第4章 摩擦磨損及潤滑概述.ppt

1、濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,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4章 摩擦、磨損及潤滑概述,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,摩擦學(xué)-研究相對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(yīng)用的一門邊緣學(xué)科。, 摩擦-相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；, 磨損-由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；, 潤滑-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)。,4.0 概述,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,4.0 概述,世界上使用的能源大約有 1/31

2、/2 消耗于摩擦。約有 80% 的零件是因磨損而報廢。,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，摩擦學(xué)的理論和應(yīng)用必將由宏觀進入微觀，由靜態(tài)進入動態(tài)，由定性進入定量，成為系統(tǒng)綜合研究的領(lǐng)域。,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授, “機械說” -摩擦原因是表面微凸體的相互阻礙作用；, “分子說” -摩擦原因是表面材料分子間的吸力作用；,一、摩擦的機理, “機械分子說”兩種作用均有。,4.1 摩擦,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,二、摩擦的分類,內(nèi) 摩 擦：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。,外 摩 擦：在相對運動的物體表面間發(fā)生的相互阻礙 作用現(xiàn)象。,靜 摩 擦： 僅有相對運動趨勢時的摩擦。,動 摩

3、擦： 在相對運動進行中的摩擦。,滑動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滑動。,滾動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滾動。,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,1. 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多冷焊點，運動時被剪切。,不允許出現(xiàn)干摩擦！,2. 邊界摩擦,功耗,磨損,溫度,燒毀軸瓦,運動副表面有一層厚度1 m的邊界膜，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搓削。,比干摩擦的磨損輕，f 0.1 0.3,三、滑動摩擦狀態(tài),濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,三、滑動摩擦狀態(tài),有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，彼此不直接接觸。是理

4、想的摩擦狀態(tài)。,3. 流體摩擦,摩擦和磨損極輕，f 0.001 0.01,潘存云教授研制,潘存云教授研制,4. 混合摩擦,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)?；旌夏Σ聊苡行Ы档湍Σ磷枇Γ淠Σ料禂?shù)比邊界摩擦?xí)r要小得多。,邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,在一般機器中，處于后三種情況的混合狀態(tài)。,摩擦特性曲線,稱無量綱參數(shù)n/p為軸承特性數(shù)。 -動力粘度，p-壓強 ，n-每秒轉(zhuǎn)數(shù),摩擦學(xué)研究的最新進展： 微納米摩擦學(xué)理論,可實現(xiàn)： f 0.001 -超潤滑摩擦狀態(tài)。,三、滑動摩擦狀態(tài),濟南大學(xué)專

5、用 作者： 潘存云教授,磨損由于摩擦而導(dǎo)致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。,后果降低機器的效率和可靠性，甚至促使機器提前報廢。,4.2 磨損,磨損都有害么？,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,一、磨損過程,磨損曲線,磨合階段-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過程。,穩(wěn)定磨損階段-零件在平穩(wěn)而緩慢的速度下磨損。 它標(biāo)志著磨擦條件相對穩(wěn)定。,劇烈磨損階段-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、推遲劇烈磨損期的到來。,它是磨損的不穩(wěn)定階段，在整個壽命周期內(nèi)時間很短。,濟南大學(xué)專用

6、 作者： 潘存云教授,磨粒磨損,疲勞磨損,粘附磨損,沖蝕磨損,腐蝕磨損,微動磨損,磨損類型,按磨損機理分,按磨損表面外觀可分為,點蝕磨損,膠合磨損,擦傷磨損,兩種不同的稱謂,二、磨損類型,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,磨粒磨損也簡稱磨損，外部進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。,潘存云教授研制,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,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處由于瞬時的溫升和壓力發(fā)生

7、“冷焊”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。嚴重的粘附磨損會造成運動副咬死。,潘存云教授研制,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,疲勞磨損也稱點蝕，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 材料疲勞所引起的機械磨損。點蝕過程： 產(chǎn)生初始疲勞裂紋擴展 微粒脫落，形 成點蝕坑。,潘存云教授研制,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,沖蝕磨損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 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。,近年來，由于燃氣渦輪機的葉片、火箭發(fā)動機的尾噴管這樣一些

8、部位的破壞，才引起人們對這種磨損形式的特別注意,潘存云教授研制,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,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，在摩擦副相對運動時所產(chǎn) 生的磨損即為腐蝕磨損。,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,微動磨損是指摩擦副在微幅運動時，由上述各磨損 機理共同形成的復(fù)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。,應(yīng)用實例：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)墓ぷ髅娴取?濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,一、 潤滑劑,作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。,分類,液體潤滑劑-潤滑油,半固體潤滑劑-潤滑脂,

9、固體潤滑劑,氣體潤滑劑-空氣,4.3 潤滑劑、添加劑和潤滑方法,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潤滑油,礦物油來源充足、成本低廉、穩(wěn)定性好、因而應(yīng)用最廣。,種類：,有機油-動、植物油,礦物油-石油產(chǎn)品,化學(xué)合成油,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,在軸承中，潤滑油最重要的物理參數(shù)是粘度，它是選擇潤滑油的主要依據(jù)。粘度表征液體流動的內(nèi)摩擦特性。,粘度-選擇潤滑油的重要指標(biāo)，粘度值越高，油越稠，內(nèi)摩擦力愈大，反之越稀；,粘度的種類,動力粘度,運動粘度,條件粘度,粘度,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,(1) 動力粘度,潘存云教授研制,A、B兩板之間充滿了液體，B板靜止，A板水平移動速度為v。由于

10、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：,-流體中任意點處的切應(yīng)力與該處的速度梯度成正比。,-液體的動力粘度，簡稱粘度,量綱：力時間/長度2,單位： N s /m2 (Pa s) 稱為泊 。,或厘泊：1P=1 dyn s /cm2,分析位置y處薄層的受力,- 牛頓粘性定律,1泊=100厘泊,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,工程中常用運動粘度：,單位： m2 / s,在C.G.S制中，運動粘度的單位為斯(St)：1St=1cm2 /s,或厘斯(cSt)：1St=100 cSt,(2) 運動粘度,國家標(biāo)準規(guī)

11、定采用潤滑油在40oC時的運動粘度中心值作為潤滑油的牌號。,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,指在一定條件下，利用某種規(guī)格的粘度計，通過測定潤滑油穿過規(guī)定孔道的時間來進行度量的粘度。,常用的有：,恩氏度（ Et） -中國慣用,賽氏通用秒（SUS）-美國慣用,雷氏秒 -英國慣用,運動粘度與條件粘度之間的換算關(guān)系：,(3) 條件粘度,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,1）粘-溫相關(guān)性,溫度 t ,壓力p , ,但p 100Mpa時可忽略。變化很小, ,粘-溫圖,L-TSA32,L-TSA32,L-TSA32,L-TSA32,選用原則：,1) 載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的油；

12、,2) 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性的作用。,潤滑油的特性,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,2）潤滑性（油性）,潤滑性是指潤滑油中的分子與金屬表面吸附形成一邊界油膜，以減小摩擦和磨損。潤滑性愈好，吸附能力愈強。對于那些低速重載或潤滑不充分的場合，潤滑性具有特別重要的意義。,3）極壓性,潤滑性能是潤滑油中加入含硫、氯、磷的有機極性化合物之后，油中的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，它在重載、高速、高溫條件下，可改善邊界潤滑性能。,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,4）閃點,潤滑油

13、在標(biāo)準容器中加熱所蒸發(fā)的油氣，遇火焰即能發(fā)出閃光時的最低溫度。是衡量油易燃性的指標(biāo)。對于在高溫下工作的機器，這是一個重要參數(shù)。一般要求工作溫度比油的閃點低 3040 。,5）凝點,潤滑油在規(guī)定的條件下，不再自由流動時所達到的最高溫度。它是潤滑油在低溫下工作的一個重要指標(biāo)，直接影響到機器在低溫下的啟動性能和磨損情況。,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,6）氧化穩(wěn)定性,從化學(xué)意義上講，潤滑油是不活潑的。但當(dāng)它們暴露在高溫氣體中時，也會發(fā)生氧化并生成硫、氯、磷的酸性化合物。這是一種膠狀沉積物，不但腐蝕金屬，而且加劇零件的磨損。,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潤滑脂,潤滑油與各種稠化劑（鈣、鈉、鋁

14、、鋰等金屬皂）混合稠化而成。,優(yōu)點：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。,缺點：摩擦損耗較大、機械效率低，不適宜高速場合。,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,鈉基潤滑脂,鋰基潤滑脂,鋁基潤滑脂,鈣基潤滑脂,分類,1) 鈣基潤滑脂,這種潤滑脂具有良好的抗水性，但耐熱能力差，工作溫度不宜超過 5565 。,2) 鈉基潤滑脂,這種潤滑脂具有較高的耐熱性，但抗水性較差，工作溫度可達 120 。由于它能與少量水乳化，從而保護金屬免遭腐蝕，比鈣基脂有更好的防銹能力。,-工程上應(yīng)用最廣,潤滑脂的種類,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,3) 鋰基潤滑脂,這種潤滑脂既能抗水，又

15、耐高溫，而且有較好的機械按定型，是一種多用途的潤滑值。工作溫度不宜超過 145 。,4) 鋁基潤滑脂,這種潤滑脂具有良好的抗水性，對金屬表面有高的吸附能力，故可起到良好的防銹作用。,潤滑脂的主要質(zhì)量指標(biāo)是：,2) 滴點，決定工作溫度。,1) 錐入度，反映其稠度大小。,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,聚氟乙烯樹脂,用于潤滑油不能勝任工作的場合：高溫、低速重載。,石墨,二流化鉬（MoS2）,-性能穩(wěn)定、t 350 才開始氧化，可在水中工作。,-摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣 (-60300 )，但遇水性能下降。,-摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。,使用方式：,1.調(diào)和在潤滑油中；,2.涂覆、燒結(jié)在摩擦表

16、面形成覆蓋膜；,3.混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。,其應(yīng)用日漸廣泛,固體潤滑劑,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,油性添加劑,種類,添加劑-為了改善潤滑劑品質(zhì)和性能而添加的物質(zhì)。,作 用-提高油性、極壓性、延長使用壽命、改善性能。,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,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潤滑油潤滑在工程中的應(yīng)用最普遍，其供油方式有：,潤滑方式,人工給油；,油杯滴油；,浸油潤滑、飛濺給油；,用油泵強制潤滑和冷卻。,噴油潤滑,滴油潤滑,浸油潤滑,飛濺潤滑,潤滑方法,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,

17、潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,針閥式油杯,旋蓋式油杯 脂用,潘存云教授研制,壓注式油杯,油芯油杯,1. 油杯,潤滑裝置,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,2. 油環(huán),濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,一、流體動力潤滑,先分析平行板的情況。板B靜止，板A以速度向左運動，板間充滿潤滑油，無載荷時， 液體各層的速度呈三角形分布，近油量與處油量相等，板A不會下沉。但若板A有載荷時，油向兩邊擠出，板A逐漸下沉，直到與B板接觸。,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

18、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。,動壓油膜-因運動而產(chǎn)生的壓力油膜。,兩平形板之間不能形成壓力油膜！,如兩板不平行板。板間間隙呈沿運動方向由大到小呈收斂楔形分布，且板A有載荷， 當(dāng)板A運動時，兩端速度若程虛線分布，則必然進油多而出油少。由于液體實際上是不可壓縮的，必將在板內(nèi)擠壓而形成壓力，迫使進油端的速度往內(nèi)凹，而出油端的速度往外鼓。進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，進出油量相等，同時間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡，板A不會下沉。這說明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜。這種因運動而產(chǎn)生的壓力油膜稱為動壓油膜。各截面的速度圖不一樣，從凹三角形過渡到凸三角形，中間必有一個位置呈三角形分布。,4.4 流體潤滑原理簡介,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,1.兩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；,3.兩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。, Fy =F Fx 0, Fy =F Fx = 0,應(yīng)用實例-向心滑動軸承動壓油膜的形成過程：,靜止,爬升,將軸起抬 轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高,穩(wěn)定運轉(zhuǎn)達到工作轉(zhuǎn)速,e -偏心距,形成動壓油膜的必要條件,濟南大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,彈性流體動力潤滑理論-研究在