第2章 机械零件的强度.

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1、第第2章章机械零件的强度机械零件的强度2-2 材料的疲劳特性 2-3 机械零件的疲劳强度计算 2-4 机械零件的接触强度2-1 载荷和应力 潘存云教授研制Fnb()maxFnb()min2-1 载荷和应力 一、载荷的简化和力学模型 考虑到工程问题的复杂性，强度计算时，往往要对作用在零件上的载荷进行简化条件性计算。简化方法：以集中力代替均布力 以支承点代替支承面二、载荷的分类 载荷静载荷变载荷工作载荷名义载荷计算载荷K载荷系数 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制三、应力的种类三、应力的种类ot= =常数常数脉动循环变应力脉动循环变应力r =0静应力静应力:= =常数常数变应

2、力变应力:随时间变化随时间变化平均应力平均应力:应力幅应力幅:循环变应力循环变应力变应力的循环特性变应力的循环特性:对称循环变应力对称循环变应力r =- -1-脉动循环变应力脉动循环变应力-对称循环变应力对称循环变应力 -1 -1= 0= 0 +1 +1-静应力静应力maxmTmaxminaamotmaxminaaototaaminr =+1静应力是变应力的特例四、静应力作用下零件的强度问题 1. 简单静应力下零件的强度计算 2. 复杂静应力下零件的强度计算 脆性材料：塑性材料：第一强度理论 第三强度理论 第四强度理论 脆性材料塑性材料2-2 变应力作用下材料的疲劳特性 一、变应力作用下零件的

3、失效特征变应力作用下，零件的损坏形式都是变应力作用下，零件的损坏形式都是疲劳破坏，疲劳破坏，如：如：疲劳断裂、疲劳点蚀等。疲劳断裂、疲劳点蚀等。零件表层产生微小裂纹；零件表层产生微小裂纹；疲劳断裂过程：疲劳断裂过程：随着循环次数增加，微裂纹逐渐扩展；随着循环次数增加，微裂纹逐渐扩展；当当剩余材料不足以承受载荷时，突然脆性断裂。剩余材料不足以承受载荷时，突然脆性断裂。潘存云教授研制 疲疲劳劳断断裂裂的的最最大大应应力力远远比比静静应应力力下下材材料料的的强强度度极极限限低低，甚甚至至比屈服极限低比屈服极限低;疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂

4、;疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。不管脆性材料或塑性材料，疲劳断裂是与应力循环次数疲劳断裂是与应力循环次数(即使即使用寿命用寿命)有关的断裂。有关的断裂。疲劳断裂具有以下特征：疲劳断裂具有以下特征：断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。表面光滑表面光滑表面粗糙表面粗糙潘存云教授研制潘存云教授研制maxN二、二、 s sN疲劳曲线疲劳曲线 用参数用参数max表征材料的疲表征材料的疲劳极限，通过实验，可得出如劳极限，通过实验，可得出如图所示的疲劳曲线。称为：图所示的疲劳曲线。称为： s sN疲劳曲线疲

5、劳曲线 104C在原点处在原点处，对应的应力循环，对应的应力循环次数次数为为N=1/4，意味着在加载意味着在加载到最大值时材料被拉断。显到最大值时材料被拉断。显然该值为强度极限然该值为强度极限b。B103tbAN=1/4在在AB段，应力循环次数段，应力循环次数103max变化很小，可以近似看作为变化很小，可以近似看作为静应力强度。静应力强度。BC段，段，N=103104，随着，随着Nmax,疲劳现象明显。疲劳现象明显。因因N较小，特称为：较小，特称为： 低周疲劳低周疲劳。潘存云教授研制 由于由于N ND D很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数环次数

6、N N0 0( (称为循环基数称为循环基数) )，用，用N N0 0及其相对应的疲劳极限及其相对应的疲劳极限r来近似代表来近似代表N ND D和和 rr。maxNrN0107CDrNNBAN=1/4 D点以后的疲劳曲线呈一水点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区，平线，代表着无限寿命区，其方程为：其方程为： 实践证明，机械零件的疲劳实践证明，机械零件的疲劳大多发生在大多发生在CD段。段。可用下式描述：可用下式描述：于是有：于是有：104CB103 CD CD区间内循环次数区间内循环次数N N与疲与疲劳极限劳极限s srN的关系为：的关系为：式中，式中， s sr、N0及及m的值由材料试验

7、确定。的值由材料试验确定。 试验结果表明在试验结果表明在CDCD区间内，试件经过相应次数的变区间内，试件经过相应次数的变应力作用之后，总会发生疲劳破坏。而应力作用之后，总会发生疲劳破坏。而D D点以后，如果点以后，如果作用的变应力最大应力小于作用的变应力最大应力小于D D点的应力（点的应力（max 100潘存云教授研制潘存云教授研制1.00.80.60.40.2400600800100012001400B/Mpa精车精车粗车粗车未加工未加工磨削磨削抛光抛光钢材的表面质量系数钢材的表面质量系数表面高频淬火的强化系数表面高频淬火的强化系数q 7201.31.630401.21.57201.62.8

8、30401.55试件种类试件种类 试件直径试件直径/mm 无应力集中无应力集中 有应力集中有应力集中 潘存云教授研制NM二、单向稳定变应力时的疲劳强度计算二、单向稳定变应力时的疲劳强度计算 进行零件疲劳强度计算时，进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的首先根据零件危险截面上的 max及及 min确定平均应力确定平均应力m与与应力幅应力幅a，然后，在极限应力，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相应工作线图的坐标中标示出相应工作应力点应力点M M或或N N。两种情况分别讨论amoS-1CAE-1eB 相应的疲劳极限应力应是极限相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线应力曲线AEC上的某一个点上

9、的某一个点MM或或NN所代表的应力所代表的应力( (m，a) )。M或或N的位置确定与循环应力变化规律有关。的位置确定与循环应力变化规律有关。am应力比为常数：应力比为常数：r=C可能发生的应可能发生的应力变化规律：力变化规律： 平均应力为常数平均应力为常数m=C 最小应力为常数最小应力为常数min=C计算安全系数及疲劳强度条件为：计算安全系数及疲劳强度条件为：潘存云教授研制amO-1CAE-1eB1)r=Const 作射线作射线OM，其上任意一，其上任意一点所代表的应力循环都具有点所代表的应力循环都具有相同的应力比。相同的应力比。M1为极限应为极限应力点，其坐标值力点，其坐标值me，ae之之

10、和就是对应于和就是对应于M点的极限应点的极限应力力max。SamMmeae也是一个常数。也是一个常数。M1潘存云教授研制ae计算安全系数及疲劳强度条件为：计算安全系数及疲劳强度条件为：-1-1eamOCABSEN点的极限应力点点的极限应力点NN1位于直位于直线线CE上，上，meaeamN N1有：有：这说明工作应力为这说明工作应力为N点时，首点时，首先可能发生的是屈服失效。故先可能发生的是屈服失效。故只需要进行静强度计算即可。只需要进行静强度计算即可。强度计算公式为：强度计算公式为：凡是工作应力点落在凡是工作应力点落在OEC区域内，在循环特性区域内，在循环特性r=常数的条件下，极限应力统统为屈

11、服极限，只需要进常数的条件下，极限应力统统为屈服极限，只需要进行静强度计算。行静强度计算。潘存云教授研制am-1-1eamOCABSE2)m=Const 此时需要在此时需要在AE上确定上确定M2，使得：使得：m= m M显然显然M2在过在过M点且与纵轴点且与纵轴平行的线上，该线上任意一平行的线上，该线上任意一点所代表的应力都具有相同点所代表的应力都具有相同的平均应力值。的平均应力值。M2坐标值坐标值me，ae之和就是对应于之和就是对应于M点的极限应力点的极限应力max。 MM2 2计算安全系数及疲劳计算安全系数及疲劳强度条件为：强度条件为：潘存云教授研制潘存云教授研制-1-1eamOCABSE

12、45am-1-1eamOCABSE同理，对于同理，对于N点的极限应力点的极限应力为为NN2点。点。 N NN2由于落在了直线由于落在了直线CE上，故只上，故只要进行静强度计算：要进行静强度计算：计算公式为：计算公式为：3)min=Const MMM3 3此时需要在此时需要在AE上确定上确定M3，使得：，使得：min= min 因为：因为：min= m - a =C过过M点作点作45直线，其上任意一直线，其上任意一点所代表的应力都具有相同的最点所代表的应力都具有相同的最小应力。小应力。M3位置如图。位置如图。minML潘存云教授研制在在OAB区域内，最小应力区域内，最小应力均为负值，在实际机器中

13、极均为负值，在实际机器中极少出现，故不予讨论。少出现，故不予讨论。通过通过O、E两点分别作两点分别作45直线，直线，I得得OAB、OBEI、ECI三个三个区域。区域。PLQminQ0 0minM-1e-1amOCASEMMM3 3B而在而在ECI区域内，极限应力区域内，极限应力统为屈服极限。按静强度处理：统为屈服极限。按静强度处理：只有在只有在OBEI区域内，极限应力才在疲劳极限应力曲线上。区域内，极限应力才在疲劳极限应力曲线上。三三、复合变应力时的疲劳强度计算、复合变应力时的疲劳强度计算 当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力s sa a 和

14、和t ta a时，由实验得出的极限应力关系式为：时，由实验得出的极限应力关系式为：潘存云教授研制Oa-1ea-1eABDCM 式中 ta及sa为同时作用的切向及法向应力幅的极限值。 由于是对称循环变应力，故应力幅即为最大应力。弧线 AMB 上任何一个点即代表一对极限应力a及a。潘存云教授研制CD若作用于零件上的应力幅sa及ta如图中M点表示，则图中M点对应于M点的极限应力。MABOa-1ea-1eDCM计算安全系数：强调代入第一个公式潘存云教授研制将将t ta及及s sa代入到极限应力关代入到极限应力关系可得：系可得：而而 是是只承受切向应力或法向应力时的计算安全系数。只承受切向应力或法向应力

15、时的计算安全系数。于是求得计算安全系数：于是求得计算安全系数： 说明只要工作应力点说明只要工作应力点M M落在极限区域以内，就不会达落在极限区域以内，就不会达到极限条件，因而总是安全的。到极限条件，因而总是安全的。CDOa-1ea-1eABMDCM 当零件上所承受的两个变应力均为不对称循环时，有：当零件上所承受的两个变应力均为不对称循环时，有：四、许用安全系数的选取四、许用安全系数的选取 安全系数定得正确与否对零件尺寸有很大影响1 1）静静应力下，塑性材料力下，塑性材料的零件：的零件： S S =1.2 =1.2.5.5 铸钢件：铸钢件： S S =1. =1.5.5 S S典型机械的典型机械

16、的 S S 可通过查表求得。可通过查表求得。 无表可查时，无表可查时，按以下原则取：按以下原则取： 零件尺寸大，结构笨重。零件尺寸大，结构笨重。 S S 可能不安全。可能不安全。）静静应力下，力下，脆脆性材料，性材料，如高强度钢或铸铁：如高强度钢或铸铁： S S =3 =34 43 3）变变应力下，力下， S S =1.3 =1.31.71.7材料不均匀，或计算不准时取：材料不均匀，或计算不准时取： S S =1.7 =1.72.52.5潘存云教授研制五、提高机械零件疲劳强度的措施五、提高机械零件疲劳强度的措施 在综合考虑零件的性能要求和经济性后，采用具有在综合考虑零件的性能要求和经济性后，采

17、用具有高疲劳强度的材料，并配以适当的热处理和各种表面强高疲劳强度的材料，并配以适当的热处理和各种表面强化处理。化处理。 适当提高零件的表面质量，特别是提高有应力集中适当提高零件的表面质量，特别是提高有应力集中部位的表面加工质量，必要时表面作适当的防护处理。部位的表面加工质量，必要时表面作适当的防护处理。 尽可能降低零件上的应力集中的尽可能降低零件上的应力集中的影响，是提高零件疲劳强度的首要影响，是提高零件疲劳强度的首要措施。措施。 尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹尽可能地减少或消除零件表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长零件的疲劳寿命有着比提高材料性能的尺寸，对于延长零件的疲劳寿

18、命有着比提高材料性能更为显著的作用。更为显著的作用。减载槽减载槽 在不可避免地要产生较大应力集中的结构处，可采在不可避免地要产生较大应力集中的结构处，可采用减载槽来降低应力集中的作用。用减载槽来降低应力集中的作用。潘存云教授研制潘存云教授研制24机械零件的接触强度机械零件的接触强度如齿轮、凸轮、滚动轴承等。如齿轮、凸轮、滚动轴承等。B机机械械零零件件中中各各零零件件之之间间的的力力的的传传递递，总总是是通通过过两两个个零零件件的的接接触触形形式式来来实实现现的的。常常见见两两机机械械零零件件的的接接触触形式为点接触或线接触。形式为点接触或线接触。潘存云教授研制潘存云教授研制 若若两两个个零零件

19、件在在受受载载前前是是点点接接触触或或线线接接触触。受受载载后后，由由于于变变形形其其接接触触处处为为一一小小面面积积，通通常常此此面面积积甚甚小小而而表表层层产产生生的的局局部部应应力力却却很很大大，这这种种应应力力称称为为接接触触应应力力。这时零件强度称为这时零件强度称为接触强度接触强度。F F 2 O2 1 O1 2 2 O21 1 O1F F 22bsH1变形量B接触失效形式常表现为：接触失效形式常表现为： 疲劳点蚀疲劳点蚀后后果果：减减少少了了接接触触面面积积、损损坏坏了了零零件件的的光光滑滑表表面面、降降低了承载能力、引起振动和噪音。低了承载能力、引起振动和噪音。初始疲劳裂纹初始疲

20、劳裂纹初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹裂纹的扩展与断裂裂纹的扩展与断裂油油金属剥落出现小坑金属剥落出现小坑机械零件的接触应力通常是随时间作周期性变化的，在载荷重复作用下，首先在表层内约20m处产生初始疲劳裂纹，然后裂纹逐渐扩展(润滑油被挤迸裂纹中将产生高压，使裂纹加快扩展，终于使表层金属呈小片状剥落下来，而在零件表面形成一些小坑 ，这种现象称为渡劳点蚀。潘存云教授研制潘存云教授研制b b由弹性力学可知，应力为：由弹性力学可知，应力为：对于钢或铸铁取泊松比：对于钢或铸铁取泊松比：1=2=0.3,则有简化公式。则有简化公式。上上述述公公式式称称为为赫赫兹兹(HHertz)公公式式“+”用于外接触，用于外接

21、触，“-”用于内接触。用于内接触。H HH H21Fn1Fnb b2H HH H潘存云教授研制H H -最大接触应力或最大接触应力或赫兹应力赫兹应力;b b -接触长度接触长度;F Fn n -作用在圆柱体上的载荷作用在圆柱体上的载荷;-综合曲率半径综合曲率半径;-综综合合弹弹性性模模量量;E1、E2分分别别为为两两圆柱体的弹性模量。圆柱体的弹性模量。接触疲劳强度的判定条件为：接触疲劳强度的判定条件为：b bFn2-5 机械设计中的摩擦、磨损和润滑 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

22、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。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

23、；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。 二）摩擦的分类二）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

24、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。一、一、摩擦摩擦潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制1.干摩擦干摩擦两零件表面直接接触后，因

25、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.边界摩擦边界摩擦三）三）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，彼有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不直接接触。此不直接接触。是理

26、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潘存云教授研制潘存云教授研制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。实践证明，对具有一定粗糙度的表面，润滑状态将随动力粘度，压强 p ，转数 n的变化而转化。 f n/p o边界摩擦边界摩擦混合摩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

27、称无量纲参数称无量纲参数n/p为轴承为轴承特特性数性数。-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。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、磨损二、磨

28、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

29、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。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 点蚀磨损点蚀磨损 胶合磨损胶合磨损 擦伤磨损擦伤磨损 两种不同的称谓 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

30、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很多沟纹时被移去的材料，廓峰尖在软材料表面上犁刨出很多沟纹时被移去的材料，一部分流动到沟纹两旁，一部分则形成一连串的碎片脱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，这样的微粒切削过程就叫磨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。粒磨损。潘存云教授研制 磨损的机理：磨损的机理： 磨粒磨损磨粒磨损 疲劳

31、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，当摩擦表面的轮廓峰在相互作也称胶合，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，材料从一个表后，在相对运动时，材料从一个表面迁面迁 移到另一个表面，便形成粘附磨损。移到另一个表面，便形成粘附磨损。严严重重的粘附磨损会造成运动副咬死。的粘附磨损会造成运动副咬死。潘存云教授研制 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

32、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，是由于摩擦表面材料微体积在也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在 交变的摩擦力作用下，反复变形所产交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的生的 材料疲劳所引起的机械磨损。点蚀过材料疲劳所引起的机械磨损。点蚀过程：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，微粒脱落，形形 成点蚀坑。成点蚀坑。 潘存云教授研制 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

33、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石时，用高压空气输送型砂或高压水输送碎石时，管道内壁所产生的机械磨损是实例之一。管道内壁所产生的机械磨损是实例之一。近年来，由于燃气涡轮机的叶片、火箭发动机的尾喷管这样一些部位的破坏，才引起人们对这种磨损形式的特别注意潘存云教授研制 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作当摩擦表

34、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用下引起腐蚀，在摩擦副相对运动时所产所产 生的磨损即为腐蚀磨损。生的磨损即为腐蚀磨损。 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： 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。微幅运动机理共同形成的复合磨损。微幅运动可理可理 解为不足以使磨粒脱离摩擦副的相对解为不足以使磨粒脱离摩擦副的相对运动。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

35、配合面、：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。旋合螺纹的工作面、铆钉的工作面等。 防止或减少磨损的主要方法：防止或减少磨损的主要方法： 1. 1. 选择合适的润滑剂和润滑方法，用液体摩擦取代边选择合适的润滑剂和润滑方法，用液体摩擦取代边界摩擦。界摩擦。 2. 2. 选择合适的材料。易产生磨粒磨损时，应选择硬度选择合适的材料。易产生磨粒磨损时，应选择硬度较高的钢；易产生粘着磨损时，取异类材料好。较高的钢；易产生粘着磨损时，取异类材料好。 3. 3. 选择合适的热处理，如表面淬火等可提高耐磨性。选择合适的热处理，如表面淬火等可提高耐磨性。 4. 4. 适当降

36、低表面粗糙度。适当降低表面粗糙度。 5. 5. 用滚动摩擦代替滑动摩擦。用滚动摩擦代替滑动摩擦。 6. 6. 正确使用、维护，加强科学管理及先进的监控。正确使用、维护，加强科学管理及先进的监控。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半固体半固体润滑剂润滑剂固体固体润滑剂润滑剂气体气体润滑剂润滑剂三、三、润滑润滑-空气空气水水-润滑脂润滑脂润滑油润滑油液态金属（锂、液态金属（锂、钠、汞）钠、汞）一般机械一般机械橡胶、塑料轴承橡胶、塑料轴承高温、高真空高温、高真空的核反应堆，宇航的核反应堆，宇航条

37、件下条件下-石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯一般机械一般机械高温、高速高温、高速高温、高速或防止污染产品高温、高速或防止污染产品的场合的场合润滑油最重要的物理参数是粘度，它是选择润滑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。粘度即液体抵抗变形的能力，表征油的主要依据。粘度即液体抵抗变形的能力，表征液体流动的内摩擦特性。液体流动的内摩擦特性。粘度粘度-重要指标重要指标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值越高，油越稠，反之越稀；粘度值越高，油越稠，反之越稀； 潘存云教授研制润滑油的特性：润滑油的特性：1）粘）粘-温相关性温相关

38、性温度温度t压力压力p但但p10Mpa时可忽略。时可忽略。变化很小粘粘-温温图图0.080.080.070.070.060.060.050.050.040.040.030.030.020.020.010.013030 4040 50506060 7070 8080 9090L-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32选用原则：选用原则：1)载荷大、温度高的轴承，宜选用粘度大的油；载荷大、温度高的轴承，宜选用粘度大的油；2)载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油；载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油；粘度值的大小不仅影响粘度值的大小不仅影响摩擦副的运动阻力，而且摩擦副的运动阻力，而

39、且对润滑油膜的形成及承载对润滑油膜的形成及承载能力具有决定性的作用。能力具有决定性的作用。潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制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：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式油式油杯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弹簧盖油杯弹簧盖油杯润滑装置润滑装置 1.油杯油杯潘存云教授研制潘存云教授研制2.油环油环