第4章摩擦磨损及润滑概述.ppt

广西工学院专用 作者：潘存云教授 4-1 摩擦4-2 磨损4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法 4-4 流体润滑原理简介 4-0 概述第第4章章 机械零件设计概论机械零件设计概论广西工学院专用 作者：潘存云教授 4-0 概 述 摩擦学摩擦学研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。缘学科。摩擦摩擦相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象 磨损磨损由于摩擦而造成物体表面材料的损失或转移由于摩擦而造成物体表面材料的损失或转移 润滑润滑减轻摩擦和磨损所应采取的措施减轻摩擦和磨损所应采取的措施关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学(Tribology)。世界上使用的能源大约有世界上使用的能源大约有 1/31/2 消耗于摩擦。消耗于摩擦。机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的。和更换的。减少摩擦减少摩擦 节省能源；节省能源；减少磨损减少磨损 降低设备维修次数和费用，节省制造降低设备维修次数和费用，节省制造零零 件及其所需材料的费用。件及其所需材料的费用。随着科学技术的发展，摩擦学的理论和应用必将由宏观进入微观，由静态进入动态，由定性进入定量，成为系统综合研究的领域。广西工学院专用 作者：潘存云教授 二二、摩擦的分类摩擦的分类内内 摩摩 擦擦在物质的内部发生的阻碍分子之间相对在物质的内部发生的阻碍分子之间相对 运动的现象。运动的现象。外外 摩摩 擦擦在相对运动的物体表面间发生的相互阻在相对运动的物体表面间发生的相互阻 碍作用现象。碍作用现象。静静 摩摩 擦擦仅有相对运动趋势时的摩擦。仅有相对运动趋势时的摩擦。动动 摩摩 擦擦在相对运动进行中的摩擦。在相对运动进行中的摩擦。滑动摩擦滑动摩擦物体表面间的运动形式是相对滑动。物体表面间的运动形式是相对滑动。滚动摩擦滚动摩擦物体表面间的运动形式是相对滚动。物体表面间的运动形式是相对滚动。“机械说机械说”摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用“分子说分子说”摩擦原因是表面材料分子间的吸力作用摩擦原因是表面材料分子间的吸力作用一、摩擦的机理一、摩擦的机理“机械分子说机械分子说”两种作用均有两种作用均有 4-1 摩擦摩擦广西工学院专用 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1.干摩擦干摩擦 两零件表面直接接触后，因为微观局部两零件表面直接接触后，因为微观局部压力高而形成许多冷焊点，运动时被剪切。压力高而形成许多冷焊点，运动时被剪切。不允许出现干摩擦！不允许出现干摩擦！2.边界摩擦边界摩擦三、三、滑动摩擦状态滑动摩擦状态 功耗功耗 磨损磨损 温度温度 烧毁轴瓦烧毁轴瓦 运动副表面有一层厚度运动副表面有一层厚度1 m的薄的薄油膜，不足以将两金属表面完全分开，油膜，不足以将两金属表面完全分开，其表面部分微观高峰部分仍将相互搓削。其表面部分微观高峰部分仍将相互搓削。比干摩擦的磨损轻比干摩擦的磨损轻，f 0.1 0.3v有一层压力油膜将两金属表面隔开，有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不直接接触。彼此不直接接触。是理想的摩擦状态。3.液体摩擦液体摩擦摩擦和磨损极轻摩擦和磨损极轻，f 0.001 0.01 vv v广西工学院专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制4.混合摩擦混合摩擦 v 混合摩擦是指摩擦表面间处于边界混合摩擦是指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状态。混合摩摩擦和流体摩擦的混合状态。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。比边界摩擦时要小得多。在一般机器中，处于后三种情况的混合状态。f n/p o边界摩擦边界摩擦混合摩擦混合摩擦液体摩擦液体摩擦摩擦特性曲线摩擦特性曲线称无量纲参数称无量纲参数n/p为轴承为轴承特特性数性数。-动力粘度，p-压强，n-每秒转数 边界摩擦和混合摩擦在边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统工程实际中很难区分，常统称为称为不完全液体摩擦。不完全液体摩擦。摩擦学研究的最新进展：摩擦学研究的最新进展：微纳米摩擦学理论微纳米摩擦学理论可实现：可实现：f 0.001 超润滑摩擦状态。超润滑摩擦状态。广西工学院专用 作者：潘存云教授 机器的寿命机器的寿命磨损磨损由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。磨损曲线磨损曲线 磨合阶段磨合阶段 磨损量磨损量时间时间剧烈磨剧烈磨损阶段损阶段 稳定磨损阶段稳定磨损阶段 4-2 磨损磨损磨损过程大致如图所示：磨损过程大致如图所示：磨合阶段磨合阶段包括摩擦表包括摩擦表面轮廓峰的形状变化和表面面轮廓峰的形状变化和表面材料被加工硬化两个过程材料被加工硬化两个过程稳定磨损阶段稳定磨损阶段零件在零件在平稳而缓慢的速度下磨损平稳而缓慢的速度下磨损它标志着磨擦条件相对稳定。剧烈磨损阶段剧烈磨损阶段在经过稳定磨损阶段后，零件表面遭在经过稳定磨损阶段后，零件表面遭到破坏，运动副间隙增大引起而外的动载荷和振动。零件到破坏，运动副间隙增大引起而外的动载荷和振动。零件即将进入报废阶段即将进入报废阶段后果后果降低机器的效率和可靠性，甚至促使机器提前报废。降低机器的效率和可靠性，甚至促使机器提前报废。设计机器时，要求缩短磨合期、延长稳定期、推迟剧烈设计机器时，要求缩短磨合期、延长稳定期、推迟剧烈磨损期的到来。磨损期的到来。它是磨损的不稳定阶段，在整个寿命周期内时间很短。广西工学院专用 作者：潘存云教授 磨粒磨损磨粒磨损 磨损的分类磨损的分类 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损磨损类型类型 按磨损机理分按磨损机理分 按磨损表面按磨损表面外观可分为外观可分为 点蚀磨损点蚀磨损 胶合磨损胶合磨损 擦伤磨损擦伤磨损 两种不同的称谓 广西工学院专用 作者：潘存云教授 磨损的机理磨损的机理 磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型：磨粒磨损磨粒磨损也简称磨损，也简称磨损，外部进入摩擦面间的游离硬外部进入摩擦面间的游离硬颗粒（如空气中的尘土或磨损造成的金属微粒）或硬的颗粒（如空气中的尘土或磨损造成的金属微粒）或硬的轮廓峰尖在软材料表面上犁刨出很多沟纹时被移去的材轮廓峰尖在软材料表面上犁刨出很多沟纹时被移去的材料，一部分流动到沟纹两旁，一部分则形成一连串的碎料，一部分流动到沟纹两旁，一部分则形成一连串的碎片脱落下来成为新的游离颗粒，这样的微粒切削过程就片脱落下来成为新的游离颗粒，这样的微粒切削过程就叫磨粒磨损。叫磨粒磨损。潘存云教授研制广西工学院专用 作者：潘存云教授 磨损的机理：磨损的机理：磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型：粘附磨损粘附磨损也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处由于瞬时的温升和压力发生用的各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊冷焊”后，在后，在相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘附磨损。成粘附磨损。严重的粘附磨损会造成运动副咬死。严重的粘附磨损会造成运动副咬死。潘存云教授研制广西工学院专用 作者：潘存云教授 磨损的机理：磨损的机理：磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型：疲劳磨损疲劳磨损也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的材料疲劳所引交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的材料疲劳所引起的机械磨损。起的机械磨损。点蚀过程：点蚀过程：产生初始疲劳裂纹产生初始疲劳裂纹扩展扩展 微粒脱落，形成点蚀坑。微粒脱落，形成点蚀坑。潘存云教授研制广西工学院专用 作者：潘存云教授 磨损的机理：磨损的机理：磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型：冲蚀磨损冲蚀磨损流动的液体或气体中所夹带的硬质物体或硬流动的液体或气体中所夹带的硬质物体或硬 质颗粒冲击零件表面所引起的机械磨损。利质颗粒冲击零件表面所引起的机械磨损。利 用高压空气输送型砂或高压水输送碎石时，用高压空气输送型砂或高压水输送碎石时，管道内壁所产生的机械磨损是实例之一。管道内壁所产生的机械磨损是实例之一。近年来，由于燃气涡轮机的叶片、火箭发动机的尾喷管这样一些部位的破坏，才引起人们对这种磨损形式的特别注意潘存云教授研制广西工学院专用 作者：潘存云教授 磨损的机理：磨损的机理：磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型：腐蚀磨损腐蚀磨损当摩擦表面材料在环境的化学或电化学当摩擦表面材料在环境的化学或电化学作用下引起腐蚀，在摩擦副相对运动时所产生的磨损作用下引起腐蚀，在摩擦副相对运动时所产生的磨损即为腐蚀磨损。即为腐蚀磨损。广西工学院专用 作者：潘存云教授 磨损的机理：磨损的机理：磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型：微动磨损微动磨损是指摩擦副在微幅运动时，由上述各磨损是指摩擦副在微幅运动时，由上述各磨损机理共同形成的复合磨损。微幅运动可理解为不足以使机理共同形成的复合磨损。微幅运动可理解为不足以使磨粒脱离摩擦副的相对运动。磨粒脱离摩擦副的相对运动。应用实例应用实例：轴与孔的过盈配合面、滚动轴承套圈的配合面、：轴与孔的过盈配合面、滚动轴承套圈的配合面、旋合螺纹的工作面、铆钉的工作面等。旋合螺纹的工作面、铆钉的工作面等。广西工学院专用 作者：潘存云教授 一、一、润滑剂润滑剂 作用：作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。分类分类液体液体润滑剂润滑剂润滑油润滑油半固体半固体润滑剂润滑剂润滑脂润滑脂固体固体润滑剂润滑剂1.润滑油润滑油 矿物油来源充足、成本低廉、稳定性好、因而应用最广。矿物油来源充足、成本低廉、稳定性好、因而应用最广。种类：种类：气体气体润滑剂润滑剂空气空气有机油有机油动、植物油动、植物油矿物油矿物油石油产品，石油产品，化学合成油化学合成油 4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法润滑剂、添加剂和润滑方法 广西工学院专用 作者：潘存云教授 潘存云教授研制A在轴承中，润滑油最重要的物理参数是粘度，它是选择润滑油的主要依据。粘度表征液体流动的内摩擦特性。A、B两板之间充满了液体，B板静止，A板水平移动速度为v。由于液体与金属表面的吸附作用，A板表面的液体速度为v，而B板表面的液体速度为0。两板之间的速度呈线性分布。液体层与层之间摩擦的切应力：液体层与层之间摩擦的切应力：=dudy流体中任意点处的切应力与该处的速度梯度成正比。流体中任意点处的切应力与该处的速度梯度成正比。液体的液体的动力粘度，动力粘度，简称简称粘度粘度量纲：力时间/长度2单位为单位为 Pa s s，称为泊称为泊。或厘泊：或厘泊：1P=1 dyn s/cm/cm2 实验结果：实验结果：oxyydydu分析位置y处薄层的受力 B粘度粘度液体液体重要指标，重要指标，粘度值越高，油越稠，反之越稀；粘度值越高，油越稠，反之越稀；粘度的种类粘度的种类动力粘度动力粘度运动粘度运动粘度条件粘度条件粘度(1)动力粘度动力粘度牛顿液体流动定律牛顿液体流动定律 1泊泊=100厘泊厘泊广西工学院专用 作者：潘存云教授 工程中常用工程中常用运动粘度运动粘度 =单位：单位：m m2/s 在在C