《机械设计基础：第2章 机械及机械零件设计基本知识（2.5摩擦磨损与润滑）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础：第2章 机械及机械零件设计基本知识（2.5摩擦磨损与润滑）（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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-由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；由于摩擦而造成的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。意义
2、意义机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而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。报废和更换的。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。 摩擦、磨损与润滑湘潭大学机械工程学院二二、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运在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运 动的现象。动的现象。外外 摩摩 擦：擦：在相
3、对运动的物体表面间发生的相互阻碍在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍 作用现象。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
4、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。2.5.1摩擦摩擦湘潭大学机械工程学院1.干摩擦干摩擦两零件表面直接接触后，因为微观局部压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。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2.5.1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1m的薄油膜，的薄油膜，不足以将两金属表面完全分开，其表面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。部分微观高峰部分仍将相互搓削。比干摩
5、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湘潭大学机械工程学院4.混合摩擦混合摩擦v 混合摩擦是指摩擦表面间处于边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。混合摩界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，其摩擦系数比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。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
6、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为轴承特为轴承特性数。性数。-动力粘度，p-压强 ，n-每秒转数 边界摩擦和混合摩擦边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常在工程实际中很难区分，常统称为统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。湘潭大学机械工程学院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
7、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 2.5.2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。遭到破坏，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。零件即将进入报废阶段。后果后
8、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。烈磨损期的到来。它是磨损的不稳定阶段，在整个寿命周期内时间很短。湘潭大学机械工程学院磨粒磨损磨粒磨损 磨损的分类：磨损的分类： 表面表面疲劳磨损疲劳磨损 粘着磨损粘着磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 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 湘潭大学机械工程学院 磨损的机理：磨损的机理： 磨
9、粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘着磨损粘着磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 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（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料，一部分流动到沟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来成为新的游离颗粒，这样的微粒切削过程就叫就叫磨粒磨损磨粒磨损。湘潭大学机械工程
10、学院 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 粘着磨损粘着磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 磨损类型：磨损类型： 粘着磨损粘着磨损也称胶合也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作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“冷冷 焊焊”后，在相对运动时，材料从一个表面迁后，在相对运动时，材料从一个表面迁移移 到另一个表面，便形成粘附磨损。到另一个表面，便形成粘附磨损。严重的粘严重的粘附磨损会造成运动副咬死。附磨损会造成运动副咬死。湘潭大学机械工程学院 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 粘着磨损粘着磨损 腐蚀
11、磨损腐蚀磨损 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。点蚀过程：料疲劳所引起的机械磨损。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，形微粒脱落，形 成点蚀坑。成点蚀坑。 湘潭大学机械工程学院 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 粘着磨损粘着磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 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作当摩擦表面材料在环境的化学或电化学作 用下
12、引起腐蚀，在摩擦副相对运动时所产用下引起腐蚀，在摩擦副相对运动时所产 生的磨损即为生的磨损即为腐蚀磨损腐蚀磨损。湘潭大学机械工程学院一、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
13、 2.5.3润滑润滑湘潭大学机械工程学院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。衡量润滑油的主要指标衡量润滑油的主要指标-粘度、粘度指数，闪点和倾点粘度、粘度指数，闪点和倾点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粘度粘度-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；温度温度是影响粘度的主要因素，是影响粘度的主要因素，温度越高，润滑油越稀，粘度降低温度越高，润滑油越稀，粘度降低湘潭大学机械工程学院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GB443-8
14、9汽轮机油汽轮机油GB11120-89代代号号40的粘度的粘度mm2/sL- -AN76.127.48- -10110凝凝点点C闪点闪点(开式开式)C用于高速底负荷机械、用于高速底负荷机械、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-AN100901100210L- -AN109.011.0
15、- -10125L- -AN1513.516.5- -10165L- -AN3228.832.2- -10170L- -AN4641.450.6- -10180L- -AN6861.274.8- -10190L-TSA3228.835.2- -7180L-TSA4641.450.6主要用途主要用途湘潭大学机械工程学院闪点闪点润滑油在标准容器中加热所蒸发的油气，遇火焰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。是衡量油即能发出闪光时的最低温度。是衡量油易燃性易燃性的指标。的指标。对于在高温下工作的机器，这是一个重要参数。一般对于在高温下工作的机器，这是一个重要参数。一般要
16、求工作温度比油的闪点要求工作温度比油的闪点低低2030。湘潭大学机械工程学院2.2.润滑脂润滑脂-润滑油与各种稠化剂（钙、钠、铝、锂等金属皂）润滑油与各种稠化剂（钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成。混合稠化而成。优点：优点：密封简单、不需要经常添加、不易流失；对速密封简单、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。湘潭大学机械工程学院缺点：缺点：摩擦损耗较大、机械效率低，不适宜高速场合。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
17、程上应用最广工程上应用最广湘潭大学机械工程学院润滑脂的主要质量指标是：润滑脂的主要质量指标是： 2)2) 滴点，决定工作温度。滴点，决定工作温度。 1)1) 锥入度，反映其稠度大小。锥入度，反映其稠度大小。 湘潭大学机械工程学院用于润滑油不能胜任工作的场合：用于润滑油不能胜任工作的场合：高温、低速重载。高温、低速重载。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。其应用日渐广泛湘潭大学机械工程学院润滑油润滑在工程中的应用最普遍，其供油方式有：
18、润滑油润滑在工程中的应用最普遍，其供油方式有：2.5.3.2 2.5.3.2 润滑方法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湘潭大学机械工程学院针阀油杯可调节滴油针阀油杯可调节滴油速度来改变供油量，速度来改变供油量，并且停车时可扳倒油并且停车时可扳倒油杯上端的手柄以关闭杯上端的手柄以关闭针阀而停止供油。针阀而停止供油。针阀针阀式油式油杯杯旋盖式油杯旋盖式油杯脂
19、用压注式油杯压注式油杯脂用油芯油杯油芯油杯四、润滑装置四、润滑装置 1.油杯油杯油芯油杯则通过毛线或油芯油杯则通过毛线或棉线的引导利用油的自棉线的引导利用油的自重滴流至摩擦表面。重滴流至摩擦表面。湘潭大学机械工程学院2.油环油环湘潭大学机械工程学院摩擦、磨损和润滑问题在机械设计中的意义：摩擦、磨损和润滑问题在机械设计中的意义：全世界工业部门使用的能源中，约有全世界工业部门使用的能源中，约有1/31/2最最终以各种形式损耗在摩擦上。终以各种形式损耗在摩擦上。在失效的机械零件中，大约有在失效的机械零件中，大约有80是由于各种是由于各种形式的磨损所造成。形式的磨损所造成。据美国据美国1977年的估计
20、，磨损造成的损失相当于年的估计，磨损造成的损失相当于国民经济总产值的国民经济总产值的12，即约为，即约为2000亿美元。亿美元。在机械设计中若能很好地运用已有的研究成果，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。所取得的经济效益必将是巨大的。湘潭大学机械工程学院摩擦、磨损和润滑在机械设计中占有重要的地位，摩擦、磨损和润滑在机械设计中占有重要的地位，特别是现代机械产品在向高速、高精度大批量和生特别是现代机械产品在向高速、高精度大批量和生产过程高度自动化、连续化的方向发展过程中，机产过
21、程高度自动化、连续化的方向发展过程中，机械设计，如果不考虑摩擦、磨损和润滑问题，就不械设计，如果不考虑摩擦、磨损和润滑问题，就不可能设计出符合要求的好的机械产品。可能设计出符合要求的好的机械产品。在其设计阶段就应该把控制摩擦和防止磨损的一在其设计阶段就应该把控制摩擦和防止磨损的一切因素都尽量考虑进去，并应用摩擦和磨损的有关切因素都尽量考虑进去，并应用摩擦和磨损的有关理论知识和抗磨技术去指导设计、制造、运行和维理论知识和抗磨技术去指导设计、制造、运行和维修，以解决机械设计中的有关问题。修，以解决机械设计中的有关问题。湘潭大学机械工程学院机械设计中摩擦的控制有两个方面：机械设计中摩擦的控制有两个方
22、面：当需要利用摩擦时，摩擦当需要利用摩擦时，摩擦(通常用摩擦力或通常用摩擦力或摩擦力矩来表示摩擦力矩来表示)必须足够大必须足够大(摩擦系数或摩擦摩擦系数或摩擦力或摩擦力矩应大于规定的许用值力或摩擦力矩应大于规定的许用值)，以保证，以保证机器工作的可靠性；机器工作的可靠性；当摩擦有害时，就需要尽量减少摩擦当摩擦有害时，就需要尽量减少摩擦(摩擦摩擦系数系数)，具体要求是摩擦系数不超过许用值、，具体要求是摩擦系数不超过许用值、温升不超过许用值、效率不低于许用值或摩擦温升不超过许用值、效率不低于许用值或摩擦的能耗不超过许用值等等。的能耗不超过许用值等等。 湘潭大学机械工程学院磨损也具有二重性，有其有利的一面，也有其磨损也具有二重性，有其有利的一面，也有其有害的一面。有害的一面。控制磨损的实质，主要是控制摩擦表面的压强控制磨损的实质，主要是控制摩擦表面的压强(或接触应力或接触应力)、相对运动速度等不超过许用值。、相对运动速度等不超过许用值。 湘潭大学机械工程学院减少磨损的措施减少磨损的措施:(1)正确选用材料正确选用材料(2)进行有效的润滑进行有效的润滑(3)采用适当的表面处理采用适当的表面处理(4)改进结构设计，提高加工和装配精度改进结构设计，提高加工和装配精度(5)正确的使用、维修与保养正确的使用、维修与保养湘潭大学机械工程学院
