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1、第2章 摩擦、磨损与润滑概述,2-1 摩 擦,2-2 磨 损,2-3 润滑剂、添加剂和润滑方法,2-4 流体润滑原理简介,2-0 概 述,2-5 密封,摩擦两个接触表面作相对运动或有相对运动趋势时，阻止其产生相对运动的现象；摩擦是引起能量损耗的主要原因 磨损由于摩擦引起的摩擦能耗和导致表面材料的不断损耗或转移，即形成磨损 ； 磨损是造成零件失效和材料损耗的主要原因 润滑是减轻摩擦和磨损所应采取的措施。,2-0 概 述,关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学(Tribology)。 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缘学科。,摩擦的二重性 消极影响
2、： 消耗能源； 破坏精度（包括磨损和爬行）； 增大噪声 积极作用： 驱动(摩擦轮、无级变速、带传动） 缓冲，如宇航员座椅； 自锁、制动，如汽车拖拉机的摩擦制动器等,全世界工业部门使用的能源中，约有1/31/2最终以各种形式损耗在摩擦上。 磨损造成的损失是摩擦损失的12倍。在失效的机械零件中，大约有80是由于各种形式的磨损所造成。 在机械设计中若能很好地运用已有的研究成果，正确处理好摩擦、磨损和润滑中的各种问题，则所取得的经济效益必将是巨大的,则既减少设备维修次数和费用，又能节省制造零件及其所需材料的费用。,摩擦分类：,滑动摩擦 滚动摩擦,内摩擦 外摩擦,静摩擦 动摩擦,是否相对运动,微观宏观,
3、2-1 摩擦,通常用膜厚比来估计两滑动表面的摩擦状态 两滑动表面间，最小公称油膜厚度； 分别为两表面轮廓均方根偏差； 边界摩擦 混合摩擦。 流体摩擦,越大，油膜承载比例越大，f也就越小。,1、干摩擦,表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。通常将未经人为润滑的摩擦状态当作“干摩擦”处理。,1、摩擦理论：,库仑公式,2、新理论：分子机械理论、能量理论、粘着理论。,摩擦的机理,运动副的摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开,起到一定润滑作用，但由于边界膜较薄，因此磨损不可避免。 摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能即化学性质。 边界摩擦摩擦系数f0.1；(膜厚比1),2、边界摩擦,按边界膜形成机
4、理，边界膜分为： 物理吸附膜（极性分子）,反应膜,化学吸附膜（化学键）,3、流体摩擦,流体摩擦：指运动副的摩擦表面被润滑膜完全隔开（34） 摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。 流体摩擦时的摩擦系数最小（f=0.0010.008），无磨损产生。,摩 擦3,4、混合摩擦,混合摩擦：摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状 态（=13） 。 混合摩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。,介于流体摩擦和边界摩擦之间，薄膜厚度仅几纳米，在现代精密机械系统或MEMS（微机电系统）中普遍存在。,5、薄膜润滑状态,随着科学技术的发展，关于摩擦学的研究已逐渐深入到微观研究领域，形成了纳
5、米摩擦学理论，引发出许多新的概念，比如提出了超润滑的概念等。 从理论上讲，超润滑是实现摩擦系数为零的摩擦状态，但在实际研究中，一般认为摩擦系数在0.001量级（或更低）的摩擦状态即可认为属于超润滑。 关于这方面的研究也是目前纳米摩擦学研究的一个重要方面，同学们应对此给予关注。,2-2 磨损,磨损：运动副之间的摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。,磨损会影响机器的效率，降低工作的可靠性，甚至促使机器提前报废。 另外，工程上也有不少利用磨损作业的场合，如精加工中的磨削及抛光，机器的磨合等。,对磨损的研究开展较晚，20世纪50年代提出粘着理论后，60年代在相继研制出各种表面分析仪器的基础上，磨损
6、研究才得以迅速开展。,磨损二重性,1、磨合阶段： 表面轮廓峰的形状变化 表面材料被加工硬化,3、剧烈磨损阶段:即将报废阶段。经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大动载振动润滑状态改变温升磨损速度急剧上升直至零件失效 。,2、稳定磨损阶段: 代表零件使用寿命的长短。,结论：,力求缩短磨合期， 延长稳定磨损期， 推迟剧烈磨损的到来。,零件的磨损过程：,磨损分类：,点蚀磨损 胶合磨损 擦伤磨损,粘附磨损 磨粒磨损 疲劳磨损 流体磨粒磨损和冲蚀磨损 机械化学磨损（腐蚀磨损） 微动磨损（微动损伤）,磨损机理,磨损结果,1、粘附磨损 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
7、生“冷焊”后，在相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘附磨损。,2、磨粒磨损 也简称磨损。外部进入的硬质颗粒或摩擦表面上的硬质突出物在较软材料的表面上进行微切削（犁刨出很多沟纹时被移去的材料）的过程叫磨粒磨损 。,3、疲劳磨损 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起的磨损。,4、冲蚀磨损 流体中所夹带的硬质物质或颗粒，在流体冲击力作用下而在摩擦表面引起的机械磨损。 5、腐蚀磨损 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即为腐蚀磨损。 6、微动磨损 是指摩擦副在微幅运动时，由上述各磨损机理共同形
8、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。,2-3 润滑剂、添加剂和润滑办法,一、润滑剂,作用：减小摩擦、磨损；散热降温；缓冲、吸振；密封,润滑剂的作用是润滑、冷却、冲洗、密封、减振、卸荷、保护等。 1.润滑作用 是改善摩擦状况、减少摩擦、防止磨损，同时还能减少动力消耗。 2.冷却作用 在摩擦时产生的热量、大部分被润滑油带走，少部分热量经过传导辐射直接散发出去。 3.冲洗作用 磨损下来的碎屑可被润滑油带走，称为冲洗作用。冲洗作用的好坏对磨损影响很大，在摩擦面间形成的润滑油很薄，金属碎屑停留在摩擦面上会破坏油膜，形成干摩擦，造成磨粒磨损。 4.密封作用 压缩机的缸壁与活塞之
9、间的密封，就是借助于润滑油的密封作用。 5.减振作用 摩擦件在油膜上运动，好像浮在“油枕”上一样，对设备的振动起一定的缓冲作用。 6.卸荷作用 由于摩擦面间有油膜存在，作用在摩擦面上的负荷就比较均匀地通过油膜分布在摩擦面上，油膜的这种作用叫卸荷作用。 7.保护作用 可以防腐和防尘，起保护作用。,二、润滑剂的性能与选择,（一）.润滑油,分类,动力粘度（Pa.s） 运动粘度 （cm2/s）（润滑油牌号） 条件粘度 E（Et）,1、粘度,表征了润滑油抵抗变形的能力，标志着液体内部产生相对运动时中内摩擦阻力的大小。,粘度是最重要的性能指标，也是选择润滑油的主要依据。粘度分,润滑油的性能评价指标,此式称
10、为牛顿粘性定律。式中，u为油层中任一点的速度； 比例常数为流体的动力粘度（常简称为粘度）。,1）动力粘度,牛顿在1687年提出了粘性液的摩擦定律（粘性定律），即：在流体中任意点处的切应力均与该处流体的速度梯度成正比。,牛顿液体,粘度单位： SI（国际单位制）: Ns/m2或Pas。 C.G.S.（绝对单位制）：Poise，简称泊（P） 或泊的百分之一，即厘泊（cP）。,1 P=0.1 Pas 1 cP=0.001 Pas,在工程中，常常将流体的动力粘度与其密度的比值作为流体的粘度，这一粘度称为运动粘度，常用表示。运动粘度的表达式为：,运动粘度单位：SI制m2/s。 C.G.S.制：Stoke，
11、简称St（斯），1 St=1cm2/s=100 cSt =10-4 m2/s。 常用St的百分之一cSt作为单位，称为厘斯，因而1 cSt= 1 mm2/s。,2）、运动粘度,润滑油的牌号就是该润滑油在40C（或100C）时运动粘度（以厘斯为单位）的平均值。例图2-7 L-AN15。,3）、条件粘度,以 为条件粘度单位。,运动粘度(cSt)和恩氏粘度之间可通过下式进行换算：,在一定条件下，利用某种规格的粘度计，通过测定润滑油穿过规定孔道的时间来进行计量的粘度。,影响润滑油粘度的主要因素,温度和压力对粘度影响较大： 温度，粘度（粘温指数）； 压力（20Mpa)，粘度,2、油性 油性是指润滑油的极
12、性分子与金属表面吸附形成边界油膜的吸附能力。在低速、重载的情况下，一般都是边界润滑，油性就有特别重要的意义。 3、凝点 润滑油冷却到不能流动时的温度称凝点，在低温下工作的机械应用凝点低的润滑油。 4、闪点和燃点 蒸发的油气，一遇火焰即能闪光时的最低温度，称为油的闪点。闪光时间长达5秒时的油温称为燃点。高温工作时应选闪点较高的润滑油。 5、氧化稳定性 防止润滑油在高温下氧化生成酸性物质从而影响润滑油性能并腐蚀金属的能力。,润滑脂是由润滑油和各种稠化剂(如钙、钠、铝、锂等金属皂)混合稠化而成的膏壮混合物。 润滑脂密封简单，不需经常加添，不易流失，对载荷和速度的变化有较大的适应范围，受温度的影响不大
13、，但摩擦损耗较大，机械效率较低，。且润滑脂易变质，不如润滑油稳定。 总的来说，一般参数的机器，特别是低速或带有冲击的机器，都可以使用润滑脂润滑。,2、润滑脂,A)钙基脂：抗水，适于轻中重载荷； B)钠基脂：高温，但不抗水； C)锂基脂：多用途，最好； D)铝基脂：高度耐水性，航运机械 E)其它特种润滑脂（特种合成油、添加剂、 稠化剂等）,润滑脂分类,润滑脂的主要性能指标,1）针(锥)入度 软硬程度h（以0.1mm计) 标志着润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱。 锥入度越小，表明润滑脂越稠，润滑脂的牌号就是该润滑脂锥入度的等级，牌号越小，针入度等级越高。,标准锥体，1.5N，25 ，5s,2）滴点
14、 是指润滑脂受热后从标准测量杯的孔口滴下第一滴油时的温度。 半固体流体的温度转折点，表示耐热性。 反映润滑脂的耐高温性能，润滑脂的工作温度应低于滴点2030。,二、添加剂,添加剂为了提高油的品质和性能，常在润滑油或润滑脂中加入一些分量虽小但对润滑剂性能改善其巨大作用的物质。,三、润滑方法,油润滑在工程中的应用最普遍，脂润滑常用于运转速度较低的场合，将润滑脂涂抹于需润滑的零件上。润滑脂还可以用于简单的密封。,润滑油和润滑脂的供应方法在设计中很重要，尤其是油润滑时的供应方法与零件在工作时所处润滑状态有着密切的关系,1、油润滑,供油方法,压配式油杯， 旋套式油杯,适用于小型、低速或间歇运动的装置,滴
15、油润滑,油环润滑,飞溅润滑,压力循环润滑,1、间歇润滑装置 油壶、油枪，还有a(压配式油杯）、b（旋套式注油杯）用于人工定时加油；,常用润滑装置,2、连续供油润滑装置 根据所需供油量的大小可采用滴油润滑、油环润滑、浸油润滑或喷油润滑。 1）滴油润滑,2）油环润滑 在轴颈上套一油环，油环下部浸入油池中，当轴颈旋转时，靠摩擦力带动油环旋转，把油引入轴承。油环浸在油池内的深度约为其直径的四分之一时，给油量已足以维持液体润滑状态的需要。它常用于大型电机的滑动轴承中。,3）飞溅润滑,4）压力循环润滑 是最完善的给油方法，用油泵循环给油，给油充足，在油的循环系统中常配置过滤器、冷却器。还可设置油压控制开关
16、，当管路内油压下降时可报警、启动辅助油泵或指令主机停车。给油方法安全可靠，但设备费用较高，常用于高速、重载或精密的重要机器中。,脂润滑只能间歇供应润滑脂。 图示是常用的旋盖式油杯，油杯中填满润滑脂，定期旋转杯盖，使容积减小而将润滑脂注入轴承内。,2、脂润滑,润滑脂知识以及润滑脂的使用,润滑脂是工业上常用的润滑材料之一，润滑脂是一种具有塑性的润滑剂，它由润滑液体、稠化剂和添加剂三部分组成。润滑脂的润滑性质取决于润滑液体的性质。稠化剂在润滑脂中形成如海绵状或蜂窝状的结构骨架，使其成为膏状物质。添加剂是指为改善润滑脂某方面的使用性能而添加的少量物质(如抗氧化剂、抗腐蚀剂等)。 润滑脂的品种牌号繁多，其分类方法也多种多样。但使用最多的是按稠化剂的类别来分，如皂基润滑脂、烃基润滑脂、无机润滑脂、有机润滑脂。目前使用最广泛、最普遍是皂基润滑脂中的钙基润滑脂和锂基润滑脂。 润
