第4章螺紋聯(lián)接與螺旋傳動

1、4-1 摩擦4-2 磨損4-3 潤滑劑、添加劑和潤滑方法 4-4 流體潤滑原理簡介 4-0 概述第第4章章 機械零件設(shè)計概論機械零件設(shè)計概論生活中哪些摩擦是有益的，哪些是有害的？生活中哪些摩擦是有益的，哪些是有害的？n通過增大接觸面的粗糙程度來增大摩擦通過增大接觸面的粗糙程度來增大摩擦n滾動代替滑動可以將摩擦減小滾動代替滑動可以將摩擦減小 到原來的到原來的1/201/30為什么加了潤滑油的軸承滾動加快？為什么加了潤滑油的軸承滾動加快？n加潤滑油可以使摩擦減小到原來的加潤滑油可以使摩擦減小到原來的1/81/104-0 4-0 概概 述述 摩擦學摩擦學-研究相對運動的作用表面間的摩擦、磨損研究相對

2、運動的作用表面間的摩擦、磨損和潤滑，以及三者間相互關(guān)系的理論與應用的一門邊和潤滑，以及三者間相互關(guān)系的理論與應用的一門邊緣學科。緣學科。 同樣摩擦是機器運轉(zhuǎn)過程中不可避免的物理現(xiàn)象。同樣摩擦是機器運轉(zhuǎn)過程中不可避免的物理現(xiàn)象。世界上世界上1/31/2的能源消耗在摩擦上，各種機械零件的能源消耗在摩擦上，各種機械零件因磨損失效的也占全部失效零件的一半以上。磨損因磨損失效的也占全部失效零件的一半以上。磨損是摩擦的結(jié)果，潤滑則是減少摩擦和磨損的有力措是摩擦的結(jié)果，潤滑則是減少摩擦和磨損的有力措施。施。4-0 4-0 概概 述述 摩擦摩擦-相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；相對運動的物體表面間的相

3、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)移； 潤滑潤滑-減輕摩擦和磨損所應采取的措施。減輕摩擦和磨損所應采取的措施。 機械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過限度而報廢和機械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過限度而報廢和更換的。更換的。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)和費用，節(jié)省制造降低設(shè)備維修次數(shù)和費用，節(jié)省制造零零 件及其所需材料的費用。件及其所需材料的費用。一一、摩擦的分類摩擦的分類內(nèi)內(nèi) 摩摩 擦：擦：在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對 運動的現(xiàn)象。

4、運動的現(xiàn)象。外外 摩摩 擦：擦：在相對運動的物體表面間發(fā)生的相互阻礙在相對運動的物體表面間發(fā)生的相互阻礙 作用現(xiàn)象。作用現(xiàn)象。靜靜 摩摩 擦：擦：僅有相對運動趨勢時的摩擦。僅有相對運動趨勢時的摩擦。動動 摩摩 擦：擦：在相對運動進行中的摩擦。在相對運動進行中的摩擦。滑動摩擦：滑動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滑動。物體表面間的運動形式是相對滑動。滾動摩擦：滾動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滾動。物體表面間的運動形式是相對滾動。4-1 4-1 摩擦摩擦1. 1. 干摩擦干摩擦 兩零件表面直接接觸后，因為微觀局部壓力高而形成許兩零件表面直接接觸后，因為微觀局部壓力高而形成許多冷焊點，運動時被剪

5、切。多冷焊點，運動時被剪切。 不允許出現(xiàn)干摩擦！不允許出現(xiàn)干摩擦！二、二、 滑動摩擦狀態(tài)滑動摩擦狀態(tài) 功耗功耗 磨損磨損 溫度溫度 燒毀軸瓦燒毀軸瓦 潘存云教授研制潘存云教授研制2. 邊界摩擦邊界摩擦三、三、 滑動摩擦狀態(tài)滑動摩擦狀態(tài) 運動副表面有一層厚度運動副表面有一層厚度1 m的薄油膜，不足以將兩金的薄油膜，不足以將兩金屬表面完全分開，其表面部分微觀高峰部分仍將相互屬表面完全分開，其表面部分微觀高峰部分仍將相互搓削。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，有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，彼此不直接接觸。彼此不直接接觸。是理想的摩擦狀態(tài)。3

6、. 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 v潘存云教授研制4. 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)比邊界摩擦時要小得多。比邊界摩擦時要小得多。 邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。不完全液體摩擦。可實現(xiàn)：可實現(xiàn)： f 0.001 -超潤滑摩擦狀態(tài)。超潤滑摩擦狀態(tài)。機器的壽命機器的壽命磨損磨損由于摩擦而導致零

7、件表面材料的逐漸喪失或遷移。由于摩擦而導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 磨損量磨損量時間時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 4-2 磨損磨損磨損過程如圖：磨損過程如圖： 磨合階段磨合階段-包括摩擦表面包括摩擦表面輪廓峰的形狀變化和表面材料輪廓峰的形狀變化和表面材料被加工硬化兩個過程。被加工硬化兩個過程。穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段-零件在平零件在平穩(wěn)而緩慢的速度下磨損。穩(wěn)而緩慢的速度下磨損。劇烈磨損階段劇烈磨損階段-在經(jīng)過穩(wěn)定磨損階段后，零件表面遭到在經(jīng)過穩(wěn)定磨損階段后，零件表面遭到破壞，運動副間隙增大引起而外的動載荷和振動。零件即將

8、破壞，運動副間隙增大引起而外的動載荷和振動。零件即將進入報廢階段。進入報廢階段。 設(shè)計機器時，要求縮短磨合期、延長穩(wěn)定期、推遲劇烈設(shè)計機器時，要求縮短磨合期、延長穩(wěn)定期、推遲劇烈磨損期的到來。磨損期的到來。磨粒磨損磨粒磨損 磨損的分類：磨損的分類： 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 微動磨損微動磨損 磨損磨損類型類型 按磨損機理分按磨損機理分 按磨損表面按磨損表面外觀可分為外觀可分為 點蝕磨損點蝕磨損 膠合磨損膠合磨損 擦傷磨損擦傷磨損 兩種不同的稱謂 磨粒磨損磨粒磨損 ： 磨粒磨損磨粒磨損外部進入摩擦面間的游離硬顆外部進入摩擦面間的游離硬顆 粒（如空氣中

9、的塵土或粒（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被移去的材料，一部分流動到溝紋兩旁，一部分則形成多溝紋時被移去的材料，一部分流動到溝紋兩旁，一部分則形成一連串的碎片脫落下來成為新的游離顆粒，這樣的微粒切削過程一連串的碎片脫落下來成為新的游離顆粒，這樣的微粒切削過程就叫磨粒磨損。就叫磨粒磨損。潘存云教授研制粘附磨損粘附磨損 ： 粘附磨損粘附磨損也稱膠合，當摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點處也稱膠合，當摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點處由于瞬時的溫升和壓力發(fā)生由于瞬時的溫升和壓力發(fā)生“冷焊冷焊”后，

10、在相對運動時，材料從后，在相對運動時，材料從一個表面遷移到另一個表面，便形成粘附磨損。一個表面遷移到另一個表面，便形成粘附磨損。嚴重嚴重 的粘附磨損的粘附磨損會造成運動副咬死。會造成運動副咬死。潘存云教授研制疲勞磨損疲勞磨損 ： 疲勞磨損疲勞磨損也稱點蝕，是由于摩擦表面材料微體積在交變也稱點蝕，是由于摩擦表面材料微體積在交變的摩擦的摩擦 力作用下，反復變形所產(chǎn)生的材料疲勞所引起的機械磨力作用下，反復變形所產(chǎn)生的材料疲勞所引起的機械磨損。點蝕過程：損。點蝕過程：產(chǎn)生初始疲勞裂紋產(chǎn)生初始疲勞裂紋擴展擴展 微粒脫落，形微粒脫落，形 成點成點蝕坑。蝕坑。 潘存云教授研制沖蝕磨損沖蝕磨損 ： 沖蝕磨損沖

11、蝕磨損流動的液體或氣體中所夾帶的硬質(zhì)物體或硬流動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械磨損。利質(zhì)顆粒沖擊零件表面所引起的機械磨損。利 用高壓空氣輸送型砂或高壓水輸送碎石時，用高壓空氣輸送型砂或高壓水輸送碎石時， 管道內(nèi)壁所產(chǎn)生的機械磨損是實例之一。管道內(nèi)壁所產(chǎn)生的機械磨損是實例之一。潘存云教授研制微動磨損微動磨損 是指摩擦副在微幅運動時，由上述各磨損機理共同形是指摩擦副在微幅運動時，由上述各磨損機理共同形成的復合磨損。微幅運動可理解為不足以使磨粒脫離摩成的復合磨損。微幅運動可理解為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對運動。擦副的相對運動。 應用實例應用實例：軸與孔的過盈配合

12、面、滾動軸承套圈的配合面、：軸與孔的過盈配合面、滾動軸承套圈的配合面、旋合螺紋的工作面、鉚釘?shù)墓ぷ髅娴?。旋合螺紋的工作面、鉚釘?shù)墓ぷ髅娴取８g磨損腐蝕磨損 當摩擦表面材料在環(huán)境的化學或電化學作用下引起當摩擦表面材料在環(huán)境的化學或電化學作用下引起腐蝕，在摩擦副相對運動時所產(chǎn)腐蝕，在摩擦副相對運動時所產(chǎn) 生的磨損即為腐蝕磨生的磨損即為腐蝕磨損。損。一、一、 潤滑劑潤滑劑 作用：作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。分類分類液體液體潤滑劑潤滑劑-潤滑油潤滑油半固體半固體潤滑劑潤滑劑-潤滑脂潤滑脂固體固體潤滑劑潤滑劑氣體氣體潤滑劑潤滑劑-空氣空氣

13、4-3 4-3 潤滑劑、添加劑和潤滑方法潤滑劑、添加劑和潤滑方法 1. 1. 潤滑油潤滑油 礦物油來源充足、成本低廉、穩(wěn)定性好、因而應礦物油來源充足、成本低廉、穩(wěn)定性好、因而應用最廣。用最廣。種類：種類：有機油有機油-動、植物油動、植物油礦物油礦物油-石油產(chǎn)品，石油產(chǎn)品， 化學合成油化學合成油 4-3 4-3 潤滑劑、添加劑和潤滑方法潤滑劑、添加劑和潤滑方法 粘度的大小表示了液體流動時其內(nèi)摩擦阻力的大小，粘度的大小表示了液體流動時其內(nèi)摩擦阻力的大小，粘度愈大，內(nèi)摩擦阻力就愈大，液體的流動性就愈粘度愈大，內(nèi)摩擦阻力就愈大，液體的流動性就愈差差 潤滑 粘度可用動力粘度、運動粘度、條件粘度（恩氏粘度

14、可用動力粘度、運動粘度、條件粘度（恩氏粘度）等表示。我國的石油產(chǎn)品常用運動粘度來標粘度）等表示。我國的石油產(chǎn)品常用運動粘度來標定。定。（1）動力粘度（2）運動粘度3/mkg為動力粘度，單位為Pas；為密度，單位為sm2為運動粘度，單位為 。潘存云教授研制潤滑油的特性：潤滑油的特性： 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 10 Mpa時可忽略。時可忽略。變化很小 粘粘-溫溫圖圖 0.080.080.070.070.060.060.050.050.040.040.030.030.020.020.010.013030 4040 50506060 7070 8080 9090

15、L-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32選用原則：選用原則：1) 載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的油；載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的油；2) 載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，宜選用粘度小的油；載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，宜選用粘度小的油； 粘度值的大小不僅影響摩擦粘度值的大小不僅影響摩擦副的運動阻力，而且對潤滑油副的運動阻力，而且對潤滑油膜的形成及承載能力具有決定膜的形成及承載能力具有決定性的作用。性的作用。2. 2. 潤滑脂潤滑脂-潤滑油與各種稠化劑（鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂）混合稠潤滑油與各種稠化劑（鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂）混合稠化而成。化而成。優(yōu)點：優(yōu)點：密封簡單、不需要經(jīng)常添加

16、、不易流失；對速度和溫度密封簡單、不需要經(jīng)常添加、不易流失；對速度和溫度不敏感，適用范圍廣。不敏感，適用范圍廣。缺點：缺點：摩擦損耗較大、機械效率低，不適宜高速場合。摩擦損耗較大、機械效率低，不適宜高速場合。3.潤滑劑的使用 潤滑劑選用的基本原則是：潤滑劑選用的基本原則是： 在低速、重載、高溫、間隙大的情況下，應選用粘度較在低速、重載、高溫、間隙大的情況下，應選用粘度較大的潤滑油；大的潤滑油； 在高速、輕載、低溫、間隙小的情況下應選粘度較小的在高速、輕載、低溫、間隙小的情況下應選粘度較小的潤滑油。潤滑油。 潤滑脂主要用于速度低、載荷大、不需經(jīng)常加油、使用潤滑脂主要用于速度低、載荷大、不需經(jīng)常加

17、油、使用要求不高或灰塵較多的場合。要求不高或灰塵較多的場合。 氣體、固體潤滑劑主要用于高溫、高壓、防止污染等一氣體、固體潤滑劑主要用于高溫、高壓、防止污染等一般潤滑劑不能適用的場合。般潤滑劑不能適用的場合。潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潤滑油供油方式有：潤滑油供油方式有：4 4、潤滑方法、潤滑方法潤滑方式潤滑方式 人工給油；人工給油； 油杯滴油；油杯滴油；浸油潤滑、飛濺給油；浸油潤滑、飛濺給油；用油泵強制潤滑和冷卻。用油泵強制潤滑和冷卻。低速傳動低速傳動高速傳動高速傳動甩油環(huán)甩油環(huán)噴油潤滑噴油潤滑 油泵油泵冷冷卻卻器器滴油潤滑滴油潤滑 浸油潤滑浸油潤滑 飛濺潤滑飛濺潤滑 潘存云教授

18、研制潘存云教授研制潘存云教授研制針閥針閥式油式油杯杯旋蓋式油杯旋蓋式油杯 脂用潘存云教授研制壓注式油杯壓注式油杯彈簧蓋油杯彈簧蓋油杯潤滑裝置潤滑裝置 1. 油杯油杯 潘存云教授研制潘存云教授研制2. 油環(huán)油環(huán) 潘存云教授研制潘存云教授研制一、流體動力潤滑一、流體動力潤滑 FFFF v F4-4 4-4 流體潤滑原理簡介流體潤滑原理簡介 流體動力潤滑是指兩個作相對運動物體的摩擦表面，借助于相流體動力潤滑是指兩個作相對運動物體的摩擦表面，借助于相對速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產(chǎn)對速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷。生的壓力來平衡外載荷

19、。兩平形板之間不能形成壓力油膜！兩平形板之間不能形成壓力油膜！ 潘存云教授研制一、流體動力潤滑一、流體動力潤滑 4-4 4-4 流體潤滑原理簡介流體潤滑原理簡介 流體動力潤滑是指兩個作相對運動物體的摩擦表面，借助于相流體動力潤滑是指兩個作相對運動物體的摩擦表面，借助于相對速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產(chǎn)對速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷。生的壓力來平衡外載荷。動壓油膜動壓油膜-因運動而產(chǎn)生的壓力油膜。 v vvh1aah2ccvvFpmax潘存云教授研制F形成動壓油膜的必要條件：形成動壓油膜的必要條件：1.兩工件之間的間隙必須有楔

20、形間隙；兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；2.兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤滑油或其它液體；兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤滑油或其它液體；3.兩工件表面必須有相對滑動速度。其運動芳方向必兩工件表面必須有相對滑動速度。其運動芳方向必 須保證潤滑油從大截面流進，從小截面出來。須保證潤滑油從大截面流進，從小截面出來。 Fy =F Fx 0 Fy =F Fx = 0應用實例應用實例-向心滑動軸承動壓油膜的形成過程：向心滑動軸承動壓油膜的形成過程：靜止靜止 爬升爬升 將軸起抬將軸起抬轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高質(zhì)心質(zhì)心左移左移穩(wěn)定運轉(zhuǎn)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)達到工作轉(zhuǎn)速e -偏心距偏心距e二、彈性流體動力潤滑二、彈性流體動力潤滑 彈性流體動

21、力潤滑理論彈性流體動力潤滑理論-研究在點、線接觸條件下，研究在點、線接觸條件下，兩彈性物體間的流體動力潤滑膜的力學性質(zhì)。兩彈性物體間的流體動力潤滑膜的力學性質(zhì)。求解油膜求解油膜壓力分布壓力分布、潤滑膜、潤滑膜厚度分布厚度分布等問題等問題 在油膜壓力下，摩擦表面的變形的彈性方程；在油膜壓力下，摩擦表面的變形的彈性方程；表述潤滑劑粘度與壓力間關(guān)系的粘壓方程；表述潤滑劑粘度與壓力間關(guān)系的粘壓方程；流體動力潤滑的主要方程。流體動力潤滑的主要方程。流體動力潤滑理論的前提：流體動力潤滑理論的前提：潤滑劑粘度不隨壓力變化；潤滑劑粘度不隨壓力變化；零件摩擦表面為剛體；零件摩擦表面為剛體；潘存云教授研制潘存云教授研制 依靠依靠潤滑劑的粘附作用，兩圓柱體相互滾動時將潤滑劑的粘附作用，兩圓柱體相互滾動時將潤滑劑帶入間隙。由于接觸壓力較高使接觸面發(fā)生局潤滑劑帶入間隙。由于接觸壓力較高使接觸面發(fā)生局部變形，接觸面積增大，并形成了一個平行縫隙，在部變形，接觸面積增大，并形成了一個平行縫隙，在出油口處的接觸面邊緣出現(xiàn)了使間隙變小的突出部分，出油口處的接觸面邊緣出現(xiàn)了使間隙變小的突出部分，稱為縮頸現(xiàn)象，此處形成了最小油膜厚度，出現(xiàn)了第稱為縮頸現(xiàn)象，此