型：磨損類(lèi)型： 腐蝕磨損腐蝕磨損當(dāng)摩擦表面材料在環(huán)境的化學(xué)或電化學(xué)作當(dāng)摩擦表面材料在環(huán)境的化學(xué)或電化學(xué)作 用下引起腐蝕，在摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)用下引起腐蝕，在摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn) 生生的磨損即為腐蝕磨損。的磨損即為腐蝕磨損。 磨損的機(jī)理：磨損的機(jī)理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損 磨損類(lèi)型：磨損類(lèi)型： 微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損是指摩擦副在微幅運(yùn)動(dòng)時(shí)

13、，由上述各磨損是指摩擦副在微幅運(yùn)動(dòng)時(shí)，由上述各磨損 機(jī)理共同形成的復(fù)合磨損。微幅運(yùn)動(dòng)可理解機(jī)理共同形成的復(fù)合磨損。微幅運(yùn)動(dòng)可理解為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。一、一、 潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑 作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。分類(lèi)分類(lèi)液體液體潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑-潤(rùn)滑油潤(rùn)滑油半固體半固體潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑-潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑脂固體固體潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑1. 潤(rùn)滑油潤(rùn)滑油 種類(lèi)：種類(lèi)：氣體氣體潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑-空氣空氣有機(jī)油有機(jī)油-動(dòng)、植物油動(dòng)、植物油礦物油礦物油-石油產(chǎn)品，石油產(chǎn)品， 化學(xué)合成油化學(xué)合成油 4-3 潤(rùn)滑劑、添加劑

14、和潤(rùn)滑方法潤(rùn)滑劑、添加劑和潤(rùn)滑方法 A在軸承中，潤(rùn)滑油最重要的物理參數(shù)是粘度，它是選擇潤(rùn)滑油的主要依據(jù)。粘度表征液體流動(dòng)的內(nèi)摩擦特性。A、B兩板之間充滿了液體，B板靜止，A板水平移動(dòng)速度為v。由于液體與金屬表面的吸附作用，A板表面的液體速度為v，而B(niǎo)板表面的液體速度為0。兩板之間的速度呈線性分布。液體層與層之間摩擦切應(yīng)力：液體層與層之間摩擦切應(yīng)力：=-dudy-流體中任意點(diǎn)處的切應(yīng)力與該處的速度梯度成正比。流體中任意點(diǎn)處的切應(yīng)力與該處的速度梯度成正比。-液體的動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱(chēng)粘度液體的動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱(chēng)粘度量綱：力量綱：力時(shí)間時(shí)間/ /長(zhǎng)度長(zhǎng)度2單位：?jiǎn)挝唬?N s /m/m2 (Pa ss) 稱(chēng)為

15、泊稱(chēng)為泊 。或厘泊：或厘泊：1P=1 dyn s /cm/cm2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果： oxyydydu分析位置y處薄層的受力 B粘度粘度-重要指標(biāo)，重要指標(biāo)，粘度值越高，油越稠，反之越稀；粘度值越高，油越稠，反之越??； 粘度的種類(lèi)粘度的種類(lèi)動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度條件粘度條件粘度1) 動(dòng)力粘度動(dòng)力粘度- 牛頓液體流動(dòng)定律牛頓液體流動(dòng)定律 1泊泊=100厘泊厘泊工程中常用工程中常用運(yùn)動(dòng)粘度：運(yùn)動(dòng)粘度： = 單位：?jiǎn)挝唬?m m2 / / s 稱(chēng)為斯稱(chēng)為斯St：cmcm2 / /s 或厘斯或厘斯cSt：1St=100 cSt1St=100 cSt2) 運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度 3) 條件粘度條件

16、粘度 指在一定條件下，利用某種規(guī)格的指在一定條件下，利用某種規(guī)格的粘度計(jì)，通過(guò)測(cè)粘度計(jì)，通過(guò)測(cè)定潤(rùn)滑油穿過(guò)規(guī)定孔道的時(shí)間來(lái)進(jìn)行度量的粘度。定潤(rùn)滑油穿過(guò)規(guī)定孔道的時(shí)間來(lái)進(jìn)行度量的粘度。常用的有：常用的有： 恩氏度（恩氏度（ Et） -中國(guó)慣用中國(guó)慣用 賽氏通用秒（賽氏通用秒（SUS）-美國(guó)慣用美國(guó)慣用 雷氏秒雷氏秒 -英國(guó)慣用英國(guó)慣用 運(yùn)動(dòng)粘度與條件粘度之間的換算關(guān)系：運(yùn)動(dòng)粘度與條件粘度之間的換算關(guān)系： cStEEVEtttt64. 80 . 82 . 335. 1時(shí)，當(dāng)cStEEVEtttt0 . 46 . 72 . 3 時(shí)，當(dāng)cStEVEttt14. 72 .16 時(shí)，當(dāng) 潤(rùn)滑油的牌號(hào)與運(yùn)動(dòng)

17、粘度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如：牌潤(rùn)滑油的牌號(hào)與運(yùn)動(dòng)粘度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如：牌號(hào)為號(hào)為L(zhǎng)-AN10的油在的油在40時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度大約為時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度大約為10 cSt。 潤(rùn)滑油的特性：潤(rùn)滑油的特性： 1）粘）粘-溫相關(guān)性溫相關(guān)性 溫度溫度 t 壓力壓力p 但但p 350 才開(kāi)始氧化，才開(kāi)始氧化， 可在水中工作?？稍谒泄ぷ?。-摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣 (- -60300 )，但遇水性能下降。，但遇水性能下降。-摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。使用方式：使用方式：1.1.調(diào)和在潤(rùn)滑油中；調(diào)和在潤(rùn)滑油中；2.2.涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；3.3.混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型?；烊虢饘倩蛩芰戏勰┲袩Y(jié)成型。其應(yīng)用日漸廣泛