单击此处编辑母版标题样式,特别申明：本电子教案中所有素材的版权归原创作者国防科技大学潘存云教授所有。购买方有权复制多份光盘用于本单位的教学。但不得提供给第三方。未经作者同意，也不得在公开出版物中引用其中的素材，违者应承担相应的法律责任。作者：潘存云 教授,2004,年,2,月,第二级,第三级,第四级,第五级,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,*,第,4,章 摩擦磨损及润滑概述,主要内容：,1.,摩擦及其分类,2,磨损及其分类,3.,润滑剂类型及常用的润滑方法,4.,流体动力润滑的基本原理,重点内容：,1.,摩擦的类型及特点,2.,磨损的类型及特点,3.,流体动力润滑的基本原理,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,1,4-0,概 述,摩擦学,-,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缘学科。,摩擦,-,相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象；,磨损,-,由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；,润滑,-,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,1/3,1/2,消耗于摩擦。,机械产品的易损零件大部分是由于磨损过度而报废和更换的。,减少摩擦 节省能源；,减少磨损 降低设备维修次数和费用，节省制造零,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。,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,2,一,、,摩擦的分类,内 摩 擦：,在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运,动的现象。,外 摩 擦：,在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍,作用现象。,静 摩 擦：,仅有相对运动趋势时的摩擦。,动 摩 擦：,在相对运动进行中的摩擦。,滑动摩擦：,物体表面间的运动形式是相对滑动。,滚动摩擦：,物体表面间的运动形式是相对滚动。,4-1,摩擦,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,3,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,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。,不允许出现干摩擦！,2.,边界摩擦,三、滑动摩擦状态,功耗,磨损,温度,烧毁轴瓦,运动副表面有一层厚度,1 m,的薄油膜，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。,比干摩擦的磨损轻,，,f,0.1 0.3,v,有一层,压力油膜,将两金属表面完全隔开，彼此不直接接触。,是理想的摩擦状态。,3.,液体摩擦,摩擦和磨损极轻,，,f,0.001 0.01,v,v,v,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,4,潘存云教授研制,4.,混合摩擦,v,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。,边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为,不完全液体摩擦。,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,5,机器的寿命,磨损,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,磨合阶段,磨损量,时间,剧烈磨损阶段,稳定磨损阶段,4-2,磨损,磨损过程大致如图所示：,磨合阶段,-,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。,稳定磨损阶段,-,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,-,零件表面遭到破坏，运动副间隙增大引起动载荷和振动。零件即将进入报废阶段。,后果,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。,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,6,磨粒磨损,磨损的分类：,疲劳磨损,粘附磨损,冲蚀磨损,腐蚀磨损,微动磨损,磨损类型,按磨损机理分,按磨损表面外观可分为,点蚀,磨损,胶合,磨损,擦伤,磨损,两种不同的称谓,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,7,磨粒磨损,疲劳磨损,粘附磨损,冲蚀磨损,腐蚀磨损,微动磨损,磨损类型：,磨粒磨损,也简称磨损,，,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。,潘存云教授研制,磨损的机理：,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,8,磨损的机理：,磨粒磨损,疲劳磨损,粘附磨损,冲蚀磨损,腐蚀磨损,微动磨损,磨损类型：,粘附磨损,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,“,冷焊,”,后，在相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘附磨损。,严重的粘附磨损会造成运动副咬死。,潘存云教授研制,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,9,磨损的机理：,磨粒磨损,疲劳磨损,粘附磨损,冲蚀磨损,腐蚀磨损,微动磨损,磨损类型：,疲劳磨损,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，反复变形所产生的材料疲劳所引起的机械磨损。,点蚀过程：,产生初始疲劳裂纹,扩展微粒脱落，形成点蚀坑。,潘存云教授研制,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,10,磨损的机理：,磨粒磨损,疲劳磨损,粘附磨损,冲蚀磨损,腐蚀磨损,微动磨损,磨损类型：,冲蚀磨损,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。,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,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,11,磨损的机理：,磨粒磨损,疲劳磨损,粘附磨损,冲蚀磨损,腐蚀磨损,微动磨损,磨损类型：,腐蚀磨损,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即为腐蚀磨损。,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,12,磨损的机理：,磨粒磨损,疲劳磨损,粘附磨损,冲蚀磨损,腐蚀磨损,微动磨损,磨损类型：,微动磨损,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磨粒脱离摩擦副的相对运动。,实例,：轴与孔的过盈配合面、滚动轴承套圈的配合面、,旋合螺纹的工作面、铆钉的工作面等。,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,13,一、润滑剂,作用：,降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。,分类,液体润滑剂,-,润滑油,半固体润滑剂,-,润滑脂,固体润滑剂,1.,润滑油,矿物油来源充足、成本低廉、稳定性好，应用最广。,种类：,气体润滑剂,-,空气,有机油,-,动、植物油,矿物油,-,石油产品,化学合成油,4-,3,润滑剂、添加剂和润滑方法,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,14,潘存云教授研制,A,在轴承中，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。,A,、,B,两板之间充满了液体，,B,板静止，,A,板水平移动速度为,v,。,由于液体与金属表面的吸附作用，,A,板表面的液体速度为,v,，而,B,板表面的液体速度为,0,。两板之间的速度呈线性分布。,液体层与层之间摩擦切应力：,=,du,dy,-,流体中任意点处的切应力与该处的速度梯度成正比。,-,液体的,动力粘度，,简称,粘度,单位：泊（,P,，,1P,0.1Pas,）,或厘泊（,cP,，,1P,100cP,）。,实验结果：,o,x,y,y,dy,du,分析位置,y,处薄层的受力,B,粘度,-,重要指标，,粘度值越高，油越稠，反之越稀；,粘度的种类,动力粘度,运动粘度,条件粘度,1),动力粘度,-,牛顿液体流动定律,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,15,工程中常用运动粘度：,=,单位：,c,m,2,/,s,（,斯,St,）,2),运动粘度,注,：润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系，如：牌号为,L-AN10,的油在,40,时的平均运动粘度大约为,10cSt,。,或,mm,2,/,s,（,厘斯,cSt,）,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,16,潘存云教授研制,表,4-1,常用常用润滑油的主要性质,名 称,全损耗,系统用油,GB443-89,汽轮机油,GB11120-89,代 号,40,的粘度,mm,2,/s,L,-,AN7 6.127.48,-,10 110,凝点,闪点,(,开式,),高速低负荷机械、精密机床、纺织纱锭的润滑和冷却。,普通机床的液压油。一般滑动轴承、齿轮、蜗轮的润滑,重型机床导轨、矿山机械的润滑。,汽轮机、发电机等高速高负荷轴承和各种小型液体润滑轴承,L-AN100 90110 0 210,L,-,AN10 9.011.0,-,10 125,L,-,AN15 13.516.5,-,10 165,L,-,AN32 28.832.2,-,10 170,L,-,AN46 41.450.6,-,10 180,L,-,AN68 61.274.8,-,10 190,L-TSA32 28.835.2,-,7 180,L-TSA46 41.450.6,主要用途,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,17,3),条件粘度,指在一定条件下，利用某种规格的粘度计，通过测定润滑油穿过规定孔道的时间来进行度量的粘度。,常用的有：,恩氏度（,E,t,）,-,中国惯用,赛氏通用秒（,SUS,）,-,美国惯用,雷氏秒,-,英国惯用,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,18,潘存云教授研制,润滑油的特性：,1,）粘,-,温相关性,温度,t,压力,p,但,p,10MPa,时可忽略。,变化很小,粘,-,温图,0.08,0.07,0.06,0.05,0.04,0.03,0.02,0.01,30,40,50,60,70,80,90,L-TSA32,L-TSA46,L-AN10,L-EQC10W/30,选用原则：,(1),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；,粘度值的大小不仅影响摩擦副的运动阻力，而且对润滑油膜的形成及承载能力具有决定性的作用。,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,19,2,）润滑性（油性,-,吸附性,）,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。,3,）极压性,(,抗磨、耐压性,),极压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。,4,）闪点,(,易燃性,),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,30,40,。,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,20,5,）凝点,(,凝固性,),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要指标,，直接影响到机器在低温下的启动性能和磨损情况。,6,）氧化稳定性,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、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。,2.,润滑脂,-,润滑油与各种稠化剂（钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成。,优点：,密封简单、不需要经常添加、不易流失；对速度和温度不敏感，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。,武汉科技大学专用 作者：潘存云教授,21,润滑脂的种类：,钠基润滑脂,锂基润滑脂,铝基润滑脂,钙基润滑脂,分类,1),钙基润滑脂,具有良好的抗水性，但耐热能力差，工作温度不宜超过,55,65,。,2),钠基润滑脂,具有较高的耐热性，但抗水性较