第四章摩擦磨損與潤(rùn)滑ppt課件

1、第四章第四章 摩擦、磨損及潤(rùn)滑概述摩擦、磨損及潤(rùn)滑概述概述：概述：q摩擦是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間的相互阻礙作用摩擦是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象現(xiàn)象q磨損是由于摩擦而造成的能量損失和物體表面磨損是由于摩擦而造成的能量損失和物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；材料的損失或轉(zhuǎn)移；q光滑是減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。光滑是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)關(guān)于摩擦、磨損與潤(rùn)滑的學(xué)科構(gòu)成了摩擦學(xué)(Tribology)(Tribology)。概述：概述： 世界上使用的能源大約有世界上使用的能源大約有 1/3 1/31/2 1/2 消耗于摩消耗于摩擦。如果能夠盡力減少無(wú)

2、用的摩擦消耗，便可大量擦。如果能夠盡力減少無(wú)用的摩擦消耗，便可大量節(jié)省能源。另外，機(jī)械產(chǎn)品的易損零件大部分是由節(jié)省能源。另外，機(jī)械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過(guò)限度而報(bào)廢和更換的，如果能控制和減于磨損超過(guò)限度而報(bào)廢和更換的，如果能控制和減少磨損，則既減少設(shè)備維修次數(shù)和費(fèi)用，又能節(jié)省少磨損，則既減少設(shè)備維修次數(shù)和費(fèi)用，又能節(jié)省制造零件及其所需材料的費(fèi)用。制造零件及其所需材料的費(fèi)用。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，摩擦學(xué)的理論和應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，摩擦學(xué)的理論和應(yīng)用必將由宏觀進(jìn)入微觀，由靜態(tài)進(jìn)入動(dòng)態(tài)，由定性必將由宏觀進(jìn)入微觀，由靜態(tài)進(jìn)入動(dòng)態(tài)，由定性進(jìn)入定量，成為系統(tǒng)綜合研究的領(lǐng)域。進(jìn)入定量，成為系統(tǒng)

3、綜合研究的領(lǐng)域。 第一節(jié)第一節(jié) 摩摩 擦擦一、摩擦的機(jī)理一、摩擦的機(jī)理q“機(jī)械說(shuō)機(jī)械說(shuō)”產(chǎn)生摩擦的原因是表面微凸體的相互產(chǎn)生摩擦的原因是表面微凸體的相互阻礙作用；阻礙作用；q“分子說(shuō)分子說(shuō)”產(chǎn)生摩擦的原因是表面材料分子間的產(chǎn)生摩擦的原因是表面材料分子間的吸力作用；吸力作用；q“機(jī)械分子說(shuō)機(jī)械分子說(shuō)”兩種作用均有。兩種作用均有。二、摩擦的分類二、摩擦的分類內(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)動(dòng)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。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)生的相互阻礙作擦：在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體表面間發(fā)生的相互阻礙作用現(xiàn)象。用現(xiàn)象。靜靜 摩摩 擦：僅有

4、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。滑動(dòng)摩擦：物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滑動(dòng)，常用。滑動(dòng)摩擦：物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滑動(dòng)，常用。滾動(dòng)摩擦：物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滾動(dòng)，高速、滾動(dòng)摩擦：物體表面間的運(yùn)動(dòng)形式是相對(duì)滾動(dòng)，高速、高精度、重載。高精度、重載。三、三、 種滑動(dòng)摩擦狀態(tài)種滑動(dòng)摩擦狀態(tài)干摩擦：表面間無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜的純金屬接觸時(shí)干摩擦：表面間無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜的純金屬接觸時(shí)的摩擦。的摩擦。不允許出現(xiàn)干摩擦！不允許出現(xiàn)干摩擦！功耗功耗 磨損磨損 溫度溫度 燒毀軸瓦燒毀軸瓦 三、三、 種滑動(dòng)摩擦狀態(tài)種

5、滑動(dòng)摩擦狀態(tài) 邊界摩擦：摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開(kāi)，其摩擦性邊界摩擦：摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開(kāi)，其摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面的吸附性能時(shí)的摩擦質(zhì)取決于邊界膜和表面的吸附性能時(shí)的摩擦f 0.1 f 0.1 0.3 0.3 。流體摩擦：摩擦表面被流體膜隔開(kāi)，摩擦性質(zhì)取決于流體內(nèi)流體摩擦：摩擦表面被流體膜隔開(kāi)，摩擦性質(zhì)取決于流體內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦。流體摩擦?xí)r的摩擦系數(shù)最小，且部分子間粘性阻力的摩擦。流體摩擦?xí)r的摩擦系數(shù)最小，且不會(huì)有磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)不會(huì)有磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)f 0.001 0.01 f 0.001 0.01 。混合摩擦：摩擦表面間處于邊界摩擦和流體

6、摩擦的混合狀態(tài)?；旌夏Σ粒耗Σ帘砻骈g處于邊界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)比邊界摩擦?xí)r要混合摩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。小得多。邊界摩擦和混合摩擦在工程實(shí)際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完邊界摩擦和混合摩擦在工程實(shí)際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。全液體摩擦。第二節(jié)第二節(jié) 磨磨 損損一、典型的磨損過(guò)程一、典型的磨損過(guò)程 O時(shí) 間tt磨損量qq穩(wěn) 定 磨 損 階 段磨 合 磨損 階 段III劇 烈 磨 損 階 段III一、典型的磨損過(guò)程一、典型的磨損過(guò)程1 1、磨合磨損過(guò)程、磨合磨損過(guò)程2 2、穩(wěn)定磨損階段、穩(wěn)定磨損階段 3 3、急劇磨損

7、階段、急劇磨損階段 新的零件在開(kāi)始使用時(shí)一般處于這一階段，磨損率新的零件在開(kāi)始使用時(shí)一般處于這一階段，磨損率較高，所占時(shí)間比率較小較高，所占時(shí)間比率較小 經(jīng)磨合的摩擦表面加工硬化，形成了穩(wěn)定的表面粗經(jīng)磨合的摩擦表面加工硬化，形成了穩(wěn)定的表面粗糙度，摩擦條件保持相對(duì)穩(wěn)定，磨損較緩糙度，摩擦條件保持相對(duì)穩(wěn)定，磨損較緩, ,該段時(shí)間長(zhǎng)該段時(shí)間長(zhǎng)短反映零件的壽命短反映零件的壽命 經(jīng)穩(wěn)定磨損后，零件表面破壞，運(yùn)動(dòng)副間隙增大經(jīng)穩(wěn)定磨損后，零件表面破壞，運(yùn)動(dòng)副間隙增大動(dòng)載振動(dòng)動(dòng)載振動(dòng)潤(rùn)滑狀態(tài)改變潤(rùn)滑狀態(tài)改變溫升溫升磨損速度急劇上磨損速度急劇上升升直至零件失效直至零件失效 二、磨損的機(jī)理二、磨損的機(jī)理 關(guān)于磨

8、損機(jī)理與分類的見(jiàn)解頗不一致，大體上可關(guān)于磨損機(jī)理與分類的見(jiàn)解頗不一致，大體上可概括為：概括為：磨粒磨損也簡(jiǎn)稱磨損，是外部進(jìn)入摩擦表面的游離磨粒磨損也簡(jiǎn)稱磨損，是外部進(jìn)入摩擦表面的游離硬顆粒或硬的輪廓峰尖所引起的磨損。硬顆?；蛴驳妮喞寮馑鸬哪p。疲勞磨損也稱點(diǎn)蝕，是由于摩擦表面材料微體積在疲勞磨損也稱點(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)生的材料疲勞所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磨損。引起的磨損。粘附磨損也稱膠合，當(dāng)摩擦表面的輪廓峰在相互作粘附磨損也稱膠合，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

9、和壓力發(fā)生“冷焊后，冷焊后，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，材料從一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面，在相對(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。便形成粘附磨損。二、磨損的機(jī)理二、磨損的機(jī)理沖蝕磨損流體中所夾帶的硬質(zhì)物質(zhì)或顆粒，在流體沖蝕磨損流體中所夾帶的硬質(zhì)物質(zhì)或顆粒，在流體沖擊力作用下而在摩擦表面引起的磨損。沖擊力作用下而在摩擦表面引起的磨損。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)作用下引起腐蝕，在摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的磨損即用下引起腐蝕，在摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的磨損即為腐蝕磨損。為腐蝕磨損。微動(dòng)磨損是指摩擦副在微幅運(yùn)動(dòng)時(shí)，由上述各磨損微動(dòng)磨損是指

10、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)可理解為不足以機(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)。使磨粒脫離摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。第三節(jié)第三節(jié) 潤(rùn)潤(rùn) 滑滑 一、潤(rùn)滑劑分類一、潤(rùn)滑劑分類潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑液體如油、水及液態(tài)金屬）液體如油、水及液態(tài)金屬）氣體如空氣或其他氣態(tài)工作介質(zhì)）氣體如空氣或其他氣態(tài)工作介質(zhì)）半固體如潤(rùn)滑脂）半固體如潤(rùn)滑脂）固體如石墨、二硫化鉬、聚四氟乙稀）固體如石墨、二硫化鉬、聚四氟乙稀）二、潤(rùn)滑劑及主要性能二、潤(rùn)滑劑及主要性能 1. 1. 潤(rùn)滑油潤(rùn)滑油 動(dòng)植物油、礦物油、合成油。動(dòng)植物油、礦物油、合成油。1 1粘度粘度 粘度是潤(rùn)滑

11、油的主要質(zhì)量指標(biāo)，粘度值越高，粘度是潤(rùn)滑油的主要質(zhì)量指標(biāo)，粘度值越高，油越稠，反之越稀。油越稠，反之越稀。 粘度的種類有很多，如：動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、粘度的種類有很多，如：動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、條件粘度等。條件粘度等。 工程中常用運(yùn)動(dòng)粘度，單位是：工程中常用運(yùn)動(dòng)粘度，單位是：St(St(斯斯) )或或 cSt(cSt(厘斯厘斯) )，量綱為，量綱為(m2/s)(m2/s)；二、潤(rùn)滑劑及主要性能二、潤(rùn)滑劑及主要性能2 2潤(rùn)滑性油性）潤(rùn)滑性油性）: :與被潤(rùn)滑件形成油膜的能力。與被潤(rùn)滑件形成油膜的能力。3 3凝點(diǎn)：在特定條件下，潤(rùn)滑油不能自由流動(dòng)的最凝點(diǎn)：在特定條件下，潤(rùn)滑油不能自由流動(dòng)的最高溫度；

12、高溫度；4 4閃點(diǎn)：蒸發(fā)油氣運(yùn)到火焰發(fā)出閃光的最低溫度，閃點(diǎn)：蒸發(fā)油氣運(yùn)到火焰發(fā)出閃光的最低溫度，衡量其易燃性；衡量其易燃性；5 5氧化穩(wěn)定性：高溫氣體中發(fā)生氧化、沉積的現(xiàn)象氧化穩(wěn)定性：高溫氣體中發(fā)生氧化、沉積的現(xiàn)象二、潤(rùn)滑劑及主要性能二、潤(rùn)滑劑及主要性能2 2、潤(rùn)滑脂、潤(rùn)滑脂 鈣基潤(rùn)滑脂、鈉基潤(rùn)滑脂、鋰基潤(rùn)滑鈣基潤(rùn)滑脂、鈉基潤(rùn)滑脂、鋰基潤(rùn)滑性能指標(biāo)：性能指標(biāo)：1 1針入度針入度 ，反映其稠度大小。，反映其稠度大小。2 2滴點(diǎn)滴點(diǎn) ，決定工作溫度。，決定工作溫度。3.3.固體潤(rùn)滑劑固體潤(rùn)滑劑石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。三、潤(rùn)滑裝置三、潤(rùn)滑裝置1. 油杯油杯 針閥

13、針閥式油式油杯杯旋蓋式油杯旋蓋式油杯 脂用脂用壓注式油杯壓注式油杯彈簧彈簧蓋油蓋油杯杯2. 油環(huán)油環(huán) 一、動(dòng)壓潤(rùn)滑的形成和原理和條件一、動(dòng)壓潤(rùn)滑的形成和原理和條件第四節(jié)第四節(jié) 流體動(dòng)壓潤(rùn)滑基本流體動(dòng)壓潤(rùn)滑基本原理原理FFFF先分析平行板的情況。板B靜止，板A以速度向左運(yùn)動(dòng)，板間充滿潤(rùn)滑油，無(wú)載荷時(shí)， 液體各層的速度呈三角形分布，近油量與處油量相等，板A不會(huì)下沉。但若板A有載荷時(shí)，油向兩邊擠出，板A逐漸下沉，直到與B板接觸。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！ v vvh1aah2cc如兩板不平行板。板間間隙呈沿運(yùn)動(dòng)方向由大到小呈收斂楔形分布，且板A有載荷， 當(dāng)板A運(yùn)動(dòng)時(shí)

14、，兩端速度若程虛線分布，則必然進(jìn)油多而出油少。由于液體實(shí)際上是不可壓縮的，必將在板內(nèi)擠壓而形成壓力，迫使進(jìn)油端的速度往內(nèi)凹，而出油端的速度往外鼓。進(jìn)油端間隙大而速度曲線內(nèi)凹，出油端間隙小而速度曲線外凸，進(jìn)出油量相等，同時(shí)間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡，板A不會(huì)下沉。這說(shuō)明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜。這種因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜稱為動(dòng)壓油膜。各截面的速度圖不一樣，從凹三角形過(guò)渡到凸三角形，中間必有一個(gè)位置呈三角形分布。動(dòng)壓油膜動(dòng)壓油膜-因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜。因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜。 v vvh0bbFF形成動(dòng)壓油膜的必要條件：形成動(dòng)壓油膜的必要條件：1.兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；兩工件之間的間

15、隙必須有楔形間隙；2.兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤(rùn)滑油或其它液體；兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤(rùn)滑油或其它液體；3.兩工件表面必須有相對(duì)滑動(dòng)速度。其運(yùn)動(dòng)方向必須兩工件表面必須有相對(duì)滑動(dòng)速度。其運(yùn)動(dòng)方向必須保證潤(rùn)滑油從大截面流進(jìn)，從小截面出來(lái)。保證潤(rùn)滑油從大截面流進(jìn)，從小截面出來(lái)。 Fy =F Fx 0 Fy =F Fx = 0向心軸承動(dòng)壓油膜的形成過(guò)程：向心軸承動(dòng)壓油膜的形成過(guò)程：靜止靜止 爬升爬升 將軸起抬將軸起抬轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高質(zhì)心左移質(zhì)心左移穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速e -偏心距偏心距eB二、流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程二、流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程假設(shè)條件：假設(shè)條件：1.Z向

16、無(wú)限長(zhǎng)，潤(rùn)滑油在向無(wú)限長(zhǎng)，潤(rùn)滑油在Z向沒(méi)有流動(dòng)；向沒(méi)有流動(dòng)；2.壓力壓力 p 不隨不隨 y 值的大小而變化；值的大小而變化；3.潤(rùn)滑油粘度潤(rùn)滑油粘度 不隨壓力而變化；不隨壓力而變化；4.潤(rùn)滑油處于層流狀態(tài)。潤(rùn)滑油處于層流狀態(tài)。取微單元進(jìn)行受力分析取微單元進(jìn)行受力分析: +dp+dppAxzypdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0=dd ydxdpdydu=整理后得：整理后得：又有：又有：=dxdpd2ud y2得：得：任意一點(diǎn)的油膜壓力p沿x方向的變化率，與該點(diǎn)y向的速度梯度的導(dǎo)數(shù)有關(guān)。對(duì)對(duì)y積分得：積分得：u= y2+C1y+C2 21dxdp邊界條件：邊界條件：當(dāng)當(dāng)y=0時(shí)，時(shí)，u=-v C2 = -v當(dāng)當(dāng)y=h時(shí)，時(shí)，u=0 C1= h +21dxdphvvvFaaccxzy代入得：代入得： u= (y2- hy) +21dxdpv vhy-h212130hvhdxdpudyqhx任意截面內(nèi)的流量：任意截面內(nèi)的流量：依據(jù)流體的連續(xù)性原理，通過(guò)不同截面的流量是相等的021vhqxb-b截面內(nèi)的流量：截面內(nèi)的流量：