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1、第二章 摩擦、磨损及润滑概述一、教学要求1. 掌握摩擦的分类。2. 熟悉磨损的过程，会分析不同种类的磨损。3. 掌握润滑和密封。二、教学重点与难点1. 磨损及其过程2. 润滑和密封是难点。2.1 摩擦与磨损 各类机器在工作时，零件相对运动的接触部分都存在着摩擦，摩擦是机器运转过程中不可避 免的物理现象。摩擦不仅消耗能量，而且使零件发生磨损，甚至导致零件失效。据统计，世界上 1312 的能源消耗在摩擦上，而各种机械零件因磨损失效的也占全部失效零件的一半以上。 磨损是摩擦的结果，润滑则是减少摩擦和磨损的有力措施，这三者是相互联系不可分割的。2.1.1 摩擦及其分类 在外力作用下，一物体相对于另一物
2、体运动或有运动趋势时，两物体接触面间产生的阻碍物 体运动的切向阻力称为摩擦力。这种在两物体接触区产生阻碍运动并消耗能量的现象，成为摩擦。 摩擦会造成能量损耗和零件磨损，在一般情况下是有害的，因此应尽量减少摩擦。但有些情况下 却要利用摩擦工作，如带传动，摩擦制动器等。根据摩擦副表面问的润滑状态将摩擦状态分为四种：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦（如 图所示）1. 干摩擦 如果两物体的滑动表面为无任何润滑剂或保护膜的纯金属，这两个物体直接接触时的摩擦称 为干摩擦。干摩擦状态产生较大的摩擦功耗及严重的磨损，因此应严禁出现这种摩擦。2. 液体摩擦两摩擦表面不直接接触，被油膜（油膜厚度一般在1.52
3、p m以上）隔开的摩擦称为液体摩 擦，如图所示。3. 边界摩擦两摩擦表面被吸附在表面的边界膜（油膜厚度小于1p m）隔开，使其处于干摩擦与液体摩擦之 间的状态，这种摩擦称为边界摩擦，如图所示。4. 混合摩擦 在实践中有很多摩擦副处于干摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态，称为混合摩擦，如图所示。由于液体摩擦、边界摩擦、混合摩擦都必须在一定的润滑条件下才能实现，因此这三种摩 擦又分别称为液体润滑、边界润滑和混合润滑。2.1.2磨损及其过程 运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐损失，这种现象称为磨损。单位时间内材料的 磨损量称为磨损率。磨损量可以用体积、质量或厚度来衡量。机械零件严重磨损后，将降
4、低机器的工作效率和可靠性，使机器提早报废。因此，预先考虑 如何避免或减轻磨损，是设计、使用、维护机器的一项重要内容。但另一方面，磨损也并非全都 是有害的，工程上常利用磨损的原理来减小零件表面的粗糙度，如磨削、研磨、抛光、跑合等。在机械的正常运转中，磨损过程大致可分为以下三个阶段。1. 跑合（磨合）磨损阶段 这一阶段中，磨损速度由快变慢，而后逐渐减小到一稳定值。这是由于新加工的零件表面呈 尖峰状态，使运转初期摩擦副的实际接触面积较小，单位接触面积上的压力较大，因而磨损速度 较快，如图中磨损曲线的oa段。跑合磨损到一定程度后，尖峰逐渐被磨平，磨损速度即逐渐减慢。2. 稳定磨损阶段 在这一阶段中磨损
5、缓慢、磨损率稳定，零件以平稳而缓慢的磨损速度进入零件正常工作阶段，如图中的 ab 段。这个阶段的长短即代表零件使用寿命的长短，磨损曲线的斜率即为磨损率，斜 率愈小磨损率就愈低，零件的使用寿命就愈长。经此磨损阶段后零件进入剧烈磨损阶段。3. 剧烈磨损阶段 此阶段的特征是磨损速度及磨损率都急剧增大。当工作表面的总磨损量超过机械正常运转要求的某一允许值后，摩擦副的间隙增大，零件的磨损加剧，精度下降，润滑状态恶化，温度升高， 从而产生振动、冲击和噪声，导致零件迅速失效，如图中的be段。上述磨损过程中的三个阶段，是一般机械设备运转过程中都存在的。必须指出的是，在跑合 阶段结束后应清洗零件，更换润滑油，这
6、样才能正常地进入稳定磨损阶段。2.1.3 磨损分类 按照磨损的机理以及零件表面磨损状态的不同，一般工况下把磨损分为磨粒磨损、粘着磨损、 疲劳磨损、腐蚀磨损等。1. 磨粒磨损 由于摩擦表面上的硬质突出物或从外部进入摩擦表面的硬质颗粒，对摩擦表面起到切削或刮擦作用，从而引起表层材料脱落的现象，称为磨粒磨损。这种磨损是最常见的一种磨损形式，应 设法减轻这种磨损。为减轻磨粒磨损，除注童满足润滑条件外，还应合理地选择摩擦副的材料， 降低表面粗糙度值以及加装防护密封装置等。2. 粘着磨损 当摩擦副受到较大正压力作用时，由于表面不平，其顶峰接触点受到高压力作用而产弹、塑性变形，附在摩擦表面的吸附膜破裂、温升
7、后使金屑的顶峰塑性面牢固地粘着并熔焊在一起， 形成冷焊结点。在两摩擦表面相对滑动时，材料便从一个表面转移到另一个表面，成为表面凸起， 促使摩擦表面进一步磨损。这种由于粘着作用引起的磨损，称为粘着磨损。粘着磨损按程度不同可分为五级：轻微磨损、涂抹、擦伤、撕脱、咬死。如气缸套与活塞环、 曲轴与轴瓦、轮齿啮合表面等，皆可能出现不同粘着程度的磨损。涂抹、擦伤、撕脱又称为胶合， 往往发生于高速、重载的场合。合理地选择配对材料（如选择异种金属），采用表面处理（如表面热处理、喷镀、化学处理等）， 限制摩擦表面的温度，控制压强及采用含有油性极压添加剂的润滑剂等，都可减轻粘着磨损。3疲劳磨损（点蚀） 两摩擦表面
8、为点或线接触时，由于局部的弹性变形形成了小的接触区。这些小的接触区形成 的摩擦副如果受变化接触应力的作用，则在其反复作用下，表层将产生裂纹。随着裂纹的扩展与 相互连接表层金属脱落，形成许多月牙形的浅坑这种现象称为疲劳磨损，也称点蚀。合理地选择材料及材料的硬度（硬度高则抗疲劳磨损能力强），选择粘度高的润滑油，加入极 压添加剂及减小摩擦面的粗糙度值等，可以提高抗疲劳磨损的能力。4腐蚀磨损在摩擦过程中，摩擦面与周围介质发生化学或电化学反应而产生物质损失的现象，称为腐蚀 磨损。腐蚀磨损可分为氧化磨损、特殊介质腐蚀磨损、气蚀磨损等。腐蚀也可以在没有摩擦的条 件下形成，这种情况常发生于钢铁类零件，如化工管
9、道、泵类零件、柴油机缸套等。应该指出的是，实际上大多数磨损是以上述四种磨损形式的复合形式出现的。2.2 润 滑在摩擦副间加入润滑剂，以降低摩擦、减轻磨损，这种措施称为润滑。润滑的主要作用是： （1）减小摩擦系数，提高机械效率；（2）减轻磨损，延长机械的使用寿命。同时润滑还可起到 冷却、防尘以及吸振等作用。2.2.1 润滑剂的性能与选择 常用的润滑剂除了润滑油和润滑脂外，还有固体润滑剂（如石墨等）、气体润滑剂（如空气 等）。1.润滑油润滑油是目前使用最多的润滑剂，主要有矿物油、合成油、动植物油等，其中应用最广的为 矿物油。润滑油最重要的一项物理性能指标为粘度，它是选择润滑油的主要依据。粘度的大小
10、表示了 液体流动时其内摩擦阻力的大小，粘度愈大，内摩擦阻力就愈大，液体的流动性就愈差。粘度可用动力粘度、运动粘度、条件粘度（恩氏粘度）等表示。我国的石油产品常用运动粘度 来标定。常用润滑油的性能和用途见表2.润滑脂润滑脂是在润滑油中加人稠化剂（如钙，钠。锂等金属皂基）而形成的脂状润滑剂又称为黄 油或干油润滑脂的主要物理性能指标为滴点、锥入度和耐水性等。3. 固体润滑剂常用的固体润滑剂有石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯、尼龙、软金属及复合材料。4. 气体润滑剂 空气、氢气、氦气、水蒸气及液态金属蒸汽可作为气体润滑剂。常用的为空气。2.2.2 润滑方法和润滑装置机械设备的润滑，主要集中在传动件和支承件上
11、。各种零、部件的润滑将在相关各章节中介 绍。2.3 密封装置在机械设备中，为了使润滑持续、可靠、不漏油，同时为了防止外界脏物进入机体，必须采 用相应的密封装置。密封装置从总体上可分为两大类：一类是静密封，即密封后密封件之间固定 不动；另一类是动密封，即密封后两密封件之间有相对运动。固定密封可采用各种垫片，包括金属、非金属垫片以及密封胶等。动密封又分为接触式、非 接触式、半接触式密封，其中应用较广的是接触式密封，它主要是利用各种密封圈或毡圈密封。 各种密封件都已标准化，可查阅手册选取适当的形式。非接触式密封有迷宫式密封、螺旋式密封 （将在该动轴承的密封中论述等，半接触式密封有活塞环密封、机械密封等，其结构较复杂，主 要用于重要部件的密封。滚动轴承的密封在一般常用的机械中，用得较多的密封装置是密封圈和填料。密封圈有各种型式，有带骨 架的和不带骨架的，有普通型和双口型等，应根据使用条件查阅手册进行选择。密封圈也可 作防尘密封件使用，但粉尘严重时，应使用专门的防尘密封圈。采用脂润滑时，可使用毡圈 密封。
