摩擦磨损三章

一、润滑油的粘度
润滑油的粘度反 映了润滑油在外 力作用下抵抗剪 切变形的能力， 也是内摩擦力大 小的标志。
F A
式中 A--流体剪切面积
流体剪切应力
剪切应力τ与流体沿y方向速度的梯度成正比，即
d / dy
η定义为流体的动力粘度 上式称为牛顿流体粘性定律,凡符合此定律 的流体称为牛顿流体,否则称为非牛顿流体。 除此以外，还有运动粘度和条件粘度（恩 氏粘度）
5）腐蚀磨损-电化学作用
形成：空气中的酸、润滑油中的无机酸产生化学作用或 电化学作用。 现象：表面腐蚀并磨损。 影响因素：环境、润滑油的腐蚀性。
6）微动磨损
形成：小振幅、大频率、点或线接触。 现象：磨损面积小。
影响因素：载荷。
润滑剂、添加剂和润滑方法
• 润滑剂：气体、液体、半固体和固体
1、润滑油 2、润滑脂 3、固体润滑剂 石墨、二硫化钼、氮化硼 、蜡、 聚氟乙烯、 酚醛树脂 有机油、矿物油、合成油 钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑脂
4、闪点—瞬时燃烧和碳化的温度；
燃点—长时间连续燃烧的温度（高温性能）；
5、凝点—冷却，由液体转变为不能流动的临界温度 (低温启动性能) 6、极压性（EP）, 在重压下表面膜破裂的最大 接触载荷，用PB表示，(极限载荷）
7、酸值—限制润滑剂变质后对表面的腐蚀
润滑油的选用:

我国将柴油机润滑油按质量标准分为五个等级。（CA、 CB、CC、CD、CE）其中农用运输车常用CC级润滑油， 它又分为5W/30、5W/40、10W/30、l0W/40、 10W/40、20W/40、30、40等8种粘度型号。数值越大， 润滑油的粘度越大。应根据不同的季节、地区和柴油 机的技术状态，选用不同牌号的润滑油。在保证可靠 润滑的前提下，为使发动机有效地发挥其效率，尽量 选用低牌号的润滑油。夏季可选用40CC级柴油机润滑 油，冬季可选用30CC级柴油机润滑油。对于新出厂的 柴油机，由于各运动件配合间隙较小，选用的润滑油 粘度可适当低一些。
2）磨粒磨损/磨削
形成：表面微峰或外界硬质颗粒进入摩擦面。
现象：表面划伤或犁沟现象。
影响因素：环境，表面硬度、粗糙度。
3）疲劳磨损（也称疲劳点蚀）
形成：接触应力反复作用。轴承、齿轮。 现象：表层金属剥落，形成点蚀凹坑。 影响因素：表面硬度、粗糙度，润滑油粘度。
4）流体磨粒、冲蚀磨损
形成：一定速度的硬质微粒反复作用，表面受法向力 及切向力。燃气涡轮机叶片、水轮机叶片。 现象：表面疲劳，材料损失。 影响因素：材料硬度
A a1 a2 a3
A l B (b) 分子作用模型 x

b1 b2 b3 B
(a)
三、摩擦理论

3、分子机械理论
摩擦连接破坏的五种形式
修正的粘着理论——粘着点长大
犁沟分量——锥形
球形滑块在软金属上产生的犁沟
球形滑块
金属的堆积
金属的螺脊
槽
表1 系数Kp的值 材料 钨 钢 铁 系数 1.55 1.35~1.70 1.90 材料 铜 锡 铅 系数 1.55 2.40 2.90
铸钢-钢
铸铁-铸铁
1.9 22 8.3 30.3
古典摩擦定律纠正
1 1—极小载荷 2、3—中等载荷 4—极大载荷 2 3 4 滑动速度v
摩 擦 系 数
f
古典摩擦定律纠正
三、摩擦理论

1、机械啮合理论（凹凸说）
v
L F
θ
机械理论摩擦模型
三、摩擦理论

2、分子理论
p0—接触点的平均压力； n0—原子接触数； x—滑动距离； l—晶体内原子间距离。
水在20℃时流经同样的毛细管所需时间的比值来衡量流体的粘性。
二、润滑油的特性
1、粘温特性
润滑油的粘度随温度的 变化存在指数关系:
t 0 t0 / t
m
2、润滑油的粘压特性
粘度和压力的关系近 似表示为:
0e
ap
3、油性—反映在摩擦表面的吸附性能
（边界润滑和粗糙表面尤其重要）
摩擦学原理
Principles of Tribology
材料科学与工程学院 孟君晟
第三章 摩擦 Friction
• 一、摩擦
• (Friction) •增大摩擦的方法
•减小摩擦的方法
气垫船
磁悬浮列车
金属的摩擦
•摩擦磨损润滑和密封失效是现代机械系统的主要失效原因。
摩 擦
内摩擦
摩 擦
外摩擦

静摩擦 动摩擦
1）动力粘度η
图示,长、宽、高各为1m的流体，如果使立方体顶面流体层相对 底面流体层产生1m/s的运动速度，所需要的外力F为1N时，则流 体的粘度η为1N•s/m²，叫做“帕秒”，常用Pa•s表示。有时也用 “（dyn •s/cm2）泊P”、“厘泊cP”表示。
换算关系：1Pa• S=10P=1000cP

滑动摩擦 滚动摩擦
金属摩擦副的运动状态
干摩擦—最不利（无润滑状态） dry friction
其摩擦阻力最大，磨损最严重。
金属摩擦副的运动状态
(boundary friction) 边界摩擦—最低要求（边界润滑状态）
温度对边界膜的影响很大。温度越 高，边界膜越容易破坏。
边界摩擦—最低要求（边界润滑状态）
莱昂纳多.达.芬奇
G.阿蒙顿
库仑
摩擦力计算公式： F=μ×P
古典摩擦定律纠正

1、载荷、速度与摩擦力关系式
摩擦副
单位面积载荷
a
0.006 0.004 0.022 0.022
b
0.114 0.110 0.054 0.074
c
0.94 0.97 0.55 0.59
d
0.226 0.216 0.125 0.110
3、剧烈磨损阶段
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、磨损分类：根据磨损机理可分为
1）粘着磨损：
形成：边界摩擦，载荷大，速度高，边界膜破坏，表 面尖峰接触。 现象：形成材料转移。 影响因素：材料硬度，表面粗糙度，载荷、速度、温 度，不同材料配副。
人们在生活中都有这样的经验，骑 自行车时，如果车胎打足了气，蹬起来 就省力；如果车胎瘪了，蹬起来就费力。 这是为什么呢？
分析物理情景
设Ny对B点的力臂为k，即 Ny与G的水平距离为k，则 力矩：
M=kNy=kG
滚动摩擦理论—微观滑动
汉斯柯特滑移
滚动摩擦理论—微观滑动
滚动接触中的滑移区与未滑移区
API质量等级分类，


汽油机油分为SA、SB、SC、SD、SE、 SF、SG 柴油机油分为：CA、CB、CD、CE、CF 加W的是冬季油，不加的是夏季油
例如:



5W/30是冬夏通用油 5—牌号（运动粘 度 ） 5W/30 意思代表既能满足冬季用5 号油，又能满足夏季30号油的场合的多 级油 L-AN46 L--润滑剂 AN-全损耗系统用 油，精制的矿物油类 类（L） 品种（AN）数字（46)
金属摩擦副的运动状态
流体摩擦（流体润滑状态）
(liquid friction)
其摩擦系数最小，且不会产生磨损，是 理想的摩擦状态。
金属摩擦副的运动状态
混合摩擦（混合润滑状态） (mixed friction)
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。
二、古典摩擦定律
古典摩擦定律
三、润滑脂及其主要性能
组成： 基础油+稠化剂+添加剂+澎润土 润滑脂的性能指标：针入度、滴点、析油量、 机械杂质、灰分、水分 1）针入度 软硬程度 H(mm)/0.1 阻力大小、流动性强弱
标准锥体，150g，25 ℃ ，5s h
2）滴点----固体流体的温度转折点，表示耐热性 3）防水性能； 4）静音性能； 5）种类 A)钙基脂：抗水，适于轻中重载荷； B)钠基脂：高温，但不抗水； C)锂基脂：多用途，最好； D)铝基脂：高度耐水性，航运机械 E)其它特种润滑脂（特种合成油、添加剂、 稠化剂等）
四、固体润滑剂 •用途：真空、辐射、重载等恶劣环境；
•种类：MoS2，PTFE，石墨，氟化石墨， WS2、
纳米材料
•应用方法：涂镀，沉积，粘贴，嵌入，添加剂
集中供油装置 a) 简单的少数点位集中供油 b) 设备中心、车间及工厂级集中供油 泵站+(稳压+冷却)+过滤+分配器+工位润滑
手动润滑泵
电动润滑泵
滚动摩擦理论—弹性滞后
圆柱在平面上滚动
磨 损
一、典型的磨损过程（三阶段）
1、磨合磨损过程
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
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
2）运动粘度


流体的动力粘度与同温度下的密度ρ的比 值,称为运动粘度: 单位是cm² /s,叫做“斯”,常用St表示
换算关系：1m2/s=104St=106cSt 矿物油ρ=850~900kg/m3
3) 条件粘度
o
Et
恩氏粘度是相对粘度的一种,它是用200ml的粘性流体,在给定的温 度t下流经一定直径和长度的毛细管所需的时间,与同体积的蒸馏 （恩氏粘度用 o Et 表示）