摩擦磨損及潤滑概述

摩擦磨損及潤滑概述第一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日概述一般認(rèn)為，人類一次能源大約1/3是消耗于摩擦損失，約有70%的設(shè)備損壞是由于各種形式的磨損而引起的。中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)摩擦學(xué)分會(huì)調(diào)查顯示：我國每年制造汽車消耗的鋼材與制造汽車配件消耗的相比大致相等。根據(jù)美國、英國、德國等國家的統(tǒng)計(jì)，與摩擦、磨損有關(guān)方面的花費(fèi)大約占國民經(jīng)濟(jì)年生產(chǎn)總值的2%～7%。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；磨損是由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；潤滑是減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。關(guān)于摩擦、磨損與潤滑的學(xué)科構(gòu)成了摩擦學(xué)(Tribology)。摩擦學(xué)是研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(yīng)用的一門邊緣學(xué)科。第二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日膜厚比λ≤1

λ>3

1≤λ≤3

摩擦的分類摩擦滑動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦干摩擦邊界摩擦流體摩擦混合摩擦靜摩擦動(dòng)摩擦第三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日1.干摩擦：

兩摩擦表面間無任何潤滑劑或保護(hù)膜的純凈金屬接觸時(shí)的摩擦，稱為干摩擦。在工程實(shí)際中沒有真正的干摩擦，因?yàn)楸┞对诖髿庵械娜魏瘟慵谋砻妫粌H會(huì)因氧氣而形成氧化膜，且或多或少也會(huì)被潤滑油所濕潤或受到"污染"，這時(shí)，其摩擦系數(shù)將顯著降低。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，通常把不出現(xiàn)顯著潤滑的摩擦，當(dāng)作干摩擦處理。2.邊界摩擦：

兩摩擦表面各附有一層極薄的邊界膜，兩表面仍是凸峰接觸的摩擦狀態(tài)稱為邊界摩擦。與干摩擦相比，摩擦狀態(tài)有很大改善，其摩擦和磨損程度取決于邊界膜的性質(zhì)、材料表面機(jī)械性能和表面形貌。3.液體摩擦：

兩摩擦表面完全被液體層隔開、表面凸峰不直接接觸的摩擦。此種潤滑狀態(tài)亦稱液體潤滑，摩擦是在液體內(nèi)部的分子之間進(jìn)行，故摩擦系數(shù)極小。這時(shí)的摩擦規(guī)律已有了根本的變化，與干摩擦完全不同。關(guān)于液體摩擦（液體潤滑）的問題，將在滑動(dòng)軸承中進(jìn)一步討論4.混合摩擦：兩表面間同時(shí)存在干摩擦、邊界摩擦和液體摩擦的狀態(tài)稱為混合摩擦。

摩擦的分類第四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日

摩擦狀況摩擦因數(shù)干摩擦相同金屬：

黃銅-黃銅；青銅-青銅

異種金屬：

銅鉛合金-鋼

巴氏合金-鋼

非金屬：

橡膠-其他材料

聚四氟乙烯-其他材料

0.8～1.5

0.15～0.3

0.15～0.3

0.6～1.9

0.04～0.12固體潤滑石墨-二硫化鉬潤滑

鉛膜潤滑

0.06～0.20

0.08～0.20邊界潤滑礦物油濕潤表面

加油性添加劑的油潤滑：

鋼-鋼；尼龍-鋼

尼龍-尼龍

0.15～0.30

0.05～0.10

0.10～0.20流體潤滑液體動(dòng)力潤滑

液體靜力潤滑

0.08～0.20

<0.001(與設(shè)計(jì)參數(shù)有關(guān))滾動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦系數(shù)與接觸面材料的硬度、粗糙度、濕度等有關(guān)。球和圓柱滾子軸承的摩擦大體與液體動(dòng)力潤滑相近，其它滾子軸承則稍大不同摩擦狀況下的摩擦因數(shù)第五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日Ⅰ跑合磨損階段由于機(jī)械加工的表面具有一定的不平度存在；運(yùn)轉(zhuǎn)初期，摩擦副的實(shí)際接觸面積較小，單位面積上的實(shí)際載荷較大。因此，磨損速度較快。經(jīng)跑合后尖峰高度降低，峰頂半徑增大，實(shí)際接觸面積增加，磨損速度降低。

Ⅱ穩(wěn)定磨損階段機(jī)件以平穩(wěn)緩慢的速度磨損，這個(gè)階段的長短就代表機(jī)件使用壽命的長短。磨損曲線Ⅲ劇烈磨損階段經(jīng)穩(wěn)定磨損階段后，使精度降低、間隙增大，從而產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)和噪聲，磨損加劇，溫度升高，短時(shí)間內(nèi)使零件迅速報(bào)廢。圖中虛線表示跑合期壓力過多、速度過快或潤滑不良，零件迅速進(jìn)入急劇磨損階段。一、磨損過程及曲線磨損過程第六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日二、磨損的分類（按照磨損機(jī)理分）：

粘著磨損：也稱膠合，“冷焊”后，表面材料的脫離及遷移；磨粒磨損：摩擦面間的游離顆粒，起到微切削作用；疲勞磨損：疲勞點(diǎn)蝕；腐蝕磨損：摩擦表面材料在化學(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)生的磨損即為腐蝕磨損。沖蝕磨損：高壓流體沖擊引起的機(jī)械磨損；磨損的分類第七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日

潤滑劑

在摩擦面間加入潤滑劑的主要作用是改善摩擦、減輕磨損，同時(shí)潤滑劑還能起減振、防銹等作用，液體潤滑劑還能帶走摩擦熱、污物等。

潤滑劑有液體潤滑劑、氣體潤滑劑、潤滑脂和固體潤滑劑。

1.液體潤滑劑（潤滑油）主要有三大類：

（1）礦物油。主要是石油產(chǎn)品。來源充足，穩(wěn)定性好、成本低，應(yīng)用最廣。（2）動(dòng)、植物油。其油性好，最適于邊界潤滑使用，但穩(wěn)定性差，應(yīng)用較少。（3）合成油。如磷酸酯（低溫潤滑劑）、硅酸鹽酯（高溫潤滑劑）、氟化物（耐氧化潤滑劑）等，近年來應(yīng)用面不斷拓廣。

2.氣體潤滑劑

最常用的是空氣。適于高溫和低溫環(huán)境下的高速場合，承載能力低。

3.潤滑脂

為使?jié)櫥瑒┮子诒３衷谀Σ帘砻?，用稠化劑將潤滑油稠化成膏狀，即潤滑脂?/p>

4.固體潤滑劑

固體潤滑劑有無機(jī)化合物（石墨、二硫化鉬、硼砂等）與有機(jī)化合物（金屬皂、動(dòng)物脂等）。固體潤滑劑適用于高溫、大載荷以及不宜采用液體潤滑劑和潤滑脂的場合，如宇航設(shè)備及衛(wèi)生要求較高的機(jī)械設(shè)備中。潤滑劑第八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日潤滑油的性能指標(biāo)1：粘度1.粘度：表征潤滑油流動(dòng)時(shí)的內(nèi)部阻力。動(dòng)力粘度：牛頓在1687年研究粘性液體流動(dòng)的摩擦定理中，定義了動(dòng)力粘度η：運(yùn)動(dòng)粘度：動(dòng)力粘度η與同溫度下該液體密度ρ之比值：條件粘度：用一定的粘度計(jì)進(jìn)行計(jì)量的潤滑油的粘度，主要是商業(yè)用。潤滑油GB/T314-1994規(guī)定采用潤滑油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度中心值作為潤滑油的牌號(hào)。第九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日粘度牌號(hào)運(yùn)動(dòng)粘度中心值40°C運(yùn)動(dòng)粘度范圍40°C2

3

5

7

10

15

22

32

46

68

100

150

220

320

460

680

1000

15002.2

3.2

4.6

6.8

10

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22

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100

150

220

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460

680

1000

15001.98～2.42

2.88～3.52

4.14～5.06

6.12～7.48

9.00～11.0

13.5～16.5

19.8～24.2

28.8～35.2

41.4～50.6

61.2～74.8

90.0～110

135～165

198～242

288～352

414～506

612～748

900～1100

1350～1650工業(yè)用潤滑油粘度牌號(hào)分類表單位：cSt第十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日潤滑油的粘－壓特性：當(dāng)應(yīng)力很高（大于20MPa）時(shí),潤滑油的粘度將明顯增大。一般只在高副元件中才有這種現(xiàn)象，如重載齒輪傳動(dòng)中，嚙合處的局部壓力可能高達(dá)4000MPa，此時(shí)潤滑油的粘度極大，變得像臘狀的固體。潤滑油的粘－溫特性：隨著溫度的升高，粘度將變小。其影響程度由粘度指數(shù)（VI）表示，VI越大，則粘度隨溫度的變化越小，即粘－溫性能越好。圖4－5為幾種全損耗系統(tǒng)潤滑油的粘－溫曲線。潤滑油第十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日潤滑油的性能指標(biāo)2-6：油性、極壓性、閃點(diǎn)、凝點(diǎn)、穩(wěn)定性

2.油性潤滑油能在金屬摩擦表面形成吸附膜的性能稱為油性。油性愈好、愈有利于邊界潤滑，動(dòng)、植物油和脂肪酸的油性較好。目前尚無一個(gè)定量的指標(biāo)評(píng)價(jià)潤滑劑的油性。

3.極壓性潤滑油中含有極壓添加劑而形成化學(xué)反應(yīng)膜的能力。

4.閃點(diǎn)潤滑油蒸氣遇火焰發(fā)出閃光的最低溫度稱為閃點(diǎn)。是衡量油的易燃性的尺度。

5.凝點(diǎn)潤滑油冷卻到不能流動(dòng)的溫度稱為凝點(diǎn)。低溫工作的場合應(yīng)選凝點(diǎn)低的潤滑油來潤滑。

6.氧化穩(wěn)定性潤滑油被暴露在高溫空氣中時(shí)抗氧化的能力。潤滑脂的性能指標(biāo)：錐入度、滴點(diǎn)

1.錐入度（針入度、稠度）潤滑脂稠度指標(biāo)。錐入度愈小，稠度愈大、流動(dòng)性愈小，承載能力強(qiáng)，密封好，但摩擦阻力也大。

2.滴點(diǎn)潤滑脂受熱開始滴下的溫度稱為滴點(diǎn)，潤滑脂的工作溫度最少要低于滴點(diǎn)20°C。潤滑劑的性能指標(biāo)第十二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日提高油性、極壓性延長使用壽命改善物理性能添加劑的作用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添加劑的種類為了提高油的品質(zhì)和性能，常在潤滑油或潤滑脂中加入一些分量雖小但對(duì)潤滑劑性能改善其巨大作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)叫添加劑。添加劑第十三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日潤滑劑用得最多的是潤滑油和潤滑脂。選擇滑動(dòng)軸承的潤滑油時(shí)，主要是考慮粘性和油性兩項(xiàng)性能指標(biāo)。對(duì)液體摩擦軸承，粘性起主要作用，對(duì)非液體摩擦軸承，油性起主要作用。原則上講，當(dāng)轉(zhuǎn)速高、壓強(qiáng)小時(shí)可選粘度低的油，反之應(yīng)選粘度高的油。在高溫環(huán)境下工作時(shí)其粘度相應(yīng)地選得高一些。

對(duì)于要求不高，難以經(jīng)常供油或擺動(dòng)工作的非液體摩擦軸承，可采用潤滑脂進(jìn)行潤滑，常用的潤滑脂有：

鈣基潤滑脂：有良好的抗水性，但耐熱能力差，工作溫度不宜超過55～65°C；

鈉基潤滑脂：有較高的耐熱性，工作溫度可達(dá)120°C，但抗水性差；

鋰基潤滑脂：既能抗水，又能在較高溫度下工作，適用于-20～120°C，但價(jià)格較前二者貴。潤滑劑的選擇第十四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日機(jī)械零件的潤滑狀態(tài)邊界摩擦、流體摩擦和混合摩擦，都必須在一定的潤滑條件下才能實(shí)現(xiàn)，摩擦狀態(tài)與潤滑狀態(tài)成對(duì)應(yīng)關(guān)系。邊界潤滑：λ≤1

邊界膜（吸附膜、反應(yīng)膜）流體潤滑：λ≥3摩擦副始終被一層具有一定壓力和一定厚度的流體膜完全隔開、相互運(yùn)動(dòng)的阻力只是流體內(nèi)部的摩擦力時(shí)，這種潤滑狀態(tài)稱為流體潤滑?；旌蠞櫥?≤

λ≤3兼有邊界潤滑和液體潤滑的狀態(tài)稱為混合潤滑，其摩擦因數(shù)也介于兩者之間。（最常見）潤滑狀態(tài)的變化：第十五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日流體動(dòng)力潤滑形成的必要條件：楔形空間；相對(duì)運(yùn)動(dòng)（保證流體由大口進(jìn)入）；連續(xù)不斷地供油。流體動(dòng)力潤滑是指兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的摩擦表面，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，由流體膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷。英國的雷諾于1886年繼前人觀察到的流體動(dòng)壓現(xiàn)象，總結(jié)出流體動(dòng)壓潤滑理論。20世紀(jì)50年代普遍應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)之后，線接觸彈性流體動(dòng)壓潤滑的理論開始有所突破。一、流體動(dòng)力潤滑流體潤滑原理簡介動(dòng)畫演示第十六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日流體潤滑２二、流體靜力潤滑：

借助外部供入的壓力油形成的流體膜來承受外載荷的潤滑方式。

流體潤滑原理簡介第十七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日潤滑方法潤滑油潤滑在工程中的應(yīng)用最普遍，常用的供油方式有：人工潤滑滴油潤滑、浸油潤滑、飛濺潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑等用于低速用于高速油脂潤滑常用于運(yùn)轉(zhuǎn)速度較低的場合，將潤滑脂涂抹于需潤滑的零件上。潤滑脂還可以用于簡單的密封。浸油與飛濺潤滑噴油潤滑潤滑方法和潤滑裝置第十八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日分散供油裝置油壺油槍一、人工潤滑裝置常用的潤滑裝置第十九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日潤滑方法潤滑裝置二、滴油潤滑裝置第二十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日潤滑方法潤滑裝置二、滴油潤滑裝置第二十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日潤滑方法潤滑裝置三、浸油與飛濺潤滑第二十二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日潤滑方法潤滑裝置四、飛濺潤滑第二十三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日潤滑方法潤滑裝置四、飛濺潤滑第二十四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日潤滑方法潤滑裝置