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1、第四章 摩擦、磨损及润滑概述,第四章 摩擦磨损及润滑概述,摩擦（friction）,一、基本概念,摩擦力 （friction force）,磨损（wear） 摩擦时，摩擦表面材质损失或转移的现象,润滑（lubrication）摩擦面添加介质（油、脂等），以减小摩擦、磨损，降低材料消耗，保证机器可靠工作的现象。 摩擦学（tribology）研究有关摩擦、磨损、润滑的一门科学和技术。,二、摩擦,1. 分类 按物体是否有运动分,静摩擦（statical friction） 仅有相对滑动趋势时的摩擦；,动摩擦（kinetic friction）有相对滑动的摩擦 按运动形式分,干摩擦(dry frict
2、ion) 不加任何润滑剂的摩擦。,滑动摩擦（sliding friction） 两表面以相对滑动为主的摩擦；,滚动摩擦（rolling friction） 两表面以滚动为主的摩擦。,按摩擦界面间的润滑剂情况分,流体摩擦（fluid friction）摩擦表面被一层流体隔开的摩擦；,边界摩擦（boundary friction）两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开的摩擦；,混合摩擦（mixed friction）上述任何两种及以上摩擦共存的摩擦。,几种摩擦的界限常以膜厚比来大致估计：,式中：hmin最小公称油膜厚度，m Rq1 接触表面1轮廓的均方根偏差，m Rq2 接触表面2轮廓的均方根偏差，m
3、,2. 干摩擦(dry friction),库仑定律：Fff Fn 1945年由鲍登（FP.Bowden）等人提出：,摩擦副接触只是部分峰顶接触,修正粘着理论：,接触区域同时存在压应力和切应力，材料的屈服极限必须由复合应力来确定,Fn的作用,Ari,切向力Ff,Ari+Ari,节点增长,注意： 修正粘附理论与实际情况相近，可以在相当大的范围内解释摩擦现象；在工程实际中常用的金属材料的摩擦系数是指在常规压力与速度条件下通过实验的测定值，并可认为是一个常数。,3. 边界摩擦（boundary friction）,物理吸附膜,化学吸附膜 有较低的剪切强度，较高的熔点，能在较高的速度和载荷下起润滑作用
4、。,f 较低，熔点低，只能在低速轻载下起润滑作用。, 化学反应膜 具有低的剪切强度和高的熔点，可在十分恶劣的条件下起润滑作用。 油性物理吸附膜、化学吸附膜的润滑性能 极压性化学反应膜的润滑性能。,4. 流体摩擦（fluid friction） 润滑油膜厚度大到将两个表面接触的微凸体完全分开时的摩擦。此时，没有金属的直接接触，润滑性能取决于润滑油本身的性质。,5. 混合摩擦（mixed friction） 两个摩擦面间有些部位呈现干摩擦，有些部位呈现边界摩擦，有些部位呈现液体摩擦，这种状态称为混合摩擦。摩擦系数不稳定。,三、 磨损 磨损：摩擦过程带来了表面材料的丧失和转移，磨损可造成零件的失效，
5、占总失效的70%80%。,磨损带来的危害： 影响零件的运动质量； 改变了零件的尺寸； 降低了零件的可靠性。,1. 按磨损阶段分 跑合(running-in)磨损阶段 跑合的目的： 磨掉不平高峰，增大接触面积，提高承载能力。,稳定磨损阶段 磨损以平稳而缓慢的速度进行，标志磨损条件保持相对稳定。,急剧磨损阶段 经过稳定磨损阶段，零件工作到寿命期，磨损速度加快。 设计或使用机器，要力求缩短跑合期、延长稳定磨损期、推迟急剧磨损期的到来。,2. 按磨损机理分,粘着磨损（adhesive wear） 摩擦表面的微凸体在相互作用的各处发生“冷焊”后，在相对滑动过程中，材料从一个表面迁移到另一个表面的现象。,
6、减轻粘着磨损的措施 a. 合理选择配对摩擦副材料，选择粘着倾向性小的配对材料； b. 采用油性、极压性好的润滑剂； c. 限制摩擦表面的温度；,d. 控制压强。,磨粒磨损（abrasive wear） 从外部进入摩擦面间的游离硬颗粒或硬的微凸体峰尖在较软材料的表面上犁刨出很多沟纹的现象。,影响磨粒磨损的因素： 材料的硬度Hm和磨料的硬度Ha；,磨料的数量。,疲劳磨损（fatigue wear） 零件受交变接触应力的反复作用，在零件工作表面或表面下一定深度处形成疲劳裂纹，随着裂纹的扩展与相互连接，将造成颗粒从零件工作表面上脱落，形成疲劳坑的现象点蚀。 影响疲劳磨损的因素： 表面光洁度； 润滑油粘
7、度； 零件表面的硬度和芯部的硬度。,腐蚀磨损（corrosive wear） 摩擦过程中，零件摩擦副与周围介质发生化学反应或电化学反应所产生的磨损。,影响腐蚀磨损的主要因素 介质的酸碱性； 零件表面生成的氧化膜性质； 环境温度。,冲蚀磨损（erosion wear） 含有硬微粒的液体冲击固体表面所造成的磨损。 影响因素： 微粒与固体表面的摩擦系数； 微粒的冲击速度； 微粒冲击速度的方向与固体表面所夹角。 微动磨损（fretting wear） 紧联接表面在循环变应力、振动、接触面产生的弹性变形差异等引起的磨损。,四、润滑（lubrication）,降低摩擦、减轻磨损； 保护零件不被锈蚀； 散热
8、降温（循环油）； 缓冲吸振（液体不可压缩性）； 密封（润滑脂）。,1. 润滑的作用,2. 润滑剂（lubricant）及主要指标,（1）润滑油（lubricating oil） 动物油、植物油、矿物油、化学合成油, 粘度（viscosity）,流体抵抗变形的能力，标志着流体内部摩擦阻力的大小，即粘度大，流动性差。,粘性流体摩擦定律：,A板以速度v 运动， B板静止不动，则贴近A 板的流体以速度v运动，贴近B板的流体静止，流体的运动是层流，各层之间存在相对滑移，各层界面上就有剪切力：, 流体延运动方向的速度梯度,单位：Pas（国际），P (泊)（绝对单位）,单位：m2/s（国际），St (斯)（
9、绝对单位）,单位：Et（恩氏度）,影响粘度的因素 温度：温度高，粘度低； 压力：粘度随压力的增大而提高 压力低于20Mpa时，影响很小 超过20Mpa时，影响明显,油性 物理吸附膜，化学吸附膜 极压性 化学反应膜。 氧化稳定性 润滑油抗氧化的能力。 闪点（flash point） 衡量易燃性的指标，高温下工作很重要。 凝固点（solidifying point） 衡量低温下工作的性能。,（2）润滑脂（grease）,钙基润滑脂 纳基润滑脂 锂基润滑脂 铝基润滑脂 针入度（penetration ） 衡量脂的稠密程度，针入度小，承载能力大。 滴点（drop point） 衡量润滑脂的耐高温能力。,（3）添加剂（additive） 添加剂的作用 提高油性、极压性和极端工作条件能力； 推迟润滑剂老化变质，延长使用寿命； 改善润滑剂的物理性能。 添加剂有：清净分散剂,抗氧化剂 油性添加剂 极压与抗磨添加剂 降凝剂 增粘剂,3. 润滑装置,（1）间歇供油 压配式油杯,旋套式油杯,a 滴油润滑 针阀油杯,（2）连续供油,油芯油杯,b 油环润滑装置,c 飞溅润滑装置,（3）润滑脂供油装置 旋盖式油脂杯,
