摩擦磨损及润滑概述81006
摩擦、磨损与润滑概述
摩擦、磨损与润滑概述摩擦、磨损和润滑是一个古老的课题，摩擦学的一般定义是：“关于相对运动中相互作用表面的科学、技术及有关的实践”。
通常也理解为包括摩擦、磨损和润滑在内的一门跨学科的科学。
在机器系统中，机器构件的运动是最基本和最重要的功能。
机器构件之间的相对运动和接触作用(约束)是通过运动副来实现的，同时也在运动副中两表面之间产生摩擦、磨损和润滑等物理现象，称作摩擦副。
运动副主要分为低副(理论上为面接触，如滑动轴承、导轨、制动器、密封等)和高副(理论上是线、点接触，如齿轮、凸轮等)。
机器中任何一个摩擦副故障(称为摩擦学失效)，都将使机器全部或相关部分产生超出设计允许的运动甚至造成功能的失效。
而这种故障在概率上又远远超过由构件整体失效导致的功能丧失。
同时，避免摩擦学失效，是一件非常复杂及艰难的问题。
因此，摩擦副的设计就是摩擦学研究的基本问题和极其重大的课题，也是机器设计的关键技术之一。
机器除了要消耗很大一部分的能量来克服摩擦阻力外，由于机器中的摩擦副往往会较早地损坏，相应的零部件(易损件)就需要定期更换。
许多机器每年制造用以更换易损件的钢材量与制造整机的相当。
再加上制造、运输、存储、维修维护的费用和维修时的停机损失，构成了机器运行成本中的一个很大的份额。
具统计，汽车的维护费用与油料费用相当；机器的失效报废，有80%以上是由磨损造成的。
常见的摩擦学失效如下：1.轴承因磨损而间隙变得过大，轴颈就偏离设计规定的位置，机器将失去预定的运动精度；当轴上作用有不稳定的载荷时，间隙过大直接导致轴颈与轴承表面的撞击和机器的振动；轴及轴上零件的变位，会导致许多不同类型的非法运动；摩擦形成的热膨胀使间隙变小或润滑不良，轴颈就可能与轴承咬死而完全不能旋转。
2.齿轮齿面或凸轮表面因磨损几何形状发生变化，结果将破坏齿轮传动的平稳性和设计所规定的从动件的运动规律，磨损还造成齿轮轮齿强度的降低和断齿。
3.运动副（如机床导轨等）的“爬行”是一个古典的非线性振动问题，其起因是静摩擦系数大于动摩擦系数而产生的特殊现象。
摩擦、磨损及润滑概述
九、摩擦、磨损及润滑概述一 选择题(1) 摩擦副表面为液体动压润滑状态，当外载荷不变时，摩擦面间的最小油膜厚度随相对滑动速度的增加而 B 。
A. 变薄B. 增厚C. 不变(2) 两相对滑动的接触表面，依靠吸附油膜进行润滑的摩擦状态称为 B 。
A. 干摩擦B. 边界摩擦C. 混合摩擦D. 液体摩擦(3) 各种油杯中， C 可用于脂润滑。
A. 针阀油杯B. 油绳式油杯C. 旋盖式油杯(4) 为了减轻摩擦副的表面疲劳磨损，下列措施中， D 是不合理的。
A. 降低表面粗糙程度B. 增大润滑油粘度C. 提高表面硬度D. 提高相对滑动速度(5) 表面疲劳磨损(点蚀)的发生与 D 有关。
A. 酸、碱、盐介质B. 瞬时温度C. 硬质磨粒D.材料浅层缺陷(6) 采用含有油性和极压添加剂的润滑剂，主要是为了减少 A 。
A. 黏着磨损B. 磨粒磨损C. 表面疲劳磨损D. 腐蚀磨损(7) 摩擦与磨损最小的摩擦状态是 D ，摩擦与磨损最大的摩擦状态是 A 。
A. 干摩擦B. 边界摩擦C. 混合摩擦D. 液体摩擦(8) 已知某机械油在工作温度下的运动黏度s mm /202=ν，该油的密度ρ为3/900m kg ，则其动力黏度为 D s Pa ⋅。
A. 18000B. 45C. 0.0018D. 0.018(9) 在一个零件的磨损过程中，代表使用寿命长短的是 B 。
A. 剧烈磨损阶段B. 稳定磨损阶段C. 磨合阶段D. 以上三个阶段之和(10) 对于齿轮、滚动轴承等零件的润滑状态，应采用 C 理论。
A. 流体动力润滑B. 流体静力润滑C. 弹性流体动力润滑D. 极压润滑 二 填空题(1) 根据磨损机理，磨损可分为 粘着磨损 、 接触疲劳磨损 、 磨料磨损 、和 腐蚀磨损 。
(2) 一个零件的磨损过程大致可以分为 磨合 磨损、 稳定 磨损、 剧烈磨损三个阶段，在设计或使用时，应力求 缩短磨合期 、 延长稳定磨损阶段 、 推迟剧烈磨损阶段的到来 。
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第一节 摩擦 一、摩擦效果——能量损耗、发热、磨损
——利用摩擦 二、摩擦分类 内摩擦:发生在物质内部，阻碍分子间相对运动 外摩擦：
静摩擦 动摩擦——滚动摩擦
滑动摩擦——
1．干摩擦 机械传动中不允许
2．边界摩擦 边界油膜（十层分子厚度仅 为0.02μm），金属突峰接触，摩擦系数0.1 左右
油温 3．疲劳磨损（点蚀） 提高表面硬度、减小粗糙度值和控制接触应
力
4．流体体磨粒磨损、流体侵蚀磨损
流动所夹带的硬物质引起的机械磨损，管道 磨损
流体冲蚀作用引起的机械磨损，燃汽轮机叶 片、火箭发动机尾喷管的磨损。
5．腐蚀磨损
机械化学磨损是指由机械作用及材料与环境 的化学作用或电化学作用共同引起的磨损
2．流体静力润滑 3．弹性流体动力润滑 λ>3～4 4．边界润滑 5．混合润滑
1．如图所示，在 情况下，两相对运动的平 板间粘性流体不能形成油膜压力。
2．摩擦副接触面间的润滑状态判据参数膜厚 比值λ为 时，为混合润滑状态，值λ为 时，可达到流体润滑状态。
A．6.25; B. 1.0；C. 5.2； D. 0.35。
λ≤1——边界摩擦
λ>3——流体摩擦
1≤λ≤3——混合摩擦
第二节 磨损 一、磨损过程 ——磨合、 稳定磨损、 剧烈磨损。 二、磨损分类 1．磨粒磨损 开式齿轮传动 合理选择材料，提高表面硬度
2．粘着磨损 ——轻微磨损、胶合、咬死
齿轮传动、蜗杆传动滑动轴承等 合理选择摩擦副材料、润滑剂，限制压力和
3．各种油杯中， 可用于脂润滑。
A.针阀式油杯；B.油绳式油杯；C.旋盖式油杯。
4．为了减轻摩擦副的表面疲劳磨损，下列措施中， 是不合理的
机械设计第10章 摩擦、磨损及润滑概论
图10-4 摩擦特性曲线
图10-5 磨损曲线
润滑状态，因条件改变而相互转化。
轴承(特性)数ηv/p
（η为流体粘度，v为滑动速度，p为压强）
三、干摩擦
目前，尚未形成统一的理论。 关于干摩擦的理论有机械啮合理论、分子吸引理论、静电力学理论及 粘附理论等。 对于金属材料，特别是钢，比较多的人接受粘附理论的解释。 经典摩擦理论(机械啮合理论)： (1)摩擦力的大小与接触面间的法向载荷成正比； (2)摩擦力的大小与表观接触面积的大小无关； (3)静摩擦极限力大于动摩擦力，而动摩擦力的大小与滑动速度无关。 库仑公式 Ff= f Fn （10-1） 库仑公式具有简单、实用等特点。在工程上，除流体摩擦外，其它几种 摩擦和固体润滑都能用该公式进行计算。 近年来的研究表明，经典摩擦理论有一定的局限性。
固体润滑-------石墨，二硫化钼等固体润滑剂润滑
表10-1 不同摩擦（润滑）状态下的摩擦系数（大致值）
可以用膜厚比λ来大致估计两滑动表面所处的摩擦(润滑)状态，即：
hmin ( Rq1 Rq 2 )1 2
（10-1）
式中，hmin为两滑动粗糙表面间的最小公称流体膜厚度，单位为μm；Rq1、Rq2分别 为两表面轮廓的均方根偏差（约为算术平均偏差Ra1、Ra2的1.20～1.25倍），单位为 μm。 当λ≤1时，呈边界摩擦(润滑)状态；当λ≥3时，呈流体摩擦(润滑)状态；当1≤λ≤3时 ，呈混合摩擦(润滑)状态；
第十章
பைடு நூலகம்
摩擦、磨损及润滑概论
第一节 第二节 第三节
摩擦及润滑机理 磨损 润滑剂、添加剂和润滑方法
在外力作用下，一物体相对于另一物体运动(或有运动趋势)时，在摩 擦表面上所产生的切向阻力叫做摩擦力，其现象称为摩擦。
摩擦磨损及润滑概论
摩擦、磨损及润滑概论在外力作用下，一物体相对于另一物体运动(或有运动趋势)时，在摩擦表面上所产生的切向阻力叫做摩擦力，其现象称为摩擦。
摩擦是一种不可逆过程，其结果必然造成能量损耗、效率降低、温度升高、摩擦表面物质的丧失或迁移——表面磨损。
过度磨损会使机器丧失应有的精度，产生振动和噪声，缩短使用寿命。
统计资料表明，世界上在工业方面约有30％的能量消耗于摩擦过程中，约有80%的零件是因磨损而报废。
而为了减少摩擦、磨损，提高机器效率，减小能量损失，降低材料消耗，保证机器工作的可靠性，工程中最经济、最有效、也是最常用的方法就是润滑。
当然，摩擦在机械中也并非总是有害的，如利用摩擦传递动力(如带传动、摩擦无级变速器、摩擦离合器)、制动(如摩擦制动器) 或吸收能量起缓冲阻尼作用(如环形弹簧、多板弹簧)等正是靠摩擦来工作的，这时还要进行增摩技术的研究。
因此，研究摩擦、磨损和润滑，弄清其现象、机理和影响因素，以便在设计阶段就采取有效的措施加以控制，已成为机械设计的基本任务之一。
现在把研究有关摩擦、磨损与润滑的科学与技术统称为摩擦学。
本章将概略介绍机械设计中有关摩擦学方面的一些基本知识。
第一节摩擦及润滑机理一、摩擦表面的形貌金属是机械中最常用的材料，故在此只讨论金属的表面形貌。
我们知道，即使是经过精加工的表面也不是理想光滑的，在显微镜下放大来看，总是高低不平的。
有的大体上有一定规律，如刨削表面；有的则完全是随机的，象地球表面一样，十分复杂，如抛光表面。
图10-1所示为表面形貌的放大图，凸起的地方称为微凸体(波峰)。
目前，常用剖面轮廓的表面粗糙度和表面波度来表征表面的形貌。
例如，表面轮廓的算术平均偏差R a就是表面粗糙度的一个重要参数，磨削表面的R a约为0.63μm左右，抛光表面的R a则为0．08μm左右，R a值愈大表明表面愈粗糙。
图10-1 摩擦表面的形貌显然，两个这样的摩擦表面直接接触时，实际接触的只是个别的微凸体，如图10-2所示。
第4章摩擦、磨损及润滑详解
实现条件： 1）两滑动表面沿运动方向的间隙是由大至小的形状
2）相对速度v足够大，油楔中有足够的油量 3) 油有一定的粘度
F
F
F
v
v
v
R 1
h0 hmin
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第
2、弹性流体动力润滑
21
页
p 弹性流体动力
润滑油压分布
v1
v2
R2
赫兹压力分布
v1
x O
v2 缩颈
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
较软者的剪切强度极限与压缩屈服极限
b
Fn Ari
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第
修正后的粘着理论：
5 页
f
Ff Fn
Bj ' sy
' sy
较软者的压缩屈服极限
1、当两金属界面被表面膜分开，为表面膜的剪切强度极限
Bj
2、当剪切发生在较软金属基体内时，为较软金属基体的剪切强 度极限
3、若表面膜局部破裂并出现金属黏附结点时，为介于较 软金属基体剪切强度极限和表面膜的剪切强度极限之间
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
2、稳定磨损阶段
经磨合的摩擦表面加工 硬化，形成了稳定的表面 粗糙度，摩擦条件保持相 对稳定，磨损较缓,该段时 间长短反映零件的寿命
3、急剧磨损阶段
磨合磨 损阶段
I
稳定磨损阶段
II
t
O 时间t
磨损率 q
t
磨损量q q
第 9
页 剧烈磨损阶段
III
经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大→动载振动 →润滑状态改变→温升↑→磨损速度急剧上升→直至零件失效
化学吸附膜
第二章 摩擦、磨损及润滑概述
2、润滑脂
钙基润滑脂:具有良好的抗水性，但耐热性能差， 钙基润滑脂:具有良好的抗水性，但耐热性能差，工作温 度不宜超过55 55～ 价格比较便宜。 度不宜超过55～65 。价格比较便宜。 钠基润滑脂:有较高的耐热性，工作温度可达120 钠基润滑脂:有较高的耐热性，工作温度可达120 ，但抗 水性较差，与钙基润滑脂相比，有较好的防腐性。 水性较差，与钙基润滑脂相比，有较好的防腐性。 锂基润滑脂:既能抗水，又能耐高温， 锂基润滑脂:既能抗水，又能耐高温，其最高温度可达 条件下可长期工作。且具有较好的机械安定性， 145 ，在100 条件下可长期工作。且具有较好的机械安定性， 是一种多用途的润滑脂，有取代钠基润滑脂的趋势。 是一种多用途的润滑脂，有取代钠基润滑脂的趋势。
h0
O v2
缩颈
hmin
x
3、流体静力润滑
节流间隙 (油膜厚度 油膜厚度)
油腔
节流器 (补偿元件) 油泵
油箱
(b)
λ越大，油膜承载比例大，f越小
2.1.2 磨损及其过程 一、典型的磨损过程
1、磨合（跑合）磨损过程 在一定载荷作用下形成 一个稳定的表面粗糙度， 且在以后过程中，此粗糙 度不会继续改变，所占时 间比率较小
磨损量q 磨合磨 损阶段
稳定磨损阶段
剧烈磨损阶段
I
II ∆q
III
∆t
O
时间t
2、稳定磨损阶段 经磨合的摩擦表面加工硬化，形成了稳定的表面粗糙度，摩擦 条件保持相对稳定，磨损较缓,该段时间长短反映零件的寿命 3、急剧磨损阶段 经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大→动载振动 →润滑状态改变→温升↑→磨损速度急剧上升→直至零件失效
二、磨损的类型
1、粘着磨损 2、磨粒磨损 3、表面疲劳磨损 4、腐蚀磨损
第四章-摩擦磨损和润滑概述
1、按摩擦机理不同分为： 外摩擦
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 2、按运动的状态不同分为：
动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ擦
滑动摩擦 3、按运动的形式不同分为：
滚动摩擦
干摩擦
4、滑动摩擦按润滑状态不同分为： 边界摩擦 流体摩擦
二、磨损的分类：
磨损类型
按磨损机理分
按磨损表面外 观可分为
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
点蚀磨损 胶合磨损 擦伤磨损
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损
腐蚀磨损
微动磨损
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。
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损
腐蚀磨损
微动磨损
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。
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
（1）润滑是减小摩擦、减小磨损的最有效的方法； （2）合理选择摩擦副材料； （3）进行表面处理； （4）注意控制摩擦副的工作条件等。
§4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法
润滑：在两个摩擦表面之间加入润滑剂，以减小摩擦和磨损。 此外，润滑还可起到散热降温，防锈、防尘，缓冲吸振等作 用一。、 润滑剂 凡是能减小摩擦阻力，减小磨损的物质都可作为润滑剂。 1、润滑剂的分类
4 第四章 摩擦、磨损及润滑概述
5. 混合摩擦（mixed friction） 两个摩擦面间有些部位呈现干摩擦，有些部位 呈现边界摩擦，有些部位呈现液体摩擦，这种 状态称为混合摩擦。摩擦系数不稳定。
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第四章 摩擦磨损及润滑概述
一、基本概念
摩擦（friction）
摩擦力 （friction force）
正压力N
v
切向力F
磨损（wear） ——摩擦时，摩擦表面材质损失或转移的现象
润滑（lubrication）——摩擦面添加介质（油、脂 等），以减小摩擦、磨损，降低材料消耗， 保证机器可靠工作的现象。
是层流，各层之间存在相对滑移，各层界面上就有剪
切力：
τ
=
-
η
∂u ∂y
∂u ∂ y —— 流体延运动方向的速度梯度
A. 动力粘度η
单位：Pa·s（国际），P (泊)（绝对单位）
B. 运 动 粘 度 ν
ν
η ρ
ρ—流体密度
单位：m2/s（国际），St (斯)（绝对单位）
C.条 件 粘 度 ηE 单位：ºEt（恩氏度）
② 油性 物理吸附膜，化学吸附膜
③ 极压性 化学反应膜。
④ 氧化稳定性 润滑油抗氧化的能力。
⑤ 闪点（flash point） 衡量易燃性的指标，高温下工作很重要。
⑥ 凝固点（solidifying point） 衡量低温下工作的性能。
（2）润滑脂（grease）
钙基润滑脂 纳基润滑脂 锂基润滑脂 铝基润滑脂 ① 针入度（penetration ） 衡量脂的稠密程度，针入度小，承载能力大。 ② 滴点（drop point） 衡量润滑脂的耐高温能力。
磨擦、磨损及润滑概述
润滑脂的主要物理性能指标为滴点、锥入度和耐水性 等。
(1)滴点 是指润滑脂受热后从标准测量杯的孔口滴下第 一滴油时的温度。耐高温性。
(2)锥入度 即润滑脂的稠度。它表明润滑脂内阻力的大 小和流动性的强弱，锥入度越小，表明润滑脂越稠，承载能 力越强，密封性越好，但磨擦阻力也越大，流动性越差，因 而不易填充较小磨擦间隙。
思考题2.3 ：夏天发现液压系统中的油变稀了，有人将润滑 脂加入，调均后使油变稠。这样做行吗?
润滑方法和润滑装置
机械设备的润滑，主要集中在传动件和支承件上。 油润滑的方法大概有四种：
集中润滑或分散润滑 连续润滑或间歇润滑 压力润滑或无压力润滑 循环式润滑或非循环式润滑
分散润滑比集中润滑简便。 对于轻载、低速的磨擦副可采用间歇无压力润滑或间歇压 力润滑，利用油壶、油枪将油注入油杯进行润滑。 连续无压力润滑可采用油绳、油垫、针阀式油杯、油环、油 轮等润滑装置。而连续压力润滑需采用油泵、喷咀装置，高 速时还可采用油雾发生器实现油雾润滑。
压配式注油杯
旋盖式注油杯
手工用油壶或油枪向注油杯内注油，只能做到间歇 润滑；只用于小型、低速或间歇运动的轴承。
针阀油 杯
油芯油 杯（低 中速）
共同点：都可做到连续滴油润滑
不同点：针阀油杯滴油速度可调，停车时可停止供 油；油芯油杯在停车时仍继续滴油。
油环润滑
脂润滑装置。杯 中装满润滑脂后，旋 动上盖即可将润滑脂 挤入轴承中。
旋盖式油脂杯
2.3密封装置
密封装置从总体上可分为两大类： （1）固定密封：即密封后密封件之间固定不动；如管道 与管道连接外结合面间的密封；
固定密封可采用各种垫片，包括金属、非金属垫片以及 密封胶等。
（2）动密封：即密封后两密封件之间有相对运动。如放 置轴和轴承盖间的密封。
摩擦磨损及润滑概述
cSt cSt
当 Et 16.2时，
Vt 7.14Et
cSt
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℃时的运动粘度大约为10 cSt。
润滑性
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
这是一个重要参数。
一般要求工作温度比油的闪点低
30~40℃ 。
凝点
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。
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。
一、润滑剂
作用：
降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。
气体润滑剂 ----空气 液体润滑剂 ----润滑油 半固体润滑剂 ----润滑脂 固体润滑剂 ----石墨
分类
一、润滑剂
1. 润滑油
(1)种类：
重要指标，粘度 值越高，油越稠， 反之越稀。
有机油----动、植物油 1）粘----温相关性 矿物油----石油产品 温度 t ↑ → η ↓ 化学合成油
种类
消泡添加剂
抗氧化添加剂 降凝剂 增粘剂
含极压添 加剂的油 含脂肪 酸的油
含脂肪酸和极压添加剂的油 软化温度t/℃
三、润滑方法
1、油润滑
人工给油 滴油润滑 油环润滑 飞溅润滑 压力循环润滑 低速传动
机械设计课件：摩擦、磨损及润滑概述
4.3潤滑劑、添加劑和潤滑方法
4.3.1潤滑劑
潤滑劑不僅可以改善摩擦狀體、減小摩擦、減輕磨損， 保護零件不遭受銹蝕，而且在採用迴圈潤滑時，還能起到 散熱作用。此外，潤滑油膜還具有緩衝、吸振的能力。使 用潤滑脂，既可以防止內部潤滑劑外泄，又可阻止外部雜 質侵入，避免加劇零件磨損，起到密封作用。
潤滑劑可分為液體潤滑劑、半固體潤滑劑、固體潤滑 劑以及氣體潤滑劑四種基本類型。其中以液體潤滑劑應用 最為廣泛。
液體摩擦是指兩摩擦表面完全被液體層隔開、表面凸峰 不直接接觸的摩擦，如圖4.1（c）所示。此種潤滑狀態亦稱 液體潤滑，摩擦是在液體內部的分子之間進行，故摩擦係數 極小（油潤滑時約為0.001~0.008），此時不會產生磨損， 是理想的摩擦狀態 。
4.2.1磨損過程分析
4.2磨損
摩擦導致零件表面材料的逐漸喪失或轉移，即形成磨 損。磨損改變零件的尺寸和形狀，降低零件工作的可靠性， 影響機器效率，甚至導致機器提前報廢。因此，機械設計時 應考慮如何避免或減緩磨損，以保證機器達到預期壽命。磨 損量可用體積、重量或厚度來衡量。通常把單位時間內材料 的磨損量稱為磨損率，用表示。磨損率是研究磨損的重要參 數。耐磨性是指磨損過程中材料抵抗脫落的能力，通常用磨 損率的倒數表示。另外，也應當指出，磨損也不都是有害的， 工程上有不少利用磨損作用的場合，如精加工中的磨削及拋 光，機器的“磨合”過程等都是磨損有利的一面。
4.1.2邊界摩擦
兩摩擦表面各附有一層極薄的邊界膜，兩表面仍是凸 峰接觸的摩擦狀態稱為邊界摩擦，如圖4.1（b）所示。與幹 摩擦相比，摩擦狀態有很大改善，其摩擦和磨損程度取決於 邊界膜的性質、材料表面機械性能和表面形貌。
當兩摩擦表面存在潤滑油時，由於潤滑油中的脂肪酸 是一種極性化合物，它的極性分子能牢固地吸附在金屬表 面上。單分子膜吸附在金屬表面上如圖4.4（a）所示，圖中 o為極性原子團。這些單分子膜整齊的呈橫向排列，很像一 把刷子。邊界摩擦類似兩把刷子間的摩擦，其模型如圖4.4 （b）所示。吸附在金屬表面的多層分子膜的模型如圖4.4 （c）所示。分子層距離金屬表面越遠，吸附能力越弱，抗 剪切強度越低，到若干層以後，就不再受約束。因此，摩 擦因數將隨著層數的增加而下降，三層時要比一層降低約 一半。比較牢固地吸附在金屬表面上的分子膜，稱為邊界 膜。邊界膜極薄，一個分子的長度約為2nm（1nm=109m）。如果邊界膜有10層，其厚度也僅0.02μm。
摩擦磨损及润滑概述
第二章摩擦、磨损及润滑概括一、教课目的(一〕能力目标会剖析摩擦副种类，会选择润滑方式及润滑剂种类会选择密封方式(二)知识目标掌握摩擦副分类及根天性质、磨损过程及润滑的种类及润滑剂种类掌握密封方式的选择二、教课内容摩擦与磨损润滑密封方法及装置三、教课的要点与难点(一〕要点润滑方式及润滑剂种类的选择。
密封方法的确定。
(二)难点密封方法的确定。
四、教课方法与手段应用工程实例解说，总结概括式教课。
摩擦与磨损跟着现代科学技术的展开，对摩擦、磨损的研究已经形成一门新的学科领域——摩擦学。
为了节俭能源、提升效率及延伸机械部件的寿命，润滑是必不行少的。
摩擦：两接触的物体在接触表面间相对运动或有相对运动趋向时产生阻挡其发生相对运动的现象叫摩擦磨损：因为摩擦惹起的摩擦能耗和致使表面资料的不停消耗或转移，即形成磨损。
使零件的表面形状与尺寸遇到迟缓而连续损坏→精度、靠谱性↓效率↓直至损坏。
润滑：减少摩擦、降低磨损的一种有效手段。
摩擦及其分类按运动状态，摩擦分静摩擦和动摩擦。
依据摩擦面间存在润滑剂的状况，摩擦分干摩擦、界限摩擦、液体摩擦、混淆摩擦。
(如图所示)。
1、干摩擦两摩擦表面直接接触，不参加任何润滑剂的摩擦。
干摩擦状态产生较大的摩擦功耗及严重的磨损，所以应禁止出现这类摩擦。
2、液体摩擦摩擦表面间的润滑膜厚度大到足以将两个表面的轮廓完整分开时，即形成了全液体摩擦，是理想摩擦状态。
3、界限摩擦两摩擦表面被吸附在表面的界限膜分开，使其处于干摩擦和液体摩擦之间的状态。
界限膜起润滑作用。
4、混淆摩擦处于干摩擦、液体摩擦与界限摩擦的混淆状态。
磨损及其过程磨损是摩擦的直接结果，使资料消耗↓，工作精度↓，靠谱性↓。
典型的磨损过程：1、磨合磨损过程：形成一个稳固的表面粗拙度，且在此后过程中，此粗拙度不会连续改变，所占时间比率较小。
2、稳固磨损阶段：经磨合的摩擦表面加工硬化，形成了稳固的表面粗拙度，摩擦条件保持相对稳固，磨损较缓习——该段时间长短反应部件的寿命。
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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。
应用实例：轴与孔的过盈配合面、滚动轴承套圈的配合面、
旋合螺纹的工作面、铆钉的工作面等。
江苏科技大学专用
作者： 潘存云教授
§4、5-3 润 滑
一、 润滑剂
作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。
▲稳定磨损阶段——零件在
机器的寿命
平稳而缓慢的速度下磨损
时间
剧烈磨 损阶段
它标志着磨擦条件相对稳定。
▲剧烈磨损阶段——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
即将进入报废阶段
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。
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作者： 潘存云教授
§4、5-2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。 后果—降低机器的效率和可靠性，甚至促使机器提前报废。
磨损过程大致如图所示：
磨损量 磨损曲线
▲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
它是磨损的不稳定阶段，在整个寿命周期内时间很短。磨合阶段 稳定磨损阶段
摩擦和磨损极轻，f ≈ 0.001 ~ 0.01
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vv
潘存云教授研制
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潘存云教授研制
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潘存云教授研制 作者： 潘存云教授
4. 混合摩擦 混合摩擦是指摩擦表面间处于边界
v
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
潘存云教授研制
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。
边界摩擦 f
混合摩擦
在一般机器中，处于后三种情况的混合状态。
称无量纲参数ηn/p为轴承特 性数。 η-动力粘度，p-压强 ，n-每秒转数
液体摩擦
摩擦学研究的最新进展： 微－纳米摩擦学理论
o
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摩擦特性曲线 ηn/p
可实现： f ≤0.001 ——超润滑摩擦状态。
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作者： 潘存云教授
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磨损的机理： 磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
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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。
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磨损的机理： 磨损类型：
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
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。
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磨损的机理： 磨损类型：
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
摩擦——相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象
一、摩擦的机理 ▲ “机械说” ——摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用
▲ “分子说” ——摩擦原因是表面材料分子间的吸力作用
▲ “机械－分子说” 两种作用均有
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作者： 潘存云教授
二、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。
磨损的分类
磨损 类型
按磨损机理分
按磨损表面 外观可分为
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
点蚀磨损 胶合磨损 两种不同的称谓 擦伤磨损
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作者： 潘存云教授
磨损的机理
磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损
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腐蚀磨损
微动磨损
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。
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磨损的机理： 磨损类型：
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
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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。
功耗↑ 磨损↑ 温度↑ 烧毁轴瓦
不允许出现干摩擦！
2. 边界摩擦 运动副表面有一层厚度<1 μm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
3. 液体摩擦 有一层压力油膜将两金属表面隔开，
彼此不直接接触。是理想的摩擦状态。
分类
气体润滑剂——空气 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
有机油——动、植物油
种类： 矿物油——石油产品，
化学合成油
矿物油来源充足、成本低廉、稳定性好、因而应用最广。
作者： 潘存云教授
磨损的机理： 磨损类型：
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
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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，
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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
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。
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作者： 潘存云教授
三、 滑动摩擦状态
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。
第4、5章 机械零件设计概论
§4、5-1 §4、5-2 §4、5-3 §4、5-4 §4、5-5 §4、5-6
摩擦 磨损 润滑 材料选用原则 公差与配合 机械零件的工艺性
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§4、5-1摩 擦
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。