磨擦磨損及潤(rùn)滑課件

第四章摩擦、磨損及潤(rùn)滑概述本章重點(diǎn)摩擦的分類(lèi)及彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本原理

摩擦的分類(lèi)及機(jī)理磨損的種類(lèi)及過(guò)程流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本知識(shí)

本章難點(diǎn)彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本原理主要內(nèi)容第四章摩擦、磨損及潤(rùn)滑概述本章重點(diǎn)摩擦的分類(lèi)及1內(nèi)容提要：

本章主要內(nèi)容是對(duì)摩擦學(xué)所研究的主要對(duì)象(即摩擦、磨損及潤(rùn)滑的基本問(wèn)題)作簡(jiǎn)單扼要的介紹，重點(diǎn)在于闡述摩擦和磨損的分類(lèi)和機(jī)理，形成油膜的動(dòng)壓和靜壓原理，以及彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本知識(shí)。學(xué)習(xí)目標(biāo)：

明確摩擦學(xué)所包含的主要內(nèi)容、研究對(duì)象及發(fā)展摩擦學(xué)的重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值。對(duì)于干摩擦、邊界摩擦、混合摩擦、流體摩擦的機(jī)理和物理特征要有扼要的了解。初步了解磨損的一般規(guī)律及各種磨損的機(jī)理和物理特征。了解潤(rùn)滑的作用及潤(rùn)滑劑的主要質(zhì)量指標(biāo)。掌握流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本概念及楔形效應(yīng)承載原理。摩擦學(xué)（Tribology）內(nèi)容提要：本章主要內(nèi)容是對(duì)摩擦學(xué)所研究的主要對(duì)2§4—1摩擦

一、摩擦的類(lèi)型

(1)、摩擦：內(nèi)摩擦、外摩擦、靜摩擦、動(dòng)摩擦。(2)、根據(jù)位移形式不同分：滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦。(3)、滑動(dòng)摩擦根據(jù)摩擦面間存在潤(rùn)滑劑的情況分：干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦、混合摩擦§4—1摩擦一、摩擦的類(lèi)型(1)、摩擦：內(nèi)摩擦、3邊界摩擦、混合摩擦及流體摩擦都必須具備一定的潤(rùn)滑條件，所以，相應(yīng)的潤(rùn)滑狀態(tài)也常分別稱(chēng)為邊界潤(rùn)滑、混合潤(rùn)滑及流體潤(rùn)滑?？梢杂媚ず癖圈藖?lái)大致估計(jì)兩滑動(dòng)表面所處的摩擦(潤(rùn)滑)狀態(tài)，即

式中：

hmin--兩滑動(dòng)粗糙表面間的最小公稱(chēng)油膜厚度，μm；

Ra1,Ra2--分別為兩表面輪廓算術(shù)平均偏差，μm。

膜厚比:

當(dāng)膜厚比λ≤l時(shí)，為邊界摩擦(潤(rùn)滑)狀態(tài)；當(dāng)λ=l～5時(shí)，為混合摩擦(潤(rùn)滑)狀態(tài)；當(dāng)λ>5時(shí)，為流體摩擦(潤(rùn)滑)狀態(tài)。邊界摩擦、混合摩擦及流體摩擦都必須具備一定的潤(rùn)滑條件41、干摩擦

(1)摩擦理論：

庫(kù)侖公式新理論：分子—機(jī)械理論、能量理論、粘著理論(2)簡(jiǎn)單粘著理論：

τB：結(jié)點(diǎn)材料的剪切強(qiáng)度極限σsy：材料的壓縮屈服極限Ar:真實(shí)接觸面積

摩擦副接觸面積示意圖干摩擦是指表面間無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜的純金屬接觸時(shí)的摩擦。此時(shí)產(chǎn)生較大的摩擦功耗和嚴(yán)重磨損,嚴(yán)禁出現(xiàn).1945年由鮑登(F．P．Bowden)等人提出18世紀(jì)提出1、干摩擦(1)摩擦理論：庫(kù)侖公式新理論：分子—機(jī)5(3)修正粘附理論真空中的潔凈金屬發(fā)生摩擦?xí)r，其摩擦系數(shù)要比常規(guī)環(huán)境里的摩擦系數(shù)大得多。鮑登等人于1964年又提出了一種更切合實(shí)際的修正粘附理論。接觸區(qū)同時(shí)有壓應(yīng)力和切應(yīng)力存在,在復(fù)合應(yīng)力作用下，接觸區(qū)出現(xiàn)了結(jié)點(diǎn)增長(zhǎng)的現(xiàn)象。當(dāng)兩金屬界面被表面膜分隔開(kāi)時(shí),τBj為表面膜的剪切強(qiáng)度極限；當(dāng)剪斷發(fā)生在較軟金屬基體內(nèi)時(shí),τBj為較軟金屬基體的剪切強(qiáng)度極限τB；若表面膜局部破裂并出現(xiàn)金屬粘附結(jié)點(diǎn)時(shí)，τBj將介于較軟金屬的剪切強(qiáng)度極限和表面膜的剪切強(qiáng)度極限之間。(3)修正粘附理論真空中的潔凈金屬發(fā)生摩擦?xí)r，其62、邊界摩擦（邊界潤(rùn)滑）

當(dāng)運(yùn)動(dòng)副的摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開(kāi)，摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面的吸附性能時(shí)的摩擦稱(chēng)為邊界摩擦.膜厚比λ≤l時(shí).其摩擦系數(shù)通常約在0.1左右.圖:單層分子邊界膜的摩擦模型

圖:多層分子邊界膜的按邊界膜形成機(jī)理，邊界膜分為吸附膜(物理吸附膜及化學(xué)吸附膜)和反應(yīng)膜。

合理選擇摩擦副材料和潤(rùn)滑劑，降低表面粗糙度值，在潤(rùn)滑劑中加入適量的油性添加劑和極壓添加劑，都能提高邊界膜強(qiáng)度。2、邊界摩擦（邊界潤(rùn)滑）當(dāng)運(yùn)動(dòng)副的摩擦表面被7二、摩擦的雙重性：4、流體摩擦（潤(rùn)滑）

3、混合摩擦（潤(rùn)滑）

當(dāng)摩擦表面間處于邊界摩擦與流體摩擦的混合狀態(tài)時(shí)(膜厚比λ=l～5)，稱(chēng)為混合摩擦。λ越大，油膜承載比大，f越小。當(dāng)摩擦面間的潤(rùn)滑膜厚度大到足以將兩個(gè)表面的輪廓峰完全隔開(kāi)(即λ>5)時(shí),即形成了完全的流體摩擦(或稱(chēng)全液體摩擦)。摩擦系數(shù)極小(油潤(rùn)滑時(shí)約為0.001～0.008)，而且不會(huì)有磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。1.有利：帶傳動(dòng)、自鎖、汽車(chē)啟動(dòng)2.有害：消耗能量、使零件磨損二、摩擦的雙重性：4、流體摩擦（潤(rùn)滑）3、混合摩擦（潤(rùn)滑）8

§4—2磨損一、典型的磨損過(guò)程1、磨合磨損過(guò)程

運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦將導(dǎo)致零件表面材料的逐漸喪失或遷移，即形成磨損。磨損會(huì)影響機(jī)器的效率，降低工作的可靠性，甚至促使機(jī)器提前報(bào)廢。包括摩擦表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。在一定載荷作用下形成一個(gè)穩(wěn)定的表面粗糙度，且在以后過(guò)程中，此粗糙度不會(huì)繼續(xù)改變，所占時(shí)間比率較小§4—2磨損一、典型的磨損過(guò)程1、磨合磨損過(guò)程9

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,該段時(shí)間長(zhǎng)短反映零件的壽命

3、急劇磨損階段

2、穩(wěn)定磨損階段經(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)→潤(rùn)滑狀態(tài)改變→溫升↑→磨損速度急劇上升→直至零件失效經(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101.粘附磨損二、磨損的類(lèi)型根據(jù)磨損機(jī)理來(lái)分類(lèi):

當(dāng)摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點(diǎn)處發(fā)生"冷焊"后，在相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，材料從一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面，便形成了粘附磨損。降低磨粒磨損的措施：a.滿足潤(rùn)滑條件b.合理選材c.提高表面光潔度d.加強(qiáng)防護(hù)密封裝置降低粘附磨損的措施：a.合理選擇配對(duì)材料b.采取表面處理c.限溫、限壓d.采取含油性極壓添加劑2.磨粒磨損外部進(jìn)入摩擦面間的游離硬顆粒或硬的輪廓峰尖在較軟材料表面上進(jìn)行微切削過(guò)程就叫磨粒磨損。1.粘附磨損二、磨損的類(lèi)型根據(jù)磨損機(jī)理來(lái)分類(lèi):當(dāng)摩擦表面的113.疲勞磨損降低表面疲勞磨損的措施：4.流體磨粒磨損和流體侵蝕磨損5.機(jī)械化學(xué)磨損三、磨損的雙重性2.有害：可靠性降低、機(jī)器失效

1.有利：減小零件表面粗糙度、磨削、研磨c.加極壓添加劑d.提高表面光潔度a.合理選材及其硬度b.選擇粘度高的潤(rùn)滑油疲勞磨損是指由于摩擦表面材料微體積在重復(fù)變形時(shí)疲勞破壞而引起的機(jī)械磨損。流體磨粒磨損是指由流動(dòng)的液體或氣體中所夾帶的硬質(zhì)物體或硬質(zhì)顆粒作用引起的機(jī)械磨損。流體侵蝕磨損是指由液流或氣流的沖蝕作用引起的機(jī)械磨損。機(jī)械化學(xué)磨損是指由機(jī)械作用及材料與環(huán)境的化學(xué)作用或電化學(xué)作用共同引起的磨損。氧化磨損是最常見(jiàn)的機(jī)械化學(xué)磨損之一。3.疲勞磨損降低表面疲勞磨損的措施：4.流體磨粒磨損和流體侵12§4—3潤(rùn)滑

潤(rùn)滑的概念：在摩擦副間加入潤(rùn)滑劑，減低摩擦、減輕磨損的措施。潤(rùn)滑的作用：1.減小摩擦，提高機(jī)械效率；2.減輕磨損，延長(zhǎng)機(jī)械使用壽命;還有冷卻、防塵、吸振、防銹、清洗作用。一、潤(rùn)滑劑及主要性能潤(rùn)滑劑可分為氣體、液體(油)、半固體(脂)和固體四種基本類(lèi)型

§4—3潤(rùn)滑潤(rùn)滑的概念：在摩擦副間加入潤(rùn)滑劑，減低摩擦131、潤(rùn)滑油有機(jī)油、礦物油、合成油性能指標(biāo)：1）粘度：油的流動(dòng)阻力或指抵抗變形的能力。是潤(rùn)滑油最重要的性能之一.2）油性：又叫潤(rùn)滑性，指潤(rùn)滑油中極性分子與金屬表面形成物理吸附膜或化學(xué)吸附膜的潤(rùn)滑性能。3）凝點(diǎn)：又叫流動(dòng)點(diǎn)，潤(rùn)滑油開(kāi)始失去流動(dòng)性的最高溫度。是低溫下工作的潤(rùn)滑油的重要指標(biāo)。4）閃點(diǎn)和燃點(diǎn)：指油在標(biāo)準(zhǔn)儀器中加熱所蒸發(fā)出的油汽，遇火焰能發(fā)出閃光的最低溫度。是高溫工作油的重要指標(biāo)（通常應(yīng)使工作溫度比油的閃點(diǎn)低30～40℃。）.5）極壓性能：是油中加入含硫、氯、磷的有機(jī)極性化合物后，油中極性分子在金屬表面生成抗磨、耐高壓的化學(xué)反應(yīng)邊界膜的性能。6)氧化穩(wěn)定性:

1、潤(rùn)滑油有機(jī)油、礦物油、合成油性能指標(biāo)：1）粘度：油的流動(dòng)142．潤(rùn)滑脂(黃油或干油）是潤(rùn)滑油與稠化劑（如鈣、鋰、鈉的金屬皂)的膏狀混合物。常用潤(rùn)滑脂主要種類(lèi):

(1)鈣基潤(rùn)滑脂

這種潤(rùn)滑脂具有良好的抗水性，但耐熱能力差，工作溫度不宜超過(guò)55～65°C。(2)鈉基潤(rùn)滑脂

這種潤(rùn)滑脂有較高的耐熱性，工作溫度可達(dá)120℃，但抗水性差。由于它能與少量水乳化，從而保護(hù)金屬免遭腐蝕，比鈣基潤(rùn)滑脂有更好的防銹能力。(3)鋰基潤(rùn)滑脂

這種潤(rùn)滑脂既能抗水、耐高溫(工作溫度不宜高于145℃)，而且有較好的機(jī)械安定性，是一種多用途的潤(rùn)滑脂。(4)鋁基潤(rùn)滑脂這種潤(rùn)滑脂具有良好的抗水性，對(duì)金屬表面有高的吸附能力，故可起到很好的防銹作用。2．潤(rùn)滑脂(黃油或干油）是潤(rùn)滑油與稠化劑（如鈣、鋰、鈉的金屬153）安定性3、固體潤(rùn)滑劑

石墨、二硫化鉬、氮化硼、蠟、聚氟乙烯、酚醛樹(shù)脂潤(rùn)滑脂的主要質(zhì)量指標(biāo)

1)錐(針)入度(或稠度)指一個(gè)重1.5N的標(biāo)準(zhǔn)錐體，于25℃恒溫下，由潤(rùn)滑脂表面經(jīng)5s刺入的深度(以0.lmm計(jì))。它標(biāo)志著潤(rùn)滑脂內(nèi)阻力的大小和流動(dòng)性的強(qiáng)弱。錐入度愈小表明潤(rùn)滑脂愈稠。2)滴點(diǎn)在規(guī)定的加熱條件下，潤(rùn)滑脂從標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量杯的孔口滴下第一滴時(shí)的溫度叫潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)。潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)決定了它的工作溫度。潤(rùn)滑脂的工作溫度至少應(yīng)低于滴點(diǎn)20℃。3）安定性3、固體潤(rùn)滑劑石墨、二硫化鉬、氮化硼、蠟、聚氟16二、潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂的添加劑為了提高油的品質(zhì)和使用性能，常加入某些分量雖少(從百分之幾到百萬(wàn)分之幾)但對(duì)潤(rùn)滑劑性能改善起巨大作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)稱(chēng)為添加劑。3.添加劑的作用：1.添加劑的概念：1)提高潤(rùn)滑劑的油性、極壓性和在極端工作條件下更有效的工作能力。2)推遲潤(rùn)滑劑的老化變質(zhì)，延長(zhǎng)其正常便用壽命。3)改善潤(rùn)滑劑的物理性能，如降低凝點(diǎn)、消除泡沫、提高粘度、改進(jìn)其粘---溫特性等。有油性添加劑、極壓添加劑、分散凈化劑、消泡添加劑、抗氧化添加劑、降凝劑、增粘劑等。2.添加劑的種類(lèi):圖添加劑的作用二、潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂的添加劑為了提高油的品質(zhì)和使17三、潤(rùn)滑方法潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂的供應(yīng)方法在設(shè)計(jì)中是很重要的，尤其是油潤(rùn)滑時(shí)的供應(yīng)方法與零件在工作時(shí)所處潤(rùn)滑狀態(tài)有著密切的關(guān)系。1．油潤(rùn)滑向摩擦表面施加潤(rùn)滑油的方法可分間歇式和連續(xù)式兩種。（2）滴油潤(rùn)滑針閥油杯和油芯油杯都可做到連續(xù)滴油潤(rùn)滑。圖：針閥式油杯圖：油芯油杯手工用油壺或油槍向注油杯內(nèi)注油，只能做到間歇潤(rùn)滑。（1）手工定期潤(rùn)滑三、潤(rùn)滑方法潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂的供應(yīng)方法在設(shè)計(jì)中是18(2)油環(huán)潤(rùn)滑油環(huán)套在軸頸上，下部浸在油中。當(dāng)軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)油環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，將油帶到軸頸表面進(jìn)行潤(rùn)滑。(3)飛濺潤(rùn)滑

利用轉(zhuǎn)動(dòng)件(例如齒輪)或曲軸的曲柄等將潤(rùn)滑油濺成油星以潤(rùn)滑軸承。(4)壓力循環(huán)潤(rùn)滑

用油泵進(jìn)行壓力供油潤(rùn)滑,可保證供油充分,能帶走摩擦熱以冷卻軸承。這種潤(rùn)滑方法多用于高速、重載軸承或齒輪傳動(dòng)上。2．脂潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑只能間歇供應(yīng)。加脂方式有人工加脂、脂杯加脂和集中潤(rùn)滑系統(tǒng)供脂，旋蓋式油脂杯是應(yīng)用得最廣的脂潤(rùn)滑裝置。(2)油環(huán)潤(rùn)滑油環(huán)套在軸頸上，下部浸在油中。當(dāng)19四、潤(rùn)滑方法選擇主要根據(jù)零件工作速度、所受載荷和工作環(huán)境要求進(jìn)行選擇。同時(shí)注意集中與分散，間歇與連續(xù)，有無(wú)壓力和循環(huán)要求等。五、潤(rùn)滑油的粘度單位粘度常用單位動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、條件粘度（恩式粘度）等來(lái)表示，我國(guó)的石油產(chǎn)品常用運(yùn)動(dòng)粘度來(lái)表示。四、潤(rùn)滑方法選擇主要根據(jù)零件工作速度、所受載荷20牛頓粘性定律：式中：τ—流體單位面積上的剪切阻力,即切應(yīng)力—流體沿垂直于運(yùn)動(dòng)方向（即沿圖(平行板間液體的層流流動(dòng))中y軸方向或流體膜厚度方向）的速度梯度，式中的“-”號(hào)表示v隨y的增大而減?。沪恰壤?shù),即流體的動(dòng)力粘度；圖：平行板間液體的層流流動(dòng)

（1）動(dòng)力粘度（絕對(duì)粘度）η

牛頓在1687年提出了粘性液的摩擦定律（簡(jiǎn)稱(chēng)粘性定律）即在流體中任意點(diǎn)處的切應(yīng)力均與該處流體的速度梯度成正比。若用數(shù)學(xué)形式表示這一定律，即為：摩擦學(xué)中把凡是服從這個(gè)粘性定律的流體都叫牛頓液體。國(guó)際單位（SI）：Pa·s(帕·秒）1Pa·s=1N·s/m2絕對(duì)單位（C.G.S.制）：P(泊),Cp(厘泊)1P=100cP=0.1Pa·s如圖對(duì)于長(zhǎng)、寬、高各為lm的液體，上、下平面發(fā)生lm/s相對(duì)滑動(dòng)速度需要的切向力為lN時(shí)，該液體的動(dòng)力粘度為lN·s/或lPa·s（帕·秒）。牛頓粘性定律：式中：—流體沿垂直于運(yùn)動(dòng)方向（即沿圖(平行板21

（2）運(yùn)動(dòng)粘度v

m2/s工程中常用動(dòng)力粘度η與同溫度下該液體密度ρ的比值表示粘度,稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)粘度υ,即:

St(斯)，百分之一St稱(chēng)為cSt(厘斯)

單位：絕對(duì)單位（C.G.S.制）：原國(guó)標(biāo)GB443一64曾規(guī)定潤(rùn)滑油是按或50℃或l0O℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度中心值劃分牌號(hào)。新國(guó)標(biāo)GB443一84規(guī)定采用潤(rùn)滑油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度中心值作為潤(rùn)滑油的新牌號(hào)。潤(rùn)滑油實(shí)際運(yùn)動(dòng)粘度應(yīng)在中心粘度值的±10%偏差以。常全損耗系統(tǒng)用油(機(jī)械油)的新、舊牌號(hào)對(duì)照見(jiàn)表4-1。（2）運(yùn)動(dòng)粘度vm2/s工程中常用動(dòng)力粘度η與同溫度下22在規(guī)定溫度下，從恩式粘度計(jì)流出200ml樣品油所需時(shí)間與同體積蒸餾水在20°C時(shí)流出所需時(shí)間比值稱(chēng)為該液體的條件粘度。換算關(guān)系（3）條件粘度（相對(duì)粘度）我國(guó)常用恩氏度(°Et)作為條件粘度單位。美國(guó)習(xí)慣用賽氏通用秒(SUS)，英國(guó)習(xí)慣用雷氏秒（R）作為條件粘度單位。

運(yùn)動(dòng)粘度與條件粘度可按下列關(guān)系進(jìn)行換算(νt指平均溫度t時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度):

在規(guī)定溫度下，從恩式粘度計(jì)流出200ml樣品油234、影響潤(rùn)滑油粘度的主要因素（1）溫度潤(rùn)滑油的粘度隨著溫度的升高而降低（2）壓力

P>20MPa時(shí)，隨P↑→ηP↑礦物油的粘-壓關(guān)系，可用下列經(jīng)驗(yàn)式表示：幾種常用潤(rùn)滑油的粘-溫曲線見(jiàn)圖4-7。式中：ηp—潤(rùn)滑油在壓力p時(shí)的動(dòng)力粘度，Pa·s；

η0—潤(rùn)滑油在單位即為/N。對(duì)于一般的礦物油，

Pa的壓力下的動(dòng)力粘度，Pa·s；

e—自然對(duì)數(shù)的底，e=2.718；α—潤(rùn)滑油的粘--壓系數(shù)。當(dāng)壓力p的單位為Pa時(shí)，α的4、影響潤(rùn)滑油粘度的主要因素（1）溫度潤(rùn)滑油的粘度隨著溫度24

1）兩滑動(dòng)表面沿運(yùn)動(dòng)方向的間隙是由大至小的形狀;

根據(jù)摩擦面間油膜形成的原理，可把流體潤(rùn)滑分為流體動(dòng)力潤(rùn)滑(利用摩擦面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而自動(dòng)形成承載油膜的潤(rùn)滑)及流體靜力潤(rùn)滑(從外部將加壓的油送入摩擦面間，強(qiáng)迫形成承載油膜的潤(rùn)滑)。

§3—4流體潤(rùn)滑簡(jiǎn)介

1流體動(dòng)力潤(rùn)滑實(shí)現(xiàn)條件：2）相對(duì)速度v足夠大;3)油楔中有足夠的油量.圖(兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)夾板間油層中的速度分布和壓力分布)兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的摩擦表面，用借助于相對(duì)速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開(kāi)，由流體膜產(chǎn)生的壓力來(lái)平衡外載荷，稱(chēng)為流體動(dòng)力潤(rùn)滑。

1）兩滑動(dòng)表面沿運(yùn)動(dòng)方向的間隙是由大至小的形狀;252、彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑圖：彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑時(shí)，接觸區(qū)的彈性變形、油膜厚度及壓力分布彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論是研究在相互滾動(dòng)或伴有滾動(dòng)的滑動(dòng)條件下，兩彈性物體間的流體動(dòng)力潤(rùn)滑膜的力學(xué)性質(zhì)。把計(jì)算在油膜壓力下摩擦表面的變形的彈性方程、表述潤(rùn)滑劑粘度與壓力間關(guān)系的粘壓方程與流體動(dòng)力潤(rùn)滑的主要方程結(jié)合起來(lái)，以求解油膜壓力分布、潤(rùn)滑膜厚度分布等問(wèn)題。

2、彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑圖：彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑時(shí)，接觸區(qū)的彈性變263、流體靜力潤(rùn)滑圖：流體靜力潤(rùn)滑系統(tǒng)示意圖

流體靜力潤(rùn)滑是靠液壓泵(或其它壓力流體源)將加壓后的流體送入兩摩擦表面之間，利用流體靜壓力來(lái)平衡外載荷。

3、流體靜力潤(rùn)滑圖：流體靜力潤(rùn)滑系統(tǒng)示意圖27磨擦磨損及潤(rùn)滑課件28磨擦磨損及潤(rùn)滑課件29磨擦磨損及潤(rùn)滑課件30磨擦磨損及潤(rùn)滑課件31磨擦磨損及潤(rùn)滑課件32磨擦磨損及潤(rùn)滑課件33第四章摩擦、磨損及潤(rùn)滑概述本章重點(diǎn)摩擦的分類(lèi)及彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本原理

摩擦的分類(lèi)及機(jī)理磨損的種類(lèi)及過(guò)程流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本知識(shí)

本章難點(diǎn)彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本原理主要內(nèi)容第四章摩擦、磨損及潤(rùn)滑概述本章重點(diǎn)摩擦的分類(lèi)及34內(nèi)容提要：

本章主要內(nèi)容是對(duì)摩擦學(xué)所研究的主要對(duì)象(即摩擦、磨損及潤(rùn)滑的基本問(wèn)題)作簡(jiǎn)單扼要的介紹，重點(diǎn)在于闡述摩擦和磨損的分類(lèi)和機(jī)理，形成油膜的動(dòng)壓和靜壓原理，以及彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本知識(shí)。學(xué)習(xí)目標(biāo)：

明確摩擦學(xué)所包含的主要內(nèi)容、研究對(duì)象及發(fā)展摩擦學(xué)的重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值。對(duì)于干摩擦、邊界摩擦、混合摩擦、流體摩擦的機(jī)理和物理特征要有扼要的了解。初步了解磨損的一般規(guī)律及各種磨損的機(jī)理和物理特征。了解潤(rùn)滑的作用及潤(rùn)滑劑的主要質(zhì)量指標(biāo)。掌握流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本概念及楔形效應(yīng)承載原理。摩擦學(xué)（Tribology）內(nèi)容提要：本章主要內(nèi)容是對(duì)摩擦學(xué)所研究的主要對(duì)35§4—1摩擦

一、摩擦的類(lèi)型

(1)、摩擦：內(nèi)摩擦、外摩擦、靜摩擦、動(dòng)摩擦。(2)、根據(jù)位移形式不同分：滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦。(3)、滑動(dòng)摩擦根據(jù)摩擦面間存在潤(rùn)滑劑的情況分：干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦、混合摩擦§4—1摩擦一、摩擦的類(lèi)型(1)、摩擦：內(nèi)摩擦、36邊界摩擦、混合摩擦及流體摩擦都必須具備一定的潤(rùn)滑條件，所以，相應(yīng)的潤(rùn)滑狀態(tài)也常分別稱(chēng)為邊界潤(rùn)滑、混合潤(rùn)滑及流體潤(rùn)滑?？梢杂媚ず癖圈藖?lái)大致估計(jì)兩滑動(dòng)表面所處的摩擦(潤(rùn)滑)狀態(tài)，即

式中：

hmin--兩滑動(dòng)粗糙表面間的最小公稱(chēng)油膜厚度，μm；

Ra1,Ra2--分別為兩表面輪廓算術(shù)平均偏差，μm。

膜厚比:

當(dāng)膜厚比λ≤l時(shí)，為邊界摩擦(潤(rùn)滑)狀態(tài)；當(dāng)λ=l～5時(shí)，為混合摩擦(潤(rùn)滑)狀態(tài)；當(dāng)λ>5時(shí)，為流體摩擦(潤(rùn)滑)狀態(tài)。邊界摩擦、混合摩擦及流體摩擦都必須具備一定的潤(rùn)滑條件371、干摩擦

(1)摩擦理論：

庫(kù)侖公式新理論：分子—機(jī)械理論、能量理論、粘著理論(2)簡(jiǎn)單粘著理論：

τB：結(jié)點(diǎn)材料的剪切強(qiáng)度極限σsy：材料的壓縮屈服極限Ar:真實(shí)接觸面積

摩擦副接觸面積示意圖干摩擦是指表面間無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜的純金屬接觸時(shí)的摩擦。此時(shí)產(chǎn)生較大的摩擦功耗和嚴(yán)重磨損,嚴(yán)禁出現(xiàn).1945年由鮑登(F．P．Bowden)等人提出18世紀(jì)提出1、干摩擦(1)摩擦理論：庫(kù)侖公式新理論：分子—機(jī)38(3)修正粘附理論真空中的潔凈金屬發(fā)生摩擦?xí)r，其摩擦系數(shù)要比常規(guī)環(huán)境里的摩擦系數(shù)大得多。鮑登等人于1964年又提出了一種更切合實(shí)際的修正粘附理論。接觸區(qū)同時(shí)有壓應(yīng)力和切應(yīng)力存在,在復(fù)合應(yīng)力作用下，接觸區(qū)出現(xiàn)了結(jié)點(diǎn)增長(zhǎng)的現(xiàn)象。當(dāng)兩金屬界面被表面膜分隔開(kāi)時(shí),τBj為表面膜的剪切強(qiáng)度極限；當(dāng)剪斷發(fā)生在較軟金屬基體內(nèi)時(shí),τBj為較軟金屬基體的剪切強(qiáng)度極限τB；若表面膜局部破裂并出現(xiàn)金屬粘附結(jié)點(diǎn)時(shí)，τBj將介于較軟金屬的剪切強(qiáng)度極限和表面膜的剪切強(qiáng)度極限之間。(3)修正粘附理論真空中的潔凈金屬發(fā)生摩擦?xí)r，其392、邊界摩擦（邊界潤(rùn)滑）

當(dāng)運(yùn)動(dòng)副的摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開(kāi)，摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面的吸附性能時(shí)的摩擦稱(chēng)為邊界摩擦.膜厚比λ≤l時(shí).其摩擦系數(shù)通常約在0.1左右.圖:單層分子邊界膜的摩擦模型

圖:多層分子邊界膜的按邊界膜形成機(jī)理，邊界膜分為吸附膜(物理吸附膜及化學(xué)吸附膜)和反應(yīng)膜。

合理選擇摩擦副材料和潤(rùn)滑劑，降低表面粗糙度值，在潤(rùn)滑劑中加入適量的油性添加劑和極壓添加劑，都能提高邊界膜強(qiáng)度。2、邊界摩擦（邊界潤(rùn)滑）當(dāng)運(yùn)動(dòng)副的摩擦表面被40二、摩擦的雙重性：4、流體摩擦（潤(rùn)滑）

3、混合摩擦（潤(rùn)滑）

當(dāng)摩擦表面間處于邊界摩擦與流體摩擦的混合狀態(tài)時(shí)(膜厚比λ=l～5)，稱(chēng)為混合摩擦。λ越大，油膜承載比大，f越小。當(dāng)摩擦面間的潤(rùn)滑膜厚度大到足以將兩個(gè)表面的輪廓峰完全隔開(kāi)(即λ>5)時(shí),即形成了完全的流體摩擦(或稱(chēng)全液體摩擦)。摩擦系數(shù)極小(油潤(rùn)滑時(shí)約為0.001～0.008)，而且不會(huì)有磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。1.有利：帶傳動(dòng)、自鎖、汽車(chē)啟動(dòng)2.有害：消耗能量、使零件磨損二、摩擦的雙重性：4、流體摩擦（潤(rùn)滑）3、混合摩擦（潤(rùn)滑）41

§4—2磨損一、典型的磨損過(guò)程1、磨合磨損過(guò)程

運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦將導(dǎo)致零件表面材料的逐漸喪失或遷移，即形成磨損。磨損會(huì)影響機(jī)器的效率，降低工作的可靠性，甚至促使機(jī)器提前報(bào)廢。包括摩擦表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。在一定載荷作用下形成一個(gè)穩(wěn)定的表面粗糙度，且在以后過(guò)程中，此粗糙度不會(huì)繼續(xù)改變，所占時(shí)間比率較小§4—2磨損一、典型的磨損過(guò)程1、磨合磨損過(guò)程42

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,該段時(shí)間長(zhǎng)短反映零件的壽命

3、急劇磨損階段

2、穩(wěn)定磨損階段經(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)→潤(rùn)滑狀態(tài)改變→溫升↑→磨損速度急劇上升→直至零件失效經(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431.粘附磨損二、磨損的類(lèi)型根據(jù)磨損機(jī)理來(lái)分類(lèi):

當(dāng)摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點(diǎn)處發(fā)生"冷焊"后，在相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，材料從一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面，便形成了粘附磨損。降低磨粒磨損的措施：a.滿足潤(rùn)滑條件b.合理選材c.提高表面光潔度d.加強(qiáng)防護(hù)密封裝置降低粘附磨損的措施：a.合理選擇配對(duì)材料b.采取表面處理c.限溫、限壓d.采取含油性極壓添加劑2.磨粒磨損外部進(jìn)入摩擦面間的游離硬顆?；蛴驳妮喞寮庠谳^軟材料表面上進(jìn)行微切削過(guò)程就叫磨粒磨損。1.粘附磨損二、磨損的類(lèi)型根據(jù)磨損機(jī)理來(lái)分類(lèi):當(dāng)摩擦表面的443.疲勞磨損降低表面疲勞磨損的措施：4.流體磨粒磨損和流體侵蝕磨損5.機(jī)械化學(xué)磨損三、磨損的雙重性2.有害：可靠性降低、機(jī)器失效

1.有利：減小零件表面粗糙度、磨削、研磨c.加極壓添加劑d.提高表面光潔度a.合理選材及其硬度b.選擇粘度高的潤(rùn)滑油疲勞磨損是指由于摩擦表面材料微體積在重復(fù)變形時(shí)疲勞破壞而引起的機(jī)械磨損。流體磨粒磨損是指由流動(dòng)的液體或氣體中所夾帶的硬質(zhì)物體或硬質(zhì)顆粒作用引起的機(jī)械磨損。流體侵蝕磨損是指由液流或氣流的沖蝕作用引起的機(jī)械磨損。機(jī)械化學(xué)磨損是指由機(jī)械作用及材料與環(huán)境的化學(xué)作用或電化學(xué)作用共同引起的磨損。氧化磨損是最常見(jiàn)的機(jī)械化學(xué)磨損之一。3.疲勞磨損降低表面疲勞磨損的措施：4.流體磨粒磨損和流體侵45§4—3潤(rùn)滑

潤(rùn)滑的概念：在摩擦副間加入潤(rùn)滑劑，減低摩擦、減輕磨損的措施。潤(rùn)滑的作用：1.減小摩擦，提高機(jī)械效率；2.減輕磨損，延長(zhǎng)機(jī)械使用壽命;還有冷卻、防塵、吸振、防銹、清洗作用。一、潤(rùn)滑劑及主要性能潤(rùn)滑劑可分為氣體、液體(油)、半固體(脂)和固體四種基本類(lèi)型

§4—3潤(rùn)滑潤(rùn)滑的概念：在摩擦副間加入潤(rùn)滑劑，減低摩擦461、潤(rùn)滑油有機(jī)油、礦物油、合成油性能指標(biāo)：1）粘度：油的流動(dòng)阻力或指抵抗變形的能力。是潤(rùn)滑油最重要的性能之一.2）油性：又叫潤(rùn)滑性，指潤(rùn)滑油中極性分子與金屬表面形成物理吸附膜或化學(xué)吸附膜的潤(rùn)滑性能。3）凝點(diǎn)：又叫流動(dòng)點(diǎn)，潤(rùn)滑油開(kāi)始失去流動(dòng)性的最高溫度。是低溫下工作的潤(rùn)滑油的重要指標(biāo)。4）閃點(diǎn)和燃點(diǎn)：指油在標(biāo)準(zhǔn)儀器中加熱所蒸發(fā)出的油汽，遇火焰能發(fā)出閃光的最低溫度。是高溫工作油的重要指標(biāo)（通常應(yīng)使工作溫度比油的閃點(diǎn)低30～40℃。）.5）極壓性能：是油中加入含硫、氯、磷的有機(jī)極性化合物后，油中極性分子在金屬表面生成抗磨、耐高壓的化學(xué)反應(yīng)邊界膜的性能。6)氧化穩(wěn)定性:

1、潤(rùn)滑油有機(jī)油、礦物油、合成油性能指標(biāo)：1）粘度：油的流動(dòng)472．潤(rùn)滑脂(黃油或干油）是潤(rùn)滑油與稠化劑（如鈣、鋰、鈉的金屬皂)的膏狀混合物。常用潤(rùn)滑脂主要種類(lèi):

(1)鈣基潤(rùn)滑脂

這種潤(rùn)滑脂具有良好的抗水性，但耐熱能力差，工作溫度不宜超過(guò)55～65°C。(2)鈉基潤(rùn)滑脂

這種潤(rùn)滑脂有較高的耐熱性，工作溫度可達(dá)120℃，但抗水性差。由于它能與少量水乳化，從而保護(hù)金屬免遭腐蝕，比鈣基潤(rùn)滑脂有更好的防銹能力。(3)鋰基潤(rùn)滑脂

這種潤(rùn)滑脂既能抗水、耐高溫(工作溫度不宜高于145℃)，而且有較好的機(jī)械安定性，是一種多用途的潤(rùn)滑脂。(4)鋁基潤(rùn)滑脂這種潤(rùn)滑脂具有良好的抗水性，對(duì)金屬表面有高的吸附能力，故可起到很好的防銹作用。2．潤(rùn)滑脂(黃油或干油）是潤(rùn)滑油與稠化劑（如鈣、鋰、鈉的金屬483）安定性3、固體潤(rùn)滑劑

石墨、二硫化鉬、氮化硼、蠟、聚氟乙烯、酚醛樹(shù)脂潤(rùn)滑脂的主要質(zhì)量指標(biāo)

1)錐(針)入度(或稠度)指一個(gè)重1.5N的標(biāo)準(zhǔn)錐體，于25℃恒溫下，由潤(rùn)滑脂表面經(jīng)5s刺入的深度(以0.lmm計(jì))。它標(biāo)志著潤(rùn)滑脂內(nèi)阻力的大小和流動(dòng)性的強(qiáng)弱。錐入度愈小表明潤(rùn)滑脂愈稠。2)滴點(diǎn)在規(guī)定的加熱條件下，潤(rùn)滑脂從標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量杯的孔口滴下第一滴時(shí)的溫度叫潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)。潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)決定了它的工作溫度。潤(rùn)滑脂的工作溫度至少應(yīng)低于滴點(diǎn)20℃。3）安定性3、固體潤(rùn)滑劑石墨、二硫化鉬、氮化硼、蠟、聚氟49二、潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂的添加劑為了提高油的品質(zhì)和使用性能，常加入某些分量雖少(從百分之幾到百萬(wàn)分之幾)但對(duì)潤(rùn)滑劑性能改善起巨大作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)稱(chēng)為添加劑。3.添加劑的作用：1.添加劑的概念：1)提高潤(rùn)滑劑的油性、極壓性和在極端工作條件下更有效的工作能力。2)推遲潤(rùn)滑劑的老化變質(zhì)，延長(zhǎng)其正常便用壽命。3)改善潤(rùn)滑劑的物理性能，如降低凝點(diǎn)、消除泡沫、提高粘度、改進(jìn)其粘---溫特性等。有油性添加劑、極壓添加劑、分散凈化劑、消泡添加劑、抗氧化添加劑、降凝劑、增粘劑等。2.添加劑的種類(lèi):圖添加劑的作用二、潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂的添加劑為了提高油的品質(zhì)和使50三、潤(rùn)滑方法潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂的供應(yīng)方法在設(shè)計(jì)中是很重要的，尤其是油潤(rùn)滑時(shí)的供應(yīng)方法與零件在工作時(shí)所處潤(rùn)滑狀態(tài)有著密切的關(guān)系。1．油潤(rùn)滑向摩擦表面施加潤(rùn)滑油的方法可分間歇式和連續(xù)式兩種。（2）滴油潤(rùn)滑針閥油杯和油芯油杯都可做到連續(xù)滴油潤(rùn)滑。圖：針閥式油杯圖：油芯油杯手工用油壺或油槍向注油杯內(nèi)注油，只能做到間歇潤(rùn)滑。（1）手工定期潤(rùn)滑三、潤(rùn)滑方法潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂的供應(yīng)方法在設(shè)計(jì)中是51(2)油環(huán)潤(rùn)滑油環(huán)套在軸頸上，下部浸在油中。當(dāng)軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)油環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，將油帶到軸頸表面進(jìn)行潤(rùn)滑。(3)飛濺潤(rùn)滑

利用轉(zhuǎn)動(dòng)件(例如齒輪)或曲軸的曲柄等將潤(rùn)滑油濺成油星以潤(rùn)滑軸承。(4)壓力循環(huán)潤(rùn)滑

用油泵進(jìn)行壓力供油潤(rùn)滑,可保證供油充分,能帶走摩擦熱以冷卻軸承。這種潤(rùn)滑方法多用于高速、重載軸承或齒輪傳動(dòng)上。2．脂潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑只能間歇供應(yīng)。加脂方式有人工加脂、脂杯加脂和集中潤(rùn)滑系統(tǒng)供脂，旋蓋式油脂杯是應(yīng)用得最廣的脂潤(rùn)滑裝置。(2)油環(huán)潤(rùn)滑油環(huán)套在軸頸上，下部浸在油中。當(dāng)52四、潤(rùn)滑方法選擇主要根據(jù)零件工作速度、所受載荷和工作環(huán)境要求進(jìn)行選擇。同時(shí)注意集中與分散，間歇與連續(xù)，有無(wú)壓力和循環(huán)要求等。五、潤(rùn)滑油的粘度單位粘度常用單位動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、條件粘度（恩式粘度）等來(lái)表示，我國(guó)的石油產(chǎn)品常用運(yùn)動(dòng)粘度來(lái)表示。四、潤(rùn)滑方法選擇主要根據(jù)零件工作速度、所受載荷53牛頓粘性定律：式中：τ—流體單位面積上的剪切阻力,即切應(yīng)力—流體沿垂直于運(yùn)動(dòng)方向（即沿圖(平行板間液體的層流流動(dòng))中y軸方向或流體膜厚度方向）的速度梯度，式中的“-”號(hào)表示v隨y的增大而減小；η—比例常數(shù),即流體的動(dòng)力粘度；圖：平行板間液體的層流流動(dòng)

（1）動(dòng)力粘度（絕對(duì)粘度）η

牛頓在1687年提出了粘性液的摩擦定律（簡(jiǎn)稱(chēng)粘性定律）即在流體中任意點(diǎn)處的切應(yīng)力均與該處流體的速度梯度成正比。若用數(shù)學(xué)形式表示這一定律，即為：摩擦學(xué)中把凡是服從這個(gè)粘性定律的流體都叫牛頓液體。國(guó)際單位（SI）：Pa·s(帕·秒）1Pa·s=1N·s/m2絕對(duì)單位（C.G.S.制）：P(泊),Cp(厘泊)1P=100cP=0.1Pa·s如圖對(duì)于長(zhǎng)、寬、高各為lm的液體，上、下平面發(fā)生lm/s相對(duì)滑動(dòng)速度需要的切向力為lN時(shí)，該液體的動(dòng)力粘度為lN·s/或lPa·s（帕·秒）。牛頓粘性定律：式中：—流體沿垂直于運(yùn)動(dòng)方向（即沿圖(平行板54

（2）運(yùn)動(dòng)粘度v

m2/s工程中常用動(dòng)力粘度η與同溫度下該液體密度ρ的比值表示粘度,稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)粘度υ,