机械设计基础第二章摩擦、磨损及润滑

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粘着磨损按程度不同可分为五级:轻微磨损、涂抹、擦伤、 撕脱、咬死。
合理地选择配对材料(如选择异种金属),采用表面处理(如 表面热处理、喷镀、化学处理等),限制摩擦表面的温度,控制 压强及采用含有油性极压添加剂的润滑剂等,都可减轻粘着磨 损。
2、磨粒磨损
由于摩擦表面上的硬质突出物或从外部进入摩擦表面 的硬质颗粒,对摩擦表面起到切削或刮擦作用,从而引起 表层材料脱落的现象,称为磨粒磨损。这种磨损是最常见 的一种磨损形式,应设法减轻这种磨损。
合理地选择材料及材料的硬度(硬度高则抗疲劳磨 损能力强),选择粘度高的润滑油,加入极压添加剂或 MoS2及减小摩擦面的粗糙度值等,可以提高抗疲劳磨 损的能力。
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4、腐蚀磨损
在摩擦过程中,摩擦面与周围介质发生化学或电化学反应而 产生物质损失的现象,称为腐蚀磨损。腐蚀磨损可分为氧化 磨损、特殊介质腐蚀磨损、气蚀磨损等。腐蚀也可以在没有 摩擦的条件下形成,这种情况常发生于钢铁类零件,如化工 管道、泵类零件、柴油机缸套等。
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磨损量 (mg)
160
等离子喷涂WC-
12Co 140
120
100
80
60
40
20
0 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480
循环次数(分钟)
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§2—3 润滑
一、润滑剂及主要性能
1、润滑油 有机油、矿物油、合成油
h0 hmin
2、弹性流体动力润滑 v1 v2
p 弹性流体动力
润滑油压分布
赫兹压力分布
v1
x O
v2 缩颈
节流间隙 (油膜厚度 )
3、流体静力润滑
油腔 节流器 (补偿元件)
油泵 油箱
四、润滑方法和润滑装置
油润滑的方法多种多样,其分类标准大概有两种:集中润滑 或分散润滑。
分散润滑比集中润滑简便。集中润滑需要一个多出口的润滑 装置供油,而分散润滑中各摩擦剔的润滑装置则是各自独立的。
→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
当摩擦副受到较大正压力作用时,由于表面不平,其顶峰 接触点受到高压力作用而产生弹、塑性变形,附在摩擦表面的 吸附膜破裂、温升后使金属的顶峰塑性面牢固地粘着并熔焊 在—起,形成冷焊结点。在两摩擦表面相对滑动时,材料便从 一个表面转移到另一个表面,成为表面凸起,促使摩擦表面进 一步磨损。这种由于粘着作用引起的磨损,称为粘着磨损。
性能指标:
1)粘度
ຫໍສະໝຸດ Baidu
2)油性
4)闪点和燃点 5)极压性能
3)凝点 6)氧化稳定性
2、润滑脂 钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑脂
性能指标:
1)针入度
2)滴点
3)安定性
3、固体润滑剂 石墨、二硫化钼、氮化硼 、蜡、 聚氟乙烯、 酚醛树脂
4、润滑剂的添加
二、粘性定律与润滑油的粘度
1、粘性定律
u
y
牛顿粘性定律 η——流体的动力粘度
化学吸附膜 中等载荷、速度和温度
(a)
化学反应膜 重载、高速和高温
三、混合摩擦(润滑)
膜厚比
hlim /R (a1R a2)
(b)
λ越大,油膜承载比例大,,f越小
四、流体摩擦(润滑) 膜厚比λ >5 全液体摩擦
§2—2 磨损
一、典型的磨损过程 1、跑合磨损过程
磨合磨 损阶段
I
稳定磨损阶段
II
剧烈磨损阶段
u=v
A
F=1N
O
x
v=1m/s
1m
u
y
u=0
B
1m 1m
2、粘度常用单位 (1)动力粘度η 单位:N·s/m2
F=1N
v=1m/s
1m
1m
1m
(2)运动粘度v
v(Pa s)/ (k/g m 3)
物理单位:cm2/s,—1St(斯) (3)条件粘度(相对粘度)—恩氏粘度
3、影响润滑油粘度的主要因素
为减轻磨粒磨损,除注意满足润滑条件外,还应合理 地选择摩擦副的材料、降低表面粗糙度值以及加装防护密 封装置等。
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3、表面疲劳磨损
两摩擦表面为点或线接触时、由于局部的弹性变 形形成了小的接触区。这些小的接触区形成的摩擦副 如果受变化接触应力的作用,则在其反复作用下,表 层将产生裂纹。随着裂纹的扩展与相互连接,表层金 属脱落,形成许多月牙形的浅坑,这种现象称为疲劳 磨损,也称点蚀。
第二章 摩擦、磨损及润滑
§2—1 摩擦与磨损
各类机器在工作时,其各零件相对运动的接触部分都存在着 摩擦,摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象。摩擦不仅消 耗能量,而且使零件发生磨损,甚至导致零件失效。据统计,世 界上l/3~1/2的能源消耗在摩擦上,而各种机械零件因磨损失 效的也占全部失效零件的一个以上。磨损是摩擦的结果,润滑则 是减少摩擦和磨损的有力措施,这三者是相互联系不可分割的。
弹性变形 塑性变形
边界膜
液体
液体摩擦
弹性变形 塑性变形
边界膜
液体
混合摩擦
弹性变形 塑性变形
边界膜
液体
一、干摩擦 摩擦理论: 库仑公式
Ff f Fn
新理论:分子—机械理论、能量理论、粘着理论
简单粘着理论:
Ff
ArB
Fn
sy
B
b
Fn a
Ari
f Ff B Fn sy
二、边界摩擦(边界润滑) 物理吸附膜如图 常温、轻载、低速
密封件的分类见表2.3 二、常用密封装置
1.回转运动密封装置 O型密封圈:运动速度v<2-5m/s
(1)密封圈密封装置 J型、U型密封圈:用于较高转速
毡圈密封圈:用于低速脂润滑处
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(2)端面密封装置:常用在高温、高压、高速或腐蚀介质工作 条件下的回转轴
(3)曲路密封装置:适用于环境差、转速高的轴
(1)温度 润滑油的粘度随着温度的升高而降低
粘度指数VI
(2)压力
p 0ep
P>10MP时,随P↑→ηP↑
三、流体润滑简介 1 流体动力润滑 液体动力润滑 、气体动力润滑
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
F v
F v
F v
雷诺方程
R2 R1
一、摩擦及其分类 根据摩擦副表面间的润滑状态将摩擦状态分为四种: 1. 干摩擦:两物体滑动表面 无任何润滑剂或保护膜 2. 液体摩擦:油膜保护(1.5-2微米) 3. 边界摩擦:油膜厚度小于1.5微米,介于1和2之间 4. 混合摩擦:1、2、3混合
干摩擦—最不利
弹性变形 塑性变形
边界膜
液体
边界摩擦—最低要求
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2. 移动运动密封装置:机器中相对移动的零件间的密封称为移 动密封,多采用密封圈密封
(1)O型密封圈
(2)V型密封圈
(3)Y型和U型密封圈
(4)L型密封圈
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三、密封装置的选择
1.静密封较为简单,可根据压力、温度选择不同材料的垫片、 密封胶等
2.回转运动密封装置较多,要根据工作速度、压力大小、温度高低 选择。使用较普遍的是O型、J型密封圈,低速时毡圈应用较广。
1.油润滑装置
(1)手工给油润滑装置 (2)滴油润滑装置 (3)油浴润滑装置 (4)飞溅润滑装置
2.脂润滑装置 (1)手工润滑装置 (2)滴下润滑装置 (3)集中润滑装置
3.固体润滑装置
4.气体润滑装置
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§2—4 密封
一、密封装置的分类
(1)静密封 :密封后密封件之间固定不动 (2)动密封:如旋转轴和轴承盖的密封
III
磨损量 q q
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
t
度不会继续改变,所占时
间比率较小
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
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