江苏大学机械原理及设计第四章摩擦磨损及润滑

●润滑油的牌号：
旧标准：GB443—64规定，以50 oC或100 oC的运动粘度 的中心值划分等级，确定牌号。
新标准：GB3141—82规定，以40 oC的运动粘度中心值 分级
例：32号润滑油的含义如何？
答 : 4 c 0 3m 2 2s m 3 1 2 6 m 0 2s
Ⅲ．条件粘度(恩氏度oEt)
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：ｆ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
2．弹性流体动力润滑—针对高副运动表面
收敛油楔
v1 v2
★★必须考虑以下两个方面：
①弹性体的弹性变形 ②高压下油的粘度变化
★★油膜形状特点：
①高压接触区，膜厚相同为ho ②油膜出口处有缩颈，产生hmin（压力有突变）
★★油压分布特点：
①高压接触区，压力分布同赫兹应力 ②缩颈处产生很大的压力高峰
3. 润滑状态图
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。
B
ssy
s 由 Ar Fn sy
知
ssy 不变当Fn 增加Ar增加
f
Ff Fn
s t
B sy
说明
式中：
A r — 真实接触面积
s sy — 较软材料压缩屈服极限 t B — 较软材料的剪切强度极 限
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
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： ① 流体不可压缩 ② 流体沿χ向作层流运动
分析 1·a图：
进口流量 出口流量
t
t
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。
★★★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。
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。
2．表面疲劳磨损
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
σ’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
Fn
v
Fn 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
爬 行 曲 线 问题：爬行现象是怎样产生的？
U
0u
E
W
w
E
G E
H

h min

H fW ,U ,G
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(G·U)2/3 ，刚性等粘度，中载
道森方程：
H=2.56G0.54U0.7W-0.13， 弹性变粘度，重载
赫里布勒方程：
H=3.01U0.6W-0.2，弹性等粘度，低速重载
(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p≥20Mpa时，随压力增加而增大
压粘效应
p ep
式中：
α—粘度系数，pa-1； p —压强， pa ； ηo —大气压下油的粘度， pa ·s； e —自然对数的底，e=2.718； ηp—压力p下的粘度， pa ·s；
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α ＝20，工作齿宽B=450mm。小齿 轮 ： 齿 数 Z1=24, 转 数 n1 =590r/min, 材 料 40Cr(HB270) ；大齿轮：齿数Z2=76,材料为ZG340640(HB250),从动轴输出转矩T2=16000Nm。齿面粗 糙度为Rg=2.4m;润滑油为28号轧钢机油，粘度－ 压力指数α ＝2.5×10-8 m2/N，常压下动力粘度0 ＝7.4×10-2 Ns/m2。
控制摩擦、磨损不利方面的有效手段
摩擦学 研究相互接触表面之间摩擦，磨损，润滑机
理的一门学科
§4－1 摩 擦
摩 静摩擦 擦
干摩擦
分
边界摩擦（边界润滑）
类
滑动摩擦 混合摩擦（混合润滑）
动摩擦
流体摩擦（流体润滑）
滚动摩擦（弹性流体动力润滑）
一．干摩擦（最差状态）
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。
4．膜厚比和润滑状态

hm in
R2 q1

R2 q2
式中 λ— 膜厚比 Rq— 接触表面轮廓的均方根偏差
Rq≈(1.20~1.25)Ra
一般认为 λ≤1 边界润滑状态 1<λ <3 混合润滑状态 λ>3 流体润滑状态
分析讨论
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．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
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 磨损 润滑
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 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)
原因：sＨ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[σ]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。
3．磨粒磨损
原因：灰尘、杂质等硬颗粒
现象：较软表面的沟纹
措施：提高表面质量与硬度；提高润滑油的
清洁度
4．其它类型：◎腐蚀磨损；◎微动磨损；
小结
◎流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损。
的τB/σSy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。
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？
B·修正粘附理论：
τ=0→τB
A ri+Δ A ri
在Fn产生的σy和Ff产生的τ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
f
Ff Fn

s'sy
tBj(界面剪切强度)极限
(基体材料的压缩屈 限)服极
说明 式中：τBj为界面的剪切强度极限
2·b图：
进口流量 >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。
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。
机 械 原理及设计 （Ⅱ）
第四章 摩擦、磨损及润滑
вторник, 4 июня 2019 г.
第四章 摩擦、磨损及润滑
§4－1 摩 擦 §4－２ 磨 损 §4－３ 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。