機(jī)械零件的摩擦、磨損與密封（ppt 34頁(yè)）.ppt

1、第4章 機(jī)械零件的摩擦、磨損、潤(rùn)滑及密封,1.摩擦具有普遍性和不可避免性 摩擦引起發(fā)熱、溫度升高和能量損耗，導(dǎo)致接觸表面物質(zhì)的損失和轉(zhuǎn)移，即造成接觸表面的磨損。 磨損使零件的表面形狀和尺寸遭到破壞，使機(jī)械的效率及可靠性降低，直至喪失原有的工作性能，甚至導(dǎo)致零件突然破壞。 2.摩擦和磨損往往相伴發(fā)生 3.摩擦和磨損都具有兩面性 4.減少摩擦磨損的最有效方法是潤(rùn)滑 5.減摩和耐磨材料在工業(yè)中的應(yīng)用 6.為防止?jié)櫥瑒┬孤┎⒆柚雇獠侩s質(zhì)、灰塵、空氣和水分等的入侵，防止因潤(rùn)滑劑泄漏而產(chǎn)生的污染，改善工作環(huán)境,在潤(rùn)滑系統(tǒng)中需設(shè)置密封裝置，,目前世界上工業(yè)領(lǐng)域中大約有1312的能源以各種方式最終消耗于摩擦；

2、 機(jī)械零件的損壞約有80是由各種形式的磨損引起的。,4.1 摩擦原理,摩擦分內(nèi)摩擦和外摩擦兩大類; 發(fā)生在物質(zhì)內(nèi)部阻礙分子間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦稱為內(nèi)摩擦。相互接觸的兩個(gè)物體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在接觸表面上產(chǎn)生的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦稱為外摩擦; 僅有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)的摩擦稱為靜摩擦，產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦稱為動(dòng)摩擦; 按摩擦性質(zhì)的不同，動(dòng)摩擦又分滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦，兩者的機(jī)理與規(guī)律完全不同。 干摩擦 邊界摩擦 流體摩擦 混合摩擦,摩擦特性曲線,典型摩擦特性曲線,干摩擦及摩擦系數(shù),干摩擦是指兩摩擦表面間無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜而直接接觸的純凈表面間的摩擦 庫(kù)侖公式 干摩擦力的形成原因: 早期的機(jī)械摩擦

3、嚙合理論 分子機(jī)械理論 粘著理論 粘著理論又稱為現(xiàn)代粘著理論，是目前較為廣泛接受的摩擦形成理論,邊界摩擦機(jī)理,邊界摩擦：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。 邊界膜可以是物理吸附膜、化學(xué)吸附膜和化學(xué)反應(yīng)膜。 物理吸附膜是指由潤(rùn)滑油中的極性分子與金屬表面相互吸引而形成的吸附膜； 化學(xué)吸附膜是指潤(rùn)滑油中的分子靠分子鍵與金屬表面形成的化學(xué)吸附膜； 化學(xué)反應(yīng)膜是指在潤(rùn)滑油中加入硫、磷、氯等元素的化合物（添加劑）與金屬表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而生成的膜。 a) 物理吸附膜 b) 化學(xué)吸附膜 c) 化學(xué)反應(yīng)膜,物理吸附膜,潤(rùn)滑油中的脂肪酸是一種極性化合物，其分子能吸附在

4、金屬表面，形成物理吸附膜。吸附在金屬表面上的分子分為單層和多層結(jié)構(gòu)，距離表面愈遠(yuǎn)的分子，其吸附能力愈低，剪切強(qiáng)度愈小，到了若干層以后，就不再受約束。 多層物理吸附膜模型,化學(xué)吸附膜和化學(xué)反應(yīng)膜,化學(xué)吸附膜比物理吸附膜的吸附強(qiáng)度高，穩(wěn)定性也優(yōu)于物理吸附膜，受熱后的熔化溫度也高，化學(xué)吸附膜適用于中等載荷、中等速度、中等溫度下工作。 化學(xué)反應(yīng)膜具有厚度大、熔點(diǎn)高、剪切強(qiáng)度低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。它適宜用于重載、高速和高溫下工作的摩擦副。 工作溫度是影響邊界膜性能的關(guān)鍵參數(shù)，當(dāng)工作溫度達(dá)到軟化溫度時(shí)，吸附膜發(fā)生軟化、亂向和脫吸現(xiàn)象，在具體應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意限制 pv 值。 不同添加劑的減摩作用,4.2 磨損

5、,機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮如何避免或減緩磨損，以保證零件和機(jī)械達(dá)到預(yù)期的壽命； 磨損量可用體積、重量或厚度來(lái)衡量，通常把單位時(shí)間內(nèi)材料的磨損量稱為磨損率，用表示； 耐磨性是指磨損過(guò)程中材料抵抗脫落的能力，通常用磨損率的倒數(shù)1/來(lái)表示； 磨損過(guò)程可分為磨合、穩(wěn)定磨損和劇烈磨損三個(gè)階段； 典型磨損過(guò)程,磨損的分類,粘著磨損 磨粒磨損 疲勞磨損 腐蝕磨損,由于工作條件的復(fù)雜性，磨損經(jīng)常以復(fù)合形式出現(xiàn)。,磨損的控制,粘著磨損：合理選擇配對(duì)材料，同種金屬比異種金屬易于粘著，脆性材料比塑性材料的抗粘著能力強(qiáng)，進(jìn)行表面處理（如表面熱處理、電鍍、噴涂等）可防止粘著磨損的發(fā)生；限制摩擦表面的溫度；采用含油性和極壓添加劑

6、的潤(rùn)滑劑；控制壓強(qiáng)。 磨粒磨損：金屬材料的硬度應(yīng)至少比磨粒的硬度大30%。但材料并不是愈硬愈好，有時(shí)選用較便宜的材料，定期更換易磨損的零件，更經(jīng)濟(jì)。 疲勞壽命：合理選擇零件接觸面的表面粗糙度，一般情況下表面粗糙度值愈小，疲勞壽命愈長(zhǎng)；合理選擇潤(rùn)滑油粘度，適當(dāng)提高潤(rùn)滑油的粘度有利于接觸應(yīng)力均勻分布，提高抗疲勞磨損的能力。在潤(rùn)滑油中加入極壓添加劑或固體潤(rùn)滑劑，能提高接觸表面的抗疲勞性能；合理選擇零件接觸面的硬度。,4.3 潤(rùn)滑材料,潤(rùn)滑劑可分為氣體、液體、半固體和固體四種基本類型； 在液體潤(rùn)滑劑中應(yīng)用最廣泛的是潤(rùn)滑油，包括礦物油、動(dòng)植物油、合成油和各種乳劑； 半固體潤(rùn)滑劑主要是指各種潤(rùn)滑脂，它是潤(rùn)

7、滑油和稠化劑的穩(wěn)定混合物； 固體潤(rùn)滑劑是指可以形成固體膜以減少摩擦阻力的物質(zhì)，如石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等； 任何氣體都可作為氣體潤(rùn)滑劑，其中用得最多的是空氣，它主要用在氣體軸承中。 在摩擦面間加入潤(rùn)滑劑不僅可以降低摩擦，減輕磨損，保護(hù)零件不發(fā)生銹蝕，而且還能起到散熱降溫的作用； 對(duì)于液體潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑油膜還具有緩沖、吸振的能力； 膏狀的潤(rùn)滑脂，既可防止內(nèi)部的潤(rùn)滑劑外泄，又可阻止外部雜質(zhì)侵入，同時(shí)具有潤(rùn)滑和密封作用。,潤(rùn)滑油,用作潤(rùn)滑劑的油類可概括為三類：一是有機(jī)油，通常是動(dòng)植物油；二是礦物油，主要是石油產(chǎn)品；三是化學(xué)合成油； 礦物油來(lái)源充足，成本低廉，適用范圍廣，而且穩(wěn)定性好，故應(yīng)用最多；

8、動(dòng)植物油中因含有較多的硬脂酸，在邊界潤(rùn)滑時(shí)有很好的潤(rùn)滑性能，但因其穩(wěn)定性差且易氧化，所以使用不多； 化學(xué)合成油是通過(guò)化學(xué)合成方法制成的新型潤(rùn)滑油，它能滿足礦物油所不能滿足的某些特殊要求，如高溫、低溫、高速、重載和其他條件。由于它多系針對(duì)某種特定需要而制，適用面較窄、成本又很高，故一般機(jī)械應(yīng)用較少； 潤(rùn)滑油的主要指標(biāo)有以下幾個(gè)： 粘度 、潤(rùn)滑性（油性） 、極壓性 、閃點(diǎn) 、凝點(diǎn) 、 氧化穩(wěn)定性,動(dòng)力粘度,動(dòng)力粘度 動(dòng)力粘度單位：長(zhǎng)、寬、高各為lm的液體，上、下平面發(fā)生l m/s相對(duì)滑動(dòng)速度需要的切向力為1N時(shí)，該液體的動(dòng)力粘度為1Nsm2或 1Pas（帕秒）。Pas是國(guó)際單位制（SI）的粘度單位

9、。在絕對(duì)單位制（C.G.S.制）中，把動(dòng)力粘度的單位定為 l dyns/cm2，叫 l P（泊），百分之一P稱為cP（厘泊），即 1P100 cP。,運(yùn)動(dòng)粘度,運(yùn)動(dòng)粘度：工程中常用動(dòng)力粘度（單位為 Pas）與同溫度下該流體密度 (單位為 kgm3)的比值表示粘度，稱為運(yùn)動(dòng)粘度（單位為m2s） 在C.G.S.制中運(yùn)動(dòng)粘度的單位是St（斯），1Stlcm2s。百分之一St稱為cSt（厘斯），它們之間有下列關(guān)系： 1St1cm2s100cSt104m2s，1cSt106m2s1mm2s GBT 31411994規(guī)定采用潤(rùn)滑油在40C時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度中心值的cSt值作為潤(rùn)滑油的粘度等級(jí)。潤(rùn)滑油實(shí)際運(yùn)動(dòng)粘度

10、在相應(yīng)中心粘度值的10偏差以內(nèi)。,v=,條件粘度,條件粘度是在一定條件下、利用某種規(guī)格的粘度計(jì)，通過(guò)測(cè)定潤(rùn)滑油穿過(guò)規(guī)定孔道的時(shí)間來(lái)進(jìn)行計(jì)量的粘度。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。 平均溫度t時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度t（單位為mm2/s）與恩氏粘度E（單位為Et）可按下列關(guān)系進(jìn)行換算,粘溫特性粘度隨溫度變化的特性。 潤(rùn)滑油粘度受溫度影響的程度可用粘度指數(shù)（VI）表示； 粘度指數(shù)值越大，表明粘度隨溫度的變化越小，即粘-溫性能越好； VI35為低粘度指數(shù)潤(rùn)滑油，VI3585為中粘度指數(shù)潤(rùn)滑油，VI85110為高粘度指數(shù)潤(rùn)滑油。,粘壓

11、特性粘度隨壓力變化的特性。 壓力對(duì)流體的影響：流體的密度隨壓力增高而加大，壓力對(duì)流體粘度的影響，這只有在壓力超過(guò)20 MPa時(shí)，粘度才隨壓力的增高而加大，高壓時(shí)則更為顯著。 對(duì)于一般礦物油的粘-壓關(guān)系，可用下列經(jīng)驗(yàn)式表示： 潤(rùn)滑性（油性） ：潤(rùn)滑性是指潤(rùn)滑油中極性分子與金屬表面吸附形成邊界油膜，以減小摩擦和磨損的性能。 極壓性 ： 極壓性是潤(rùn)滑油中加入含硫、磷、氯等的有機(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； 閃點(diǎn) ： 閃點(diǎn)是指當(dāng)油在標(biāo)準(zhǔn)儀器中加熱所蒸發(fā)出的油汽，一遇火焰即能發(fā)出閃光時(shí)的最低溫度。 凝點(diǎn)：凝點(diǎn)是指潤(rùn)滑油在規(guī)定條件下，不能自由流動(dòng)時(shí)的最高溫度

12、。 氧化穩(wěn)定性：氧化穩(wěn)定性是指潤(rùn)滑油在使用或貯存保管期間，性質(zhì)安定、不易產(chǎn)生氧化變質(zhì)的性能。 抗乳化性、抗泡性、灰份、殘?zhí)?潤(rùn)滑脂：除潤(rùn)滑油以外應(yīng)用最多的一類潤(rùn)滑劑；潤(rùn)滑油與稠化劑（如鈣、鈉、鋰、鋁的金屬皂）的膏狀混合物； 潤(rùn)滑脂主要有以下幾類： 鈣基潤(rùn)滑脂：具有良好的抗水性，但耐熱能力差； 鈉基潤(rùn)滑脂：有較高的耐熱性，工作溫度可達(dá)110，但抗水性差； 鋰基潤(rùn)滑脂：既能抗水、耐高溫（工作溫度不宜高于120），也有較好的機(jī)械安定性，是一種多用途的潤(rùn)滑脂。 鋁基潤(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。 潤(rùn)滑脂的主要質(zhì)量指標(biāo)有： 錐（針）入度：衡量潤(rùn)滑脂稠度的指標(biāo)

13、。用一個(gè)重1.5N的標(biāo)準(zhǔn)錐體，在25恒溫下，由潤(rùn)滑脂表面經(jīng)5s后刺入的深度(以0.lmm計(jì))進(jìn)行檢驗(yàn)； 滴點(diǎn)：滴點(diǎn)是指在規(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。 水份、灰份、機(jī)械雜質(zhì)等,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)稱為添加劑。 添加劑的作用有： l）提高潤(rùn)滑劑的油性、極壓性和在極端工作條件下有效工作的能力。 2）推遲潤(rùn)滑劑的老化變質(zhì)，延長(zhǎng)其正常使用壽命。 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。 添加劑的種類： 油性添加劑、極壓添加劑、分

14、散凈化劑、 消泡添加劑、抗氧化添加劑、降凝劑、 增粘劑等。,4.4 機(jī)械零件的潤(rùn)滑方式,邊界潤(rùn)滑： 所謂邊界潤(rùn)滑，就是兩摩擦面間通過(guò)一層邊界膜實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑的一種潤(rùn)滑方式。 流體潤(rùn)滑： 當(dāng)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(kāi)、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(rùn)滑狀態(tài)稱為流體潤(rùn)滑。 混合潤(rùn)滑： 當(dāng)摩擦副兩表面間的油膜不夠厚時(shí)，局部表面的輪廓峰仍可穿透潤(rùn)滑油膜而發(fā)生接觸，而其他區(qū)域仍處于流體潤(rùn)滑狀態(tài)，這種兼有邊界潤(rùn)滑和流體潤(rùn)滑的狀態(tài)稱為混合潤(rùn)滑； 潤(rùn)滑狀態(tài)的轉(zhuǎn)化 ：改變某些參數(shù)如壓強(qiáng)p、兩接觸面間相對(duì)滑動(dòng)速度v、流體粘度，邊界潤(rùn)滑、混合潤(rùn)滑和流體潤(rùn)滑狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)化。 邊界潤(rùn)

15、滑，部分彈流、混合潤(rùn)滑，完全彈流、流體潤(rùn)滑 膜厚比、潤(rùn)滑狀與相對(duì)壽命,1時(shí)呈邊界潤(rùn)滑狀態(tài)；13時(shí)呈混合潤(rùn)滑狀態(tài)或部分彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)；3時(shí)呈流體潤(rùn)滑狀態(tài)或完全彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài),4.5 流體潤(rùn)滑原理及方法,流體動(dòng)壓潤(rùn)滑：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)生的動(dòng)壓力來(lái)平衡外載荷，這種流體潤(rùn)滑狀態(tài)稱為流體動(dòng)壓潤(rùn)滑。 流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的主要優(yōu)點(diǎn)：摩擦力?。▋H為流體內(nèi)部的摩擦阻力）、磨損小甚至沒(méi)有，并可緩和振動(dòng)與沖擊。,流體靜壓潤(rùn)滑：流體靜壓潤(rùn)滑是將液壓泵等外界設(shè)備提供的壓力流體送入摩擦表面之間，以靜壓力來(lái)平衡外載荷，使摩擦表面分離而達(dá)到

16、流體潤(rùn)滑的目的。 流體靜壓潤(rùn)滑技術(shù)已成熟應(yīng)用于靜壓軸承、靜壓導(dǎo)軌、靜壓絲杠等摩擦副零部件。 潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑方法及潤(rùn)滑系統(tǒng) 潤(rùn)滑系統(tǒng)的選擇和設(shè)計(jì)：潤(rùn)滑劑的輸送、 控制（分配、調(diào)節(jié)）、冷卻、凈化，以 及壓力、流量、溫度等參數(shù)的監(jiān)控。 機(jī)械設(shè)備使用的潤(rùn)滑方法：有分散潤(rùn)滑 和集中潤(rùn)滑兩大類型。 集中潤(rùn)滑又可分為全損耗系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)及靜壓系統(tǒng)等三種基本類型。,4.6 密封裝置,密封是為了阻止?jié)櫥蛷妮S承中流失，也是為了防止外界灰塵、水分等侵入軸承。 根據(jù)密封元件間有無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)通常把密封分為靜密封和動(dòng)密封兩大類。密封結(jié)合面間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封稱為靜密封，密封元件間彼此有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封稱為動(dòng)密封。 對(duì)于動(dòng)密封

17、，根據(jù)軸的運(yùn)動(dòng)形式可分為兩種基本類型，即旋轉(zhuǎn)軸密封和往復(fù)軸密封。也可根據(jù)密封元件之間是否接觸而分為接觸密封和非接觸密封。,靜密封 直接接觸密封： 墊片、墊圈密封 自緊式密封,接觸式旋轉(zhuǎn)軸密封 在裝配狀態(tài)下使密封件與密封面之間產(chǎn)生一個(gè)初始接觸壓力，使密封件材料的表面產(chǎn)生適量的變形，與密封面相互接觸，堵塞流體通道，阻止液體的進(jìn)出。 為了減小密封件與密封面之間的摩擦，必須使二者之間保持一層適當(dāng)厚度的油膜，以避免產(chǎn)生干摩擦。因此，一切接觸式動(dòng)密封均要在一定的潤(rùn)滑方式下工作。 氈圈密封 在端蓋或殼體上開(kāi)出梯形槽，將矩形截面的氈圈放置在槽中與旋轉(zhuǎn)軸密合接觸，用于低速、脂潤(rùn)滑的場(chǎng)合。,油封密封 油封是依靠有

18、彈性的唇部進(jìn)行密封的標(biāo)準(zhǔn)密封件。油封密封，因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、檢修方便，是目前應(yīng)用最廣泛的一種接觸式旋轉(zhuǎn)軸的密封方式,機(jī)械密封 機(jī)械密封是由一對(duì)或數(shù)對(duì)動(dòng)環(huán)與靜環(huán)組成的平面摩擦副構(gòu)成的密封裝置 機(jī)械密封通常由以下四個(gè)部分組成：1）由動(dòng)、靜環(huán)組成的摩擦副；2）由彈性元件為主要零件的補(bǔ)償緩沖件；3）輔助密封圈；4）帶動(dòng)動(dòng)環(huán)和軸一起回轉(zhuǎn)的構(gòu)件。,1一彈簧座；2一彈簧；3一旋轉(zhuǎn)環(huán)(動(dòng)環(huán))；4一壓蓋；5一靜環(huán)密封圈；6一防轉(zhuǎn)銷；7一靜止環(huán)(靜環(huán))；8一動(dòng)環(huán)密封圈；9一軸(或軸套)；10-緊定螺釘,非接觸式旋轉(zhuǎn)軸密封 在非接觸密封中不存在密封與運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦，因此也就沒(méi)有磨損。這樣的密封具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐用、運(yùn)行可靠的顯著特點(diǎn)，而且?guī)缀蹩梢圆痪S修保養(yǎng)。 迷宮密封,螺旋密封 螺旋密封是利用旋轉(zhuǎn)軸表面上的螺紋，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺紋起類似螺桿泵的作用，壓送流體流回箱體內(nèi)，以阻止流體泄漏。 磁流體密封簡(jiǎn)介 磁流體密封是一種非接觸密封，具有零泄漏、小摩擦、低功耗、無(wú)磨損、無(wú)老化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在氣體和真空密封、航天裝備、計(jì)算機(jī)硬盤(pán)軸承中得到廣泛應(yīng)用,復(fù)習(xí)思考題1、什么叫摩擦、摩擦力、干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦、混合摩擦、流體潤(rùn)滑、混合潤(rùn)滑、固體潤(rùn)滑？2、摩擦特性曲線分為哪幾個(gè)階段？3、摩擦