哈工大机械设计课件2.7

3）析油量－表示油从脂中的析出量（分油量）。过大过小均 不宜。过大，润滑脂会过早枯竭，润滑脂寿命太短；过小，润 滑油量不充分，润滑不良。小于5～10％。
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《机械设计》2.7节
常用润滑脂的牌号、性能和应用
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《机械设计》2.7节
3 固体润滑剂
在恶劣条件或有特殊要求的场合，润滑油和润滑脂不能应用，
三
润滑剂和添加剂（Lubrication）
润滑剂定义：润滑油，润滑脂和固体润滑材料等的总称 减轻磨损 降低摩擦 带走摩擦热 防锈 除污 减振 密封
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加润滑剂的目的
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润滑剂的选择
主要以机械的用途、重要性和使用条件 来选择。通常机械中常用润滑油和润滑 脂；特殊环境选择固体润滑剂，如真空、 高低温、清净等环境。 液体润滑剂－润滑油 半固体润滑剂－润滑脂 气体润滑剂－空气 固体润滑剂－石墨,二硫化鉬,聚四氟乙烯
工程上将混合摩擦与边界摩擦统称为非液体摩擦或不完全液体 摩擦状态。
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二 磨损（Wear）
磨损定义：运动副表面材料不断损失的现象称为磨损。
磨损率定义：单位时间内材料的磨损量（体积、重量、 厚度等）称为磨损率。
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一个零件的磨损过程大致可分为三个阶段。
（4）闪点和燃点 (5）酸值 油性－润滑剂在摩擦表面的吸附性能。 油性越好，吸附能力越强。 极压性－润滑油中的活性分子与摩擦表面形成 耐压、 减摩、抗磨化学膜的能力，称为极压性。 极压性越好，形成油膜能力越强。
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工业常用润滑油牌号及应用
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粘度和压力的关系近似表示为:
0e
P-油的压力(Pa)
ap
0 -常压下油的粘度（Pa.s）
-粘压指数（m 2/N）,与油的种类有关
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4） 工业润滑油粘度牌号
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5） 润滑油的其它特性 润滑油的特性除了粘度以外，还包含以下特性： （1）油性 （2）极压性 （3）凝点
实验表明，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。
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2 ）粘度的表示方法 （1）动力粘度η（润滑计算、理论研究多用） 定义：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。用这种方法定义的粘 度为动力粘度。
磨损的类型
根据磨损机理，把磨损分6类： 1.粘着磨损，汽缸活塞等，有润滑表面常见磨损形式。与材料 的冶金相容性有关。也称为胶合磨损。 2.磨粒磨损，挖掘机斗齿等，干摩擦状态的主要磨损形式。与 硬度及其组合有关。也称为磨损。 3.疲劳磨损，齿轮、轴承等，高副接触表面主要磨损形式。与 接触应力和循环次数有关。也称为疲劳点蚀或点蚀。
常用添加剂及其作用（8种）
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《机械设计》2.7节
• 1965年英国统计，正确应用摩擦学知识，每年可节约5.15亿英 镑 • 1974年日本统计，正确应用摩擦学知识，每年可节约27.3亿美 元 • 到2000年中国统计，正确应用摩擦学知识，每年可节约400亿 人民币。 • 可见，学习和运用摩擦学基本理论，在机械设计中具有十分重 要的意义。 • 摩擦学设计思想，把正确应用摩擦学知识进行设计的过程称为 摩擦学设计。 • 摩擦学研究情况：十分普及（高校、研究所、工厂），国家重 视（国家基金中专门设立摩擦学基金），全国摩擦学大会。 《摩擦学学报》，《润滑与密封》等杂志，国外《Wear》等。 • 摩擦磨损并非总是有害，跑合、研磨、抛光；摩擦传动、制动。
研究的目的：为了改善润滑油和润滑脂的某些性能， 延长其使用寿命，可以加入适量的添加剂。 按用途不同添加剂可分为：摩擦调节，如油性添加 剂，抗磨和极压添加剂；抗氧和防腐添加剂；清净分 散剂；防锈剂；降凝剂；增粘剂和消泡剂等。
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添加剂的加入量：一般很少，在百分之几到百万分之 几，但对润滑剂的改善效果十分巨大，可以研究出性 能优良，解决关键技术的新型润滑剂。
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（2）运动粘度ν（销售和应用常用）
定义：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
ν
单位: cm² /s,称“斯”,常用St表示,1/100为“厘斯” cSt。
换算：1m2/s=104St=106cSt
工业上，润滑油的牌号是指在40 ℃时润滑油运动粘度的平均值。
1 干摩擦
Ff fFn 摩擦力的大小：
摩擦力大小可表示为：
古典摩擦4定律 现代摩擦理论
Ff F分子 F机械 Ar Fn
干摩擦的特点： 1 无润滑剂保护膜 2 摩擦系数大、磨损较大 3 摩擦取决于固体表面性质
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2 边界摩擦
定义：两表面加入润滑油后，在金属表面会形成一层边界膜， 它可能是物理吸附膜，也可能是化学反应膜。不满足流体动压 形成条件，或虽有动压力，但压力较低，油膜较薄时，在载荷 的作用下，边界膜互相接触，这种摩擦状态称为边界摩擦。
2、润滑脂及其主要性能
润滑脂的组成：在润滑油中加入适量的稠化剂，加热 后混合均匀，冷却成为润滑脂。 润滑脂的性能指标：主要有针入度、滴点、析油量、 机械杂质、灰分、水分等。
1）针入度 －表示润滑脂的稠化度或软硬性能。低速重载场 合宜选用针入度小的润滑脂。 2）滴点－表示润滑脂的耐热性能，是一个温度的概念。滴 点高耐热性好，润滑脂的工作温度应比滴点低20oC。
内摩擦：流体运动时，由于分子间相互作用产生粘剪力，这种 存在于流体内部的摩擦称为内摩擦。
按照两表面的润滑状况分4种：
干摩擦 边界摩擦(边界润滑) 流体摩擦(流体润滑)
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混合摩擦(混合润滑)
《机械设计》2.7节 定义：不加润滑剂时，相对运动的零件表面直接接触，这样 产生的摩擦称为干摩擦。
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《机械设计》2.7节 3） 润滑油的粘温特性和粘压特性
（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
式中：m—粘温指数 知道两个温度（t,t0）对应的
( ,0 ) 其他值就可以计算了
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（2）润滑油的粘压特性
特性：两表面的距离 h0 称 为平均油膜厚度。
接触区的出口处油膜变薄, 这种现象称为“颈缩”,此 处两表面距离 hmin 称为最 小油膜厚度。 仅在高副接触状态出现！
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3）流体静压润滑
流体动压和弹性流体动压的问题：（靠运动速度足够大产生） 1 启停阶段速度低，动压力小，不能保证流体润滑，有磨损 2 工作参数变化，动压力不稳定 3 运动精度不足够高 定义：用油泵将润滑油经过节流 器, 以所需要压力注入被润滑表 面的油室,再由油室的封油边流回 油箱。 特点：可以全工况实现液体摩擦， 几乎无磨损，但是需要较复杂的 液压系统，造价高，维护费用大。
润滑剂分类
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1
液体润滑剂（润滑油）的性质
1） 润滑油的粘度概念
润滑油的粘度反映了润滑油在 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ力作用下抵抗剪切变形的能力， 是内摩擦力大小的标志。
F A
式中 A-流体剪切面积，mm2 τ-流体剪切应力，MPa 粘性流体模型
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4.冲蚀磨损，火箭发动机尾管等，具有一定速度的接触表面主 要磨损形式。与冲击强度有关。 5.腐蚀磨损，摩擦片等，与腐蚀介质接触的表面的主要磨损形 式。与材料的电化学特性有关。 6.微动磨损，摩擦副在微幅振动下，复合磨损型式。
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边界摩擦的特点： 1 摩擦磨损较小 2 取决于边界膜 3 取决于膜与边界作用
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定义：当两摩擦表面被流体（液体或气体）完全隔开时，摩擦表 面不会产生金属间的直接摩擦，流体层间的粘剪阻力就是摩擦力， 这种摩擦称为流体摩擦。 实现流体摩擦的方法:
3 流体摩擦（流体润滑）
1）流体动压润滑
流体摩擦的特点： 1 需要一定的条件！ 2 摩擦系数很小，几乎无磨损 3 摩擦仅取决于润滑剂性质， 与边界几乎无关。
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2）弹性流体动压润滑
定义：考虑了接触区弹性变形和压力对接触区润滑油粘度的影 响的动压润滑称为弹性流体动力润滑(EHL),简称为弹流润滑。
1.跑和磨损阶段
开始磨损较快，逐渐 减慢。
相当使用寿命
运动间隙增大， 引起动载荷， 温升增加
粗糙度大，实际面积小 剪应力大。磨损快 磨平、增大面积，磨损慢
2.稳定磨损阶段
磨损速度平稳缓慢
3.剧烈磨损阶段
磨损速度急剧增大
设计时：要力求缩短跑合期，延长 稳定期，推迟剧烈期
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例如：在重载摩擦副中，常使用极压添加剂，它们高温下可以 分解出活性元素，与金属表面发生化学反应，生成具有低的剪 切强度，高的承载能力的金属化合物薄膜，提高抗粘着能力。 油性添加剂也称边界润滑添加剂，是由极性很强的分子组成， 在常温下即可吸附到金属表面而形成边界膜，起润滑作用。
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《机械设计》2.7节
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4 混合摩擦
定义：当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时， 就会出现流体摩擦、边界摩擦和干摩擦同时存在的现 象，这种摩擦状态称为混合摩擦。 特点：
1 多种摩擦状态并存，主要
以边界和流体摩擦为主； 2 摩擦系数比边界摩擦低，有稍许磨损。
但有时与边界摩擦难以区分，
可以选择固体润滑剂。它们多数是粉末状，有些是薄膜状。 常用的有：石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。 特点是：剪切强度低，摩擦系数较小。 应用中，可以直接涂刷在摩擦部位，或填加到固体摩擦副材 料中，制成固体自润滑材料，经常也被加入到油或脂中作为添加 剂使用。
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4 添加剂
《机械设计》2.7节
2.7 摩擦、磨损和润滑基本知识
• 摩擦存在于有相对运动或有相对运动趋势的物体表 面或内部。摩擦是不可逆的过程。 • 摩擦的后果：1)发热，消耗能量，过热失效。 • 2)磨损，材料损失，丧失精度而失效。 • 统计结果：1/3～1/2能量消耗在摩擦上。 • 报废的零件中，80％是由于磨损造成的。 • 润滑是工程中降低摩擦和功耗，提高机械效率，减 轻磨损的最经济，最有效的，也是最常用的方法。
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一 摩擦（Friction）
摩擦的定义：在外力作用下，兩个相互接触的物体 有相对运动或相对运动趋势时，在摩擦界面产生切向 阻力，这种切向阻力称为摩擦力，这种现象称为摩擦。 摩擦的分类 按照摩擦性质分2种：外摩擦；内摩擦
外摩擦：存在于两物体表面之间的摩擦称为外摩擦。
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《机械设计》2.7节
• 摩擦的系统研究: • 起源于十七世纪，摩擦磨损和润滑机理复杂，至 今仍在探讨 • 上个世纪60年代末，形成一门新学科－摩擦学 (tribology) • 在机械设计中，正确应用摩擦学知识，产生巨大 的经济效益，但投资却不大，投资：效益≈1： （10～30） • 如果很好的控制和减小磨损，不仅可延长零件使 用寿命，还可节约大量维修费用。
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3）相对粘度(条件粘度）（生产中多用） 恩氏粘度：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 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。恩氏粘度用 o Et 表示。（时间比值）
是相对粘度的一种表示方法