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1、机械设计机械设计机械设计机械设计 一组重要的调查数据一组重要的调查数据 世界世界1/21/2总能源被一种或多种形式的摩擦所消耗；总能源被一种或多种形式的摩擦所消耗； 失效零件的失效零件的80%80%是由于磨损造成的；是由于磨损造成的； 2020世纪世纪8080年代，我国在冶金、煤炭、农机等五个行年代，我国在冶金、煤炭、农机等五个行业的调查表明：由于磨粒磨损所消耗的备件用钢达到业的调查表明：由于磨粒磨损所消耗的备件用钢达到100100万吨以上，如考虑停机等费用造成的损失每年达万吨以上，如考虑停机等费用造成的损失每年达到数亿元。到数亿元。 第四章第四章 摩擦、磨损及润滑概述摩擦、磨损及润滑概述1机
2、械设计机械设计机械设计机械设计摩擦学发展的重要历史阶段摩擦学发展的重要历史阶段1 1、史前人类的钻木取火史前人类的钻木取火2 2、春秋时代（公元前春秋时代（公元前770221770221年）对摩擦、磨损现象有了一定年）对摩擦、磨损现象有了一定的了解，并且已经知道采用动物油脂进行润滑（诗经）的了解，并且已经知道采用动物油脂进行润滑（诗经）3 3、西晋时代张华所著西晋时代张华所著博物志博物志最早记载了人类使用矿物油做最早记载了人类使用矿物油做润滑剂润滑剂4 4、1515世纪，意大利的列奥纳多世纪，意大利的列奥纳多达芬奇才开始把摩擦学引入理达芬奇才开始把摩擦学引入理论研究的途径论研究的途径5 5、1
3、818世纪起摩擦学研究蓬勃兴起，到世纪起摩擦学研究蓬勃兴起，到20 20 世纪世纪6060年代摩擦学成年代摩擦学成为一门独立的交叉学科为一门独立的交叉学科6 6、应用及研究的领域不断扩大：机械、冶金、生物、地质、音应用及研究的领域不断扩大：机械、冶金、生物、地质、音乐、体育等乐、体育等 摩擦学摩擦学研究相对运动表面间的摩擦、磨损和润滑，以及三者间研究相对运动表面间的摩擦、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。相互关系的理论与应用的一门边缘学科。2机械设计机械设计机械设计机械设计一、摩擦一、摩擦定义定义摩擦类型摩擦类型摩擦状态的判定：摩擦状态的判定：膜厚比膜厚比 图图4-1
4、4-1 P46P46摩摩擦擦内摩擦内摩擦（分子间）（分子间）外摩擦外摩擦（接触面间）（接触面间）静摩擦静摩擦（滑动趋势）（滑动趋势）动摩擦动摩擦（滑动进行中）（滑动进行中）滑动摩擦滑动摩擦滚动摩擦滚动摩擦干摩擦干摩擦（未经人为润滑f=0.4f=0.4- -0.80.8）边界摩擦边界摩擦（表面吸附能力决定摩擦性质 1 1，f=0.1-0.4f=0.1-0.4）流体摩擦流体摩擦（流体内部分子间粘性决定摩性（流体内部分子间粘性决定摩性质质11 3,f=0.001-0.013,f=0.001-0.01）混合摩擦混合摩擦3机械设计机械设计机械设计机械设计二二. .磨损磨损定义：定义：由于摩擦而造成物体表
5、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；影响：影响：影响机器效率、降低可靠性，甚至促使机器提影响机器效率、降低可靠性，甚至促使机器提前报废。前报废。用途：用途：精加工中的磨削及抛光，机器的精加工中的磨削及抛光，机器的“磨合磨合”过程过程等等磨损过程大致有：磨损过程大致有： 磨合阶段磨合阶段包括摩擦表面轮廓峰的形状变化和表面包括摩擦表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它是磨损的不稳定阶段，在整个寿命周期内时间很短。稳定磨损阶段稳定磨损阶段零件在平稳而缓慢的速度下磨损零件在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
6、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4机械设计机械设计机械设计机械设计机器的寿命机器的寿命磨损曲线磨损曲线 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 二二. . 磨磨 损损设计机器时要求：设计机器时要求：F缩短磨合期缩短磨合期F延长稳定期延长稳定期F推迟剧烈磨损期的到来推迟剧烈磨损期的到来5机械设计机械设计机械设计机械设计磨粒磨损磨粒磨损 磨损的分类磨损的分类 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损
7、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 点蚀点蚀磨损磨损 胶合胶合磨损磨损 擦伤擦伤磨损磨损 两种不同的称谓 6机械设计机械设计机械设计机械设计 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颗粒（如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）或硬的轮廓峰尖在软材料空气中的尘土或磨损造成的金属微粒）
8、或硬的轮廓峰尖在软材料表面上表面上犁刨犁刨出很多沟纹时被移去的材料，一部分流动到沟纹两旁，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片脱落下来成为新的游离颗粒，这样的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叫磨粒磨损。微粒切削过程就叫磨粒磨损。潘存云教授研制7机械设计机械设计机械设计机械设计 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也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点当摩擦表面的轮廓峰在相互
9、作用的各点处由于瞬时的温升和压力发生处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊冷焊”后，在相对运动时，材料后，在相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘附粘附磨损。磨损。严重的粘附磨严重的粘附磨损会造成运动副咬死。损会造成运动副咬死。潘存云教授研制8机械设计机械设计机械设计机械设计 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，也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在交变的摩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
10、所产生的材料疲劳所引起的机械磨损。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。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。 9机械设计机械设计机械设计机械设计 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。利用高压空气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
11、石时输送型砂或高压水输送碎石时, ,道内壁所产生的机械磨道内壁所产生的机械磨损是实例之一。损是实例之一。10机械设计机械设计机械设计机械设计 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。11机械设计机械设计机械设计机械设计 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
12、 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、旋合螺纹的工作：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。面、铆钉的工作面等。12机械设计机械设计机械设计机械设计改善摩擦副耐磨性的措施：改善摩擦副耐磨性的措施：1 1、合理
13、选择摩擦副材料、合理选择摩擦副材料采用异种金属、多相金属、脆性材料利于提高抗粘着磨损的能力；采用异种金属、多相金属、脆性材料利于提高抗粘着磨损的能力；采用硬度高韧性好的材料利于抵抗磨粒磨损、疲劳磨损和摩擦化学采用硬度高韧性好的材料利于抵抗磨粒磨损、疲劳磨损和摩擦化学磨损；磨损；提高表面光洁度，可以提高耐疲劳磨损能力。提高表面光洁度，可以提高耐疲劳磨损能力。2 2、合理选择润滑剂及添加剂、合理选择润滑剂及添加剂适当选用高粘度的润滑油、在润滑油中使用极压添加剂或采用固体适当选用高粘度的润滑油、在润滑油中使用极压添加剂或采用固体润滑剂，可以提高耐疲劳磨损的能力；润滑剂，可以提高耐疲劳磨损的能力；在润
14、滑剂中加入油性或极压添加剂可以有效地减少粘着磨损的发生在润滑剂中加入油性或极压添加剂可以有效地减少粘着磨损的发生。3 3、注意控制摩擦副的工作条件、注意控制摩擦副的工作条件设计时尽量控制最大许用压强，因为一定硬度的金属，所受的压强设计时尽量控制最大许用压强，因为一定硬度的金属，所受的压强大则磨损量大；大则磨损量大；另外还需限制摩擦表面的温升，以免温度过高使油膜破坏，发生粘另外还需限制摩擦表面的温升，以免温度过高使油膜破坏，发生粘着，加速化学磨损。着，加速化学磨损。4 4、润滑是减小摩擦、减小磨损的最有效的方法、润滑是减小摩擦、减小磨损的最有效的方法13机械设计机械设计机械设计机械设计1.1.润
15、滑油润滑油用作润滑剂的油类可概括为三类：用作润滑剂的油类可概括为三类：l有机油有机油，通常是动植物油；l 矿物油，矿物油，只要是石油产品；l 化学合成油化学合成油 其中因矿物油来源充足，成本低廉，适用范围光，而且稳定好，故其中因矿物油来源充足，成本低廉，适用范围光，而且稳定好，故 应用做多。应用做多。润滑油的性能指标：润滑油的性能指标：（1 1）粘度）粘度 动力粘度动力粘度 运动粘度运动粘度 条件粘度条件粘度润滑油的粘度可定性的定义为它的流动阻力，它润滑油的粘度可定性的定义为它的流动阻力，它是润滑油最重要的性能之一。是润滑油最重要的性能之一。15机械设计机械设计机械设计机械设计表表4-24-2
16、常用润滑油的主要性质常用润滑油的主要性质名名 称称全损耗全损耗系统用油系统用油GB 443-89GB 443-89汽轮机油汽轮机油GB 11120-89GB 11120-89代代 号号40 40 的粘度的粘度/(mm/(mm2 2/s)/s)L-AN7 6.127.48 -10 110L-AN7 6.127.48 -10 110凝凝点点 闪点闪点( (开式开式) ) 用于高速低负荷机械、用于高速低负荷机械、精密机床、纺织纱锭的精密机床、纺织纱锭的润滑和冷却润滑和冷却普通机床的液压油。普通机床的液压油。用于一般滑动轴承、用于一般滑动轴承、齿轮、蜗轮的润滑齿轮、蜗轮的润滑用于重型机床导轨、用于重型
17、机床导轨、矿山机械的润滑矿山机械的润滑用于汽轮机、发电机等用于汽轮机、发电机等高速高负荷轴承和各种高速高负荷轴承和各种小型液体润滑轴承小型液体润滑轴承L-AN100 90110 0 210L-AN100 90110 0 210L-AN10 9.011.0 -10 125L-AN10 9.011.0 -10 125L-AN15 13.516.5 -10 165L-AN15 13.516.5 -10 165L-AN32 28.832.2 -10 170L-AN32 28.832.2 -10 170L-AN46 41.450.6 -10 180L-AN46 41.450.6 -10 180L-AN6
18、8 61.274.8 -10 190L-AN68 61.274.8 -10 190L-TSA32 28.835.2L-TSA32 28.835.2-7 180-7 180L-TSA46 41.450.6L-TSA46 41.450.6主要用途主要用途18机械设计机械设计机械设计机械设计条件粘度条件粘度 指在一定条件下，利用某种规格的指在一定条件下，利用某种规格的粘度计，通过测定润滑粘度计，通过测定润滑油穿过规定孔道的时间来进行度量的粘度。油穿过规定孔道的时间来进行度量的粘度。常用的有：常用的有： 恩氏度（恩氏度（ E Et t） 中国惯用中国惯用 赛氏通用秒（赛氏通用秒（SUSSUS） 美国惯
19、用美国惯用 雷氏秒雷氏秒 英国惯用英国惯用 运动粘度与条件粘度之间的换算关系：运动粘度与条件粘度之间的换算关系： 润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系，如牌号为润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系，如牌号为L-L-AN10AN10的油在的油在4040时的运动粘度大约为时的运动粘度大约为10 cSt10 cSt。条件粘度条件粘度平均温度平均温度t t时的运动粘度时的运动粘度19机械设计机械设计机械设计机械设计（2 2）润滑性（油性）润滑性（油性） 润滑性是指润滑油中的分子与金属表面吸附形成一边润滑性是指润滑油中的分子与金属表面吸附形成一边界油膜，以减小摩擦和磨损。润滑性愈好，吸附能力愈强。对
20、界油膜，以减小摩擦和磨损。润滑性愈好，吸附能力愈强。对于那些低速重载或润滑不充分的场合，润滑性具有特别重要的于那些低速重载或润滑不充分的场合，润滑性具有特别重要的意义。意义。（3 3）极压性）极压性 润滑性能是润滑油中加入含硫、氯、磷的有机极性化润滑性能是润滑油中加入含硫、氯、磷的有机极性化合物之后，油中的极性分子在金属表面生成抗磨、耐高压的化合物之后，油中的极性分子在金属表面生成抗磨、耐高压的化学反应边界膜的性能，它在重载、高速、高温条件下，可改善学反应边界膜的性能，它在重载、高速、高温条件下，可改善边界润滑性能。边界润滑性能。（4 4）闪点）闪点 润滑油在标准容器中加热所蒸发的油气，遇火焰
21、即能润滑油在标准容器中加热所蒸发的油气，遇火焰即能发出闪光时的最低温度，是衡量油易燃性的指标。对于在高温发出闪光时的最低温度，是衡量油易燃性的指标。对于在高温下工作的机器，这是一个重要参数。一般要求工作温度比油的下工作的机器，这是一个重要参数。一般要求工作温度比油的闪点低闪点低 3040 3040 。21机械设计机械设计机械设计机械设计（5 5）凝点）凝点 润滑油在规定的条件下，不再自由流动时所润滑油在规定的条件下，不再自由流动时所达到的最高温度。它是润滑油在低温下工作的一个重达到的最高温度。它是润滑油在低温下工作的一个重要指标，直接影响到机器在低温下的启动性能和磨损要指标，直接影响到机器在低
22、温下的启动性能和磨损情况。情况。（6 6）氧化稳定性）氧化稳定性 从化学意义上讲，润滑油是不活泼的。但当从化学意义上讲，润滑油是不活泼的。但当它们暴露在高温气体中时，也会发生氧化并生成硫、它们暴露在高温气体中时，也会发生氧化并生成硫、氯、磷的酸性化合物。这是一种胶状沉积物，不但腐氯、磷的酸性化合物。这是一种胶状沉积物，不但腐蚀金属，而且加剧零件的磨损。蚀金属，而且加剧零件的磨损。22机械设计机械设计机械设计机械设计2.2.润滑脂润滑脂 润滑油与各种稠化剂（钙、钠、铝、锂等金属润滑油与各种稠化剂（钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成。皂）混合稠化而成。优点：密封简单，不需要经常添加，不易流失，对
23、速优点：密封简单，不需要经常添加，不易流失，对速度和温度不敏感，适用范围广。度和温度不敏感，适用范围广。缺点：摩擦损耗较大、机械效率低，不适宜高速场合。缺点：摩擦损耗较大、机械效率低，不适宜高速场合。润滑脂的种类：润滑脂的种类：钠基润滑脂钠基润滑脂锂基润滑脂锂基润滑脂铝基润滑脂铝基润滑脂钙基润滑脂钙基润滑脂 分类分类 工程上应用最广工程上应用最广 23机械设计机械设计机械设计机械设计(1) (1) 钙基润滑脂钙基润滑脂 抗水性好，耐热能力差，工作温度低于抗水性好，耐热能力差，工作温度低于 5565 5565 。(2) (2) 钠基润滑脂钠基润滑脂 耐热性好，工作温度可达耐热性好，工作温度可达
24、120 120 ，抗水性差。可与抗水性差。可与少量水乳化，从而保护金属免遭腐蚀，比钙基脂有更少量水乳化，从而保护金属免遭腐蚀，比钙基脂有更好的防锈能力。好的防锈能力。 (3) (3) 锂基润滑脂锂基润滑脂 既能抗水，又耐高温，而且有较好的机械安定型，是既能抗水，又耐高温，而且有较好的机械安定型，是一种多用途的润滑值。工作温度不宜超过一种多用途的润滑值。工作温度不宜超过 145 145 。(4) (4) 铝基润滑脂铝基润滑脂 抗水性好，吸附能力强，可起到良好的防锈作用。抗水性好，吸附能力强，可起到良好的防锈作用。24机械设计机械设计机械设计机械设计油性添加剂油性添加剂 种类种类添加剂添加剂为了改
25、善润滑剂品质和性能而添加的物质。为了改善润滑剂品质和性能而添加的物质。二、添加剂二、添加剂 作用作用提高油性、极压性、延长使用寿命、改善性能提高油性、极压性、延长使用寿命、改善性能。极压添加剂极压添加剂分散净化剂分散净化剂消泡添加剂消泡添加剂抗氧化添加剂抗氧化添加剂降凝剂降凝剂增粘剂增粘剂软化温度软化温度t t/ / 摩擦系数摩擦系数 f f含脂肪含脂肪酸的油酸的油非极压油非极压油含脂肪酸和极压添加剂的油含脂肪酸和极压添加剂的油含极压添含极压添加剂的油加剂的油若润滑油中同时加入油性添加剂和极压添加剂，则低温时可以靠油性添加剂的油若润滑油中同时加入油性添加剂和极压添加剂，则低温时可以靠油性添加剂
26、的油性来获得减摩性，高温时则靠极压添加剂的化学反应膜来得到良好的减摩性性来获得减摩性，高温时则靠极压添加剂的化学反应膜来得到良好的减摩性26机械设计机械设计机械设计机械设计3.3. 固体润滑剂固体润滑剂聚氟乙烯树脂聚氟乙烯树脂用于润滑油不能胜任工作的场合：高温、低速重载。用于润滑油不能胜任工作的场合：高温、低速重载。石墨石墨二流化钼（二流化钼（MoSMoS2 2）性能稳定，性能稳定，t 350 t 350 才开始氧化，可在水中工作。才开始氧化，可在水中工作。摩擦系数低，使用温度范围广摩擦系数低，使用温度范围广 ( (- -60300 60300 ) )，但遇水性能下降。，但遇水性能下降。摩擦系
27、数低，只有石墨的一半。摩擦系数低，只有石墨的一半。使用方式：使用方式：1.1.调和在润滑油中；调和在润滑油中；2.2.涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；3.3.混入金属或塑料粉末中烧结成型。混入金属或塑料粉末中烧结成型。其应用日渐广泛27机械设计机械设计机械设计机械设计润滑油润滑在工程中的应用最普遍，其供油方式有：润滑油润滑在工程中的应用最普遍，其供油方式有：三、润滑方法三、润滑方法 润滑方式润滑方式 人工给油人工给油 油杯滴油油杯滴油浸油润滑、飞溅给油浸油润滑、飞溅给油用油泵强制润滑和冷却用油泵强制润滑和冷却低速传动低速传动高速传动高速传动甩油环甩油环喷油润滑喷油润滑 油泵油泵冷冷却却器器滴油润滑滴油润滑 浸油润滑浸油润滑 飞溅润滑飞溅润滑 间歇式间歇式连续式连续式28机械设计机械设计机械设计机械设计潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制针阀针阀油杯油杯旋盖式油杯旋盖式油杯 脂用潘存云教授研制压注式油杯压注式油杯油芯油杯油芯油杯四、润滑装置四、润滑装置 1. 1. 油杯油杯 29机械设计机械设计机械设计机械设计2. 2. 油环油环 自学教材自学教材 P58-60P58-60 流体润滑原理简介流体润滑原理简介30
