江苏大学机械原理及设计第四章摩擦、磨损及润滑.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,机械工程学院机械设计系,机 械 原理及设计,（,）,第四章 摩擦、磨损及润滑,Saturday,January 31,2026,第四章 摩擦、磨损及润滑,4,1,摩擦,4,磨损,4,润滑,我们在初中物理中就已经接触并初步了解了摩擦这个概念，即在,正压力,作用下，相互接触的物体表面间有,相对运动（或其趋势）,时，在接触表面上就会产生抵抗运动的阻力，这一自然现象被称为,摩擦,，阻力叫作,摩擦力,。有摩擦现象存在，就会产生,磨损,。摩擦、磨损既有利也有弊。据统计：由摩擦而造成的能量损耗占世界工业能量消耗的,1/3,；有,80%,的零件失效是由磨损而引起的。,本章的内容主要是讲述在机器中,构成运动副,的机械零件的接触表面上所发生的情况，了解,摩,擦、,磨,损的分类、机理；如何利用摩擦、磨损以及如何运用润滑的方法来减小摩擦、减轻磨损。（摩擦学由此而诞生）,摩擦,不利方面：消耗能量，转化为热能，引起温升,有利方面：可用于传递运动或制动,磨损,不利方面：尺寸变化，精度丧失，甚至报废,有利方面：可用于新机器的跑合成形，使成为一种加工手段,(,如研磨,磨削加工,),控制摩擦、磨损不利方面的有效手段,研究相互接触表面之间摩擦，磨损，润滑机理的一门学科,润滑,摩擦学,摩擦分类,静摩擦,动摩擦,滑动摩擦,滚动摩擦（弹性流体动力润滑）,干摩擦,边界摩擦（边界润滑）,混合摩擦（混合润滑）,流体摩擦（流体润滑）,4,1,摩擦,一干摩擦（,最差状态,）,特点,：,f,很大，磨损严重，应力求避免,机理,：,1,机械摩擦啮合理论,F,f,=f*F,n,式中 ：,F,f,摩擦力,;,f,摩擦系数,;,F,n,法向载荷,公式表明：,(1),F,f,与,F,n,成正比；,(2),动摩擦系数的大小与相对滑动速度无关；,(3),摩擦力的大小与名义接触面积的大小无关。,定义,：两摩擦表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。,Fn,Fn,2,粘附理论,A,简单,粘,附理论：,1945,年由鲍登等人提出，认为接触面积并非公称接触面积,A,0,，,而是由一些表面轮廓峰相接触所形成的接触斑点的微面积的总和（真实接触面积,Ar,）。,由于,Ar,很小，轮廓峰接触区压力很高，产生塑性变形，发生粘附现象，形成冷焊结点。相对运动时，冷焊结点被割开。,限,较软材料的剪切强度极,较软材料压缩屈服极限,真实接触面积,式中：,B,sy,r,A,t,s,说明,计算公式,讨论：,1,为什么大多数金属表面的,f,值相差不大？,2,为什么真空中两洁净表面的,f,值较大？,简单的黏附理论,认为真实的接触面积,Ar,决定于软金属的压缩屈服极限和法向载荷,Fn,，,由于大多数金属的,B,/,Sy,的比值较接近，所以其摩擦系数相差很小，这在常规环境下，因为在界面上覆盖有一层氧化膜或污染膜，对于静态接触，大体是正确的。但对于处于真空中的洁净金属发生摩擦时不适用，真空中的,f,值比常规环境下的大得多。因此鲍登等人于,1964,年又提出了更切合实际的,修正黏附理论。,B,修正粘附理论：,A,ri,+,A,ri,=0,B,在,Fn,产生的,y,和,F,f,产生的,的联合作用下，使结点产生塑性流动，,Ar,增加，结点增长，摩擦系数,f,增大,计算公式,说明,式中：,Bj,为界面的剪切强度极限,Sy,为较软基体材料的压缩屈服极限,应用：,爬行现象,定义,：,当相对运动速度较小时，两表面的摩擦力在静、动摩 擦力之间反复变化的现象称为,爬行,原因,：粘附理论（即 凸峰 粘着,弹性变形剪断 反复变化）,后果,：造成机器运动不规则,冲击、振动,措施,：提高表面质量，改善润滑条件,v,F,n,F,n,问题：,爬行现象是怎样产生的？,爬行曲线,二边界摩擦（边界润滑：,最低要求,）,定义,：当金属表面间存在一层极厚的的边界油膜时的摩擦,特点,：,较小，磨损较小，寿命有所提高。,机理,：边界膜可分三种,（见下页）,1,物理吸附膜：,润滑剂中脂肪酸的极性分子牢固的吸附在金,属表面上,应用场合,：,常温（,70,）、轻载、低速,2,化学吸附膜：,润滑剂中分子受化学键的作用而贴附在金属,表面上,应用场合,：中等载、中速、中温度（,120,）,3,化学反应膜：,s,、,p,、,cl,等与金属化学反应在油与金属界,面处形成薄膜,应用场合,：重载、高速、高温（,150,200,）,提高边界油膜强度的主要措施：,1,合理选配材料；,2,降低粗糙度；,3,合理采用添加剂。,三流体摩擦（流体润滑：,最理想的状态,）,定义,：两表面完全分开，形成液体与液体之间的摩擦,特点,：,很小，一般,f=0.0010.008,，,四混合摩擦（混合润滑：,最常见的状态,）,定义,：介于边界摩擦和液体摩擦之间,特点,：,f,较小，介于边界摩擦和液体摩擦之间,一般,f=0.0010.01,问题：,滑动摩擦一般分为哪四种状态？哪种最理想？,一磨损过程,:,(,分三个阶段,),4-,磨损,设计或使用机器的原则：,力求缩短磨合期，,延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损到来,。,跑合磨损,(,磨合,),阶段,稳定磨损阶段,剧烈磨损阶段,说明,2,表面疲劳磨损,原因,：,的反复作用,现象：,金属表面产生麻点、麻坑，又叫点蚀,措施：,提高,H,；,提高表面质量；提高硬度；,提高润滑油的黏度、加入极压添加剂。,二磨损机理（或分类）主要四种基本类型,1,粘附磨损,原因：,轮廓峰塑变成冷焊结点而粘着,现象：,轻微磨损、涂抹、划伤、撕脱、咬死,措施：,限制温度、压强；选择合适的润滑剂、添加剂；摩擦副的材料；提高表面质量、跑合。,3,磨粒磨损,原因：,灰尘、杂质等硬颗粒,现象：,较软表面的沟纹,4,其它类型：,腐蚀磨损；微动磨损；,流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损。,措施：,提高表面质量与硬度；提高润滑油的清洁度,小结,磨损的类型随工作条件的改变而转化，实际上大多数的磨损是上述磨损型式的复合型式。如微动磨损就是典型的复合磨损，粘附磨损与疲劳磨损而产生的颗粒会引起磨粒磨损。,一概述,A,润滑的作用：,1,降低摩擦、磨损,2,防锈,3,冷却,4,缓冲吸振,5,密封,4-,润滑,B,润滑剂的种类：主要有四大类,1,液体润滑剂：各种润滑油（植物油、,动物油、矿物油、合成油）,2,半固体润滑剂：各种润滑脂,3,固体润滑剂：石墨、二硫化钼,4,气体润滑剂：各种气体（空气、,CO,2,）,C,润滑剂的主要指标,1,润滑油的粘度,(1),分类,主要分为三类,动力粘度,动力粘度,：,牛顿的粘性定律,式中：,油层之间的剪应力,油层沿,y,方向的速度梯度,v,油层速度,“,-”,表示,v,随,y,增大而减小,动力粘度,国际单位：,p,a,s(,帕,秒,),，,物理单位：,p(,泊,),，,cp(,厘泊,),，,1 p,a,s=10p=1000cp,运动粘度,：,物理单位,：,st,(,斯,),cst(,厘斯,),润滑油的牌号,：,旧标准,：,GB44364,规定，以,50,o,C,或,100,o,C,的运动粘度的中心值划分等级，确定牌号。,新标准,：,GB314182,规定，以,40,o,C,的运动粘度中心值分级,例,：,32,号润滑油的含义如何？,条件粘度,(,恩氏度,o,E,t,),式中：,粘度系数，,p,a,-1,；,p,压强，,p,a,；,o,大气压下油的粘度，,p,a,s,；,e,自然对数的底，,e=2.718,；,p,压力,p,下的粘度，,p,a,s,；,(2),粘度的影响因素,：,主要有二个,温度的影响：,随温度增加而减小；粘度指数,VI,越大，粘度随温度变化小。,粘温效应,压力的影响：,当,p20Mp,a,时，随压力增加而增大,压粘效应,2,润滑油的油性及极压性,3,其他指标：,油,：凝点、闪点；,脂,：滴点、针入度,D,添加剂,（极压、油性、分散、消泡、降凝剂）等,E,润滑剂的选择：,P48,50,F,润滑方法：,P51,52,二流体润滑简介,分类,流体静压润滑：,原理、计算简单,但结构复杂、成本高,流体动压润滑：,原理、计算复杂,但结构简单,1,流体动力润滑,针对,低副,运动表面,定义,：依靠摩擦副的两运动表面作相对运动时，把油带入两表面间，形成具有足够压力的油膜，从而将两表面分开。,如图所示两运动平板,假设：,流体不可压缩,流体沿,向作层流运动,1a,图：,t,t,出口流量,进口流量,=,两平行板内部由于各垂直截面处的流量皆相等，润滑油虽能维持连续流动，但油膜对外载荷并无承载能力。,分析,建立条件,：,两表面形成收敛油楔；润滑油有一定的黏度，且供油充分；两表面有一定的相对运动速度且使润滑油从大口进小口出。,t,t,出口流量,进口流量,2b,图：,两,形成收敛的楔形的板内部由于进入油量大于流出的油量，油必将由进口,a,和出口,c,两处的截面被挤出，内部就产生了一定的压力，这种有一定粘性的流体流入楔形收敛间隙而产生压力的效应叫,流体动力润滑的楔效应,。,v,1,v,2,收敛油楔,2,弹性流体动力润滑,针对,高副,运动表面,必须考虑以下两个方面,：,弹性体的弹性变形,高压下油的粘度变化,油膜形状特点,：,高压接触区，膜厚相同为,h,o,油膜出口处有缩颈，产生,h,min,（,压力有突变,）,油压分布特点,：,高压接触区，压力分布同赫兹应力,缩颈处产生很大的压力高峰,3.,润滑状态图,v,1,v,2,收敛油楔,七个影响因素,：,1,最小油膜厚度,h,min,2,单位宽载荷,w=F/B,3,卷油速度,u=(v,1,+v,2,)/2,4,粘度,0,5,粘压系数,6,综合曲率半径,=,1,2,/(,1,2,),7,综合弹性模量,道森无量纲参数群：,速度参数,载荷参数,材料参数,膜厚参数,马丁方程：,H=4.9U/W,，,刚性等粘度，高速轻载,布洛克方程：,H=1.66(GU),2/3,，,刚性等粘度，中载,道森方程,：,H=2.56G,0.54,U,0.7,W,-0.13,，,弹性变粘度，重载,赫里布勒方程：,H=3.01U,0.6,W,-0.2,，,弹性等粘度，低速重载,式中,膜厚比,R,q,接触表面轮廓的均方根偏差,R,q,(1.201.25)R,a,一般认为,1,边界润滑状态,1 3,流体润滑状态,4,膜厚比和润滑状态,1,.,根据摩擦面存在润滑剂的情况，滑动摩擦可分为,_,、,_,、,_,及,_,。,其中,_,是最理想的摩擦状态。,2,.,边界摩擦中按边界膜形成机，边界膜分,_,、,_,和,_,。,3.,一个零件的摩擦过程大致可分为三个阶段,即,_,、,_,及,_,。在设计或使用机器时，应该力求,_,，延长,_,，推迟,_,的结束。,分析讨论,4,10,号机械油在,40,C,时的平均运动粘度为,_m,2,/s,，,其动力粘度为,_,pa,s(=900kg/m,3,),。,5,润滑油的油性是形成,_,的性能,润滑油的极压性,是形成,_,的性能。,6,温度升高，油的粘度,_,；压力较高时，,压力增加，油的粘度,_,。,分析讨论,7,粘度指数,VI,越大，粘度受温度变化,_,。,8,工作温度高时，宜选粘度高的润滑油；速度大时，,宜选粘度,_,的。,9,粘着磨损是由于,_,；接触疲劳磨损是由于,_,。,10,提高耐磨性的主要措施,_,、,_,、,_,。,11,机器发生磨损失效是处于,_,磨损阶段。,分析讨论,12,弹性流体动力润滑和流体动力润滑的主要区别在于前者考虑,_,和,_,。,13.,标准直齿圆柱齿轮传动，中心距,a,1000mm,，,模数,m,20mm,压力角,20,，,工作齿宽,B=450mm,。,小齿轮：齿数,Z,1,=24,转数,n,1,=590r/min,材料,40Cr(HB270),；,大齿轮：齿数,Z,2,=76,材料为,ZG340-640(HB250),从动轴输出转矩,T,2,=16000N,m,。,齿面粗糙度为,Rg,=2.4,m;,润滑油为,28,号轧钢机油，粘度压力指数,2.5,10,-8,m,2,/N,，,常压下动力粘度,0,7.4,10,-2,N,s/,m,2,。,试分析在节点啮合时的润滑状态,分析讨论,本章结束,谢,谢,大,家,！,谢,谢,大,家,！,