哈工大机械设计课件2.7
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哈工大机械设计课程(授课老师：赵小力)赵老师的课件。第5讲
(d d 2 d d1 ) 2 4a
3. 中心距a
a 2 Ld (d d 2 d d1 ) [2 Ld (d d 2 d d1 )] 2 8(d d 2 d d1 ) 2 8
机械设计系
《机械设计》 赵小力
7.3 带传动的理论基础
二、带传动的受力分析
不工作时 带两边所受拉力 均为初拉力F0
《机械设计》 赵小力
机械设计系
基本定义
节线与节面： • V带在作纵向弯曲时，在带中保持不变的周线称为V带 的节线，由节线组成的面称为节面。 节宽： bp • 带的节面宽度称为节宽。 带的基准长度： Ld • 在规定的张紧力下，V带位于两测量带轮基准直径上的 周线长度称为带的基准长度。 带轮基准直径： d d • V带轮在轮槽基准宽度处的直径称为V带轮的基准直径。
《机械设计》 赵小力
机械设计系
弹性滑动
1）弹性滑动定义：由于带的弹性变形而引起的带与带 轮之间的相对滑动现象称为弹性滑动。 2）弹性滑动特点：弹性滑动是带传动中不可避免的现 象，是正常工作时固有的特性。
3）弹性滑动会引起下列后果： （1）从动轮的圆周速度总是落后于主动轮的圆周速度，并随载 荷变化而变化，导致此传动的传动比不准确； （2）损失一部分能量，降低了传动效率，会使带的温度升高； 并引起传动带磨损。
四、带传动的弹性滑动和打滑现象
带为弹性，受力伸长 带的紧边伸长量大于松边伸长量 当带的紧边在b点进入主动轮时，带和轮线速度相等，均为V1， 当由b到c过程中，F1减为F2，带的伸长量减少，带相对带轮向后 缩了一点，使带速逐渐落后带轮速度，而主动带轮各点速度不变 ，到c点后带速降为V2，带和带轮的速度差导致一种相对滑动。
F1-F0=F0-F2 2F0=F1+F2
哈工大机械设计课程总结资料PPT学习教案
40
课程总结
软齿面齿轮：局限性点蚀（新齿）——扩展性点蚀。 硬齿面齿轮：扩展式点蚀 开式传动：无点蚀（v磨损 > v点蚀）
齿面疲劳点蚀实例
第40页/共83页
41
课程总结
3、齿面磨损 常在开式齿轮传动中
磨损原因：齿面进入磨料
磨损后果：齿形破坏引起冲击 和振动， 齿厚变薄甚至断齿
防止磨损： 改善润滑 提高齿面硬度 改用闭式传动
kW
第33页/共83页
34
课程总结
2、带传动
第34页/共83页
1、确定设计功率
2、选择带型
3、确定带轮的基准直 径dd1和dd2 4、验算带的速度
5、确定中心距a和V带 长度Ld 6、计算小轮包角a1 7、确定V带的根数z
8、确定初拉力F0 9、计算压轴力
35
课程总结
3、基1）齿本掌轮要握求传齿：动轮传动的失效形式及其机理、失效部位，以及针
第27页/共83页
28 28
课程总结
2、带传动
平带传动，结构简单，带轮也容易制造，在传动中 心距较大的场合应用较多。
一般机械传动中应用最广的带传动是Ｖ带传动，在 同样的张紧力下Ｖ带较平带传动能产生更大的摩擦 力。 多楔带传动兼有平带和Ｖ带传动优点，柔韧性好、摩 擦力大，主要用于传递大功率而结构要求紧凑场合。
第4页/共83页
5
课程总结
1、螺纹连接
大径d--即螺纹的公称直径
小径d1--常用于连接的强度计算 中径d2--常用于连接的几何计算 螺距P--螺纹相邻两个牙型上对应点间的
轴向距离
线数n--螺纹的螺旋线数目
导程S--螺纹上任一点沿同一条螺旋线转
一周所移动的轴向距离，S=nP
课程总结
软齿面齿轮：局限性点蚀（新齿）——扩展性点蚀。 硬齿面齿轮：扩展式点蚀 开式传动：无点蚀（v磨损 > v点蚀）
齿面疲劳点蚀实例
第40页/共83页
41
课程总结
3、齿面磨损 常在开式齿轮传动中
磨损原因：齿面进入磨料
磨损后果：齿形破坏引起冲击 和振动， 齿厚变薄甚至断齿
防止磨损： 改善润滑 提高齿面硬度 改用闭式传动
kW
第33页/共83页
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课程总结
2、带传动
第34页/共83页
1、确定设计功率
2、选择带型
3、确定带轮的基准直 径dd1和dd2 4、验算带的速度
5、确定中心距a和V带 长度Ld 6、计算小轮包角a1 7、确定V带的根数z
8、确定初拉力F0 9、计算压轴力
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课程总结
3、基1）齿本掌轮要握求传齿：动轮传动的失效形式及其机理、失效部位，以及针
第27页/共83页
28 28
课程总结
2、带传动
平带传动，结构简单，带轮也容易制造，在传动中 心距较大的场合应用较多。
一般机械传动中应用最广的带传动是Ｖ带传动，在 同样的张紧力下Ｖ带较平带传动能产生更大的摩擦 力。 多楔带传动兼有平带和Ｖ带传动优点，柔韧性好、摩 擦力大，主要用于传递大功率而结构要求紧凑场合。
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5
课程总结
1、螺纹连接
大径d--即螺纹的公称直径
小径d1--常用于连接的强度计算 中径d2--常用于连接的几何计算 螺距P--螺纹相邻两个牙型上对应点间的
轴向距离
线数n--螺纹的螺旋线数目
导程S--螺纹上任一点沿同一条螺旋线转
一周所移动的轴向距离，S=nP
哈工大王黎钦机械设计课件-第1次课_第一章 绪论、第二章 机械及机械零件的设计基础-刘星斯维提整理
教学过程的安排
1) 学习环节分配 大课46学时；习题课2学时；实验课12学时； 大作业5个(计算说明书和图) 2) 成绩分布 大作业25分；实验15分； 期末考试60分 3) 注意事项 及时交大作业（布置后1周内） 缺任何一个教学环节不能参加期末考试 按照学习指南,提前两周预约实验 4) 每周一次答疑，一单元时间，时间待定
2、零件的工况条件和环境条件
3、零件的尺寸和质量
4、零件的结构和可加工性
5、零件的工艺性
6、材料经济性
7、材料供应状况
《机械设计》王黎钦教授 2005年9月
2.4 机械零部件设计的基本步骤
根据总体设计的要求， 选择零件的类型 根据机器的工作情况， 确定作用在零件上的载 荷，进行受力分析 根据失效分析,确定零 件的设计计算准则，并 进行理论设计计算 根据零件的工作条件及受力 情况，选择材料及热处理方 式，并确定其许用应力 根据计算结果，同时考虑零 件的加工和装配工艺等要求， 对零件进行结构设计 按国家标准绘制零件工作图。 并标注必要的尺寸、公差、 表面粗糙度及技术条件等
操作和控制系统
《机械设计》王黎钦教授 2005年9月
传动变速装置1 原动机 传动变速装置2 传动变速装置3
执行机构1 执行机构2 执行机构3
传动变速装置1 原动机 公共传动变速装置 传动变速装置2
执行机构1
执行机构2
原动机1 协调 控制 系统 原动机2 原动机3
传动变速装置1 传动变速装置2 传动变速装置3
《机械设计》王黎钦教授 2005年9月
1.2 课程的性质、地位和任务 课程性质：
技术基础课
实践性课程
课程地位：
主干课程 承前启后，为专业设计打基础
哈工大机械原理课件
I
5
IV
2
II
4
V
1
III
3
移 动 副
V
1
IV
2
螺 旋 副
V
1
２、根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类 运动副元素以点或线接触的运动副称为高副 。
球面高副
柱面高副
运动副元素以面接触的运动副称为低副 。
球面低副
移动副
转动副
３、根据组成运动副的两个构件的相对运动形式分类
空间运动副
球销副
螺旋副
只是为了表明机构的运动状态或各构件的 相互关系，也可以不按比例来绘制运动简图， 通常把这样的简图称为机构示意图。
常用机构构件、运动副代表符号
绘制机构运动简图的步骤
1. 在绘制机构运动简图时，首先确定机构的原动件 和执行件，两者之间为传动部份，由此确定出组成机 构的所有构件，然后确定构件间运动副的类型。 2. 为将机构运动简图表示清楚，恰当地选择投影面。一 般选择与多数构件的运动平面相平行的面为投影面，必要 时也可以就机械的不同部分选择两个或两个以上的投影面 ，然后展开到同一平面上。总之，绘制机构运动简图要以 正确、简单、清晰为原则。 3. 选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动 副之间的相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并 将同一构件上的运动副符号用简单线条连接起来，这样便可 绘制出机构的运动简图。
30米/分
500
二、创新
◆自然科学领域的最高成就是发现
◆应用技术领域的最高成就是发明
发明：
◆基础理论知识
◆应用技术知识 ◆实践经验
◆强烈的创新意识 ◆勤奋的工作
两用折叠椅
外环
双曲面滚柱加载器
哈工大机械系统设计第四章传动系统设计课件
件上。
3. 通速常较， 高制 、动 变器 速安 范装 围在 较123 转 小操杠制纵杆动杆带
的轴上。
4 制动轮
5 调节螺钉
37
（四）安全保护装置
目的：4与1啮合 方法：首先使4与1的转速相同， 即先同步，后啮合
32
(二)起停换向装置
方便省力 基本要求 结 操构 作简 安单 全可靠
能传递足够的动力
作用：
用来控制执行件的起动、 停止及改变运动方向
不需换向且起停不频繁
机 械 系 统 工 况 需 换 向 但 不 频 繁
换 向 起 动 都 很 频 繁
从而实现无级变速。 传动比： i12 = r1 R2 / R1 r2
利用接触点线 I R1 菱锥 r1 速度相等计算 菱锥 r2 II R2
4) 宽V带无级变速器
宽V带
组成： 固定锥轮 活动锥轮 宽V带
II
r1
IIII
r2
固定锥轮 活动锥轮
工作原理： 同步调整活动锥轮的轴向位置，可改变锥轮的传 动半径r1和r2 ，从而实现无级变速。 传动比： i12 = r2 / r1
34
(2) 齿轮换向机构
运动从轴Ⅰ传入，轴Ⅲ传出。当轴Ⅲ上的滑移齿轮向右移动时， 运动由轴Ⅰ经齿轮1(Z30)的右半部和齿轮2(Z56)传出,带动轴Ⅲ转动。 当滑移齿轮在图示位置时，运动由轴Ⅰ经齿轮1(Z30)的左半部及其常 啮合的惰轮3(Z30)传动轴Ⅲ上的齿轮2(Z56)从而带动轴Ⅲ转动，经过 一惰轮3，使轴Ⅲ反向运转。由于齿轮1与惰轮3的齿数相等，故输出的 转速正反向相等。
25
4.1.2 传动系统的组成
(一)变速装置
交换齿轮，滑移齿轮，离合器，前三种的组合，啮合器
哈工大机械原理课件
哈工大机械原理课件
contents
目录
• 绪论 • 机构的结构分析 • 平面连杆机构 • 凸轮机构 • 齿轮机构 • 轮系 • 机械的平衡与调速
01
绪论
机械原理的研究对象
01 研究各种机械系统的运动规律和力的传递 关系。
02
研究各种机械系统中的机构、机器和机器 装置的设计、分析和综合方法。
03
常用的从动件运动规律有等速 运动规律、等加速等减速运动 规律、余弦加速度运动规律和 正弦加速度运动规律等。这些 运动规律各有特点，适用于不 同的工作场合和需求。
在设计从动件的运动规律时， 应考虑机构的传动性能、从动 件的受力情况、机构的动态响 应等因素，以确保机构在工作 过程中具有良好的稳定性和可 靠性。
平面机构的自由度计算
自由度是描述机构运动灵活性的参数，计算自由度可以判断机构是否具有确定的 运动状态。
平面机构的自由度计算公式为：F=3n-(2PL+Ph)，其中n为活动构件数，PL为低 副数，Ph为高副数。
03
平面连杆机构
平面连杆机构的特点和基本类型
01
02
03
总结词
了解平面连杆机构的特点 和基本类型是掌握其工作 原理和应用的基础。
节气门调速
通过调节节气门的开度来控制进入发动机的空气 量，从而改变发动机的转速和功率。
离合器调速
通过控制离合器的接合与分离，实现发动机与传 动系统的结合与脱开，达到调速的目的。
变速器调速
通过改变变速器的传动比来改变输出轴的转速和 功率，实现调速。
机械的效率与节能
提高机械效率
通过优化设计、改善制造 工艺和加强维护保养，提 高机械系统的效率，减少 能量损失。
02
contents
目录
• 绪论 • 机构的结构分析 • 平面连杆机构 • 凸轮机构 • 齿轮机构 • 轮系 • 机械的平衡与调速
01
绪论
机械原理的研究对象
01 研究各种机械系统的运动规律和力的传递 关系。
02
研究各种机械系统中的机构、机器和机器 装置的设计、分析和综合方法。
03
常用的从动件运动规律有等速 运动规律、等加速等减速运动 规律、余弦加速度运动规律和 正弦加速度运动规律等。这些 运动规律各有特点，适用于不 同的工作场合和需求。
在设计从动件的运动规律时， 应考虑机构的传动性能、从动 件的受力情况、机构的动态响 应等因素，以确保机构在工作 过程中具有良好的稳定性和可 靠性。
平面机构的自由度计算
自由度是描述机构运动灵活性的参数，计算自由度可以判断机构是否具有确定的 运动状态。
平面机构的自由度计算公式为：F=3n-(2PL+Ph)，其中n为活动构件数，PL为低 副数，Ph为高副数。
03
平面连杆机构
平面连杆机构的特点和基本类型
01
02
03
总结词
了解平面连杆机构的特点 和基本类型是掌握其工作 原理和应用的基础。
节气门调速
通过调节节气门的开度来控制进入发动机的空气 量，从而改变发动机的转速和功率。
离合器调速
通过控制离合器的接合与分离，实现发动机与传 动系统的结合与脱开，达到调速的目的。
变速器调速
通过改变变速器的传动比来改变输出轴的转速和 功率，实现调速。
机械的效率与节能
提高机械效率
通过优化设计、改善制造 工艺和加强维护保养，提 高机械系统的效率，减少 能量损失。
02
哈工大机械精度设计互换性与测量技术课件
VS
详细描述
轴承精度设计需要考虑轴承的制造工艺、 材料、热处理等因素对轴承精度的影响。 在设计中，需要确定轴承的精度等级、旋 转精度、跳动量等参数，以确保轴承的旋 转平稳、噪音小、寿命长。
案例三：机床精度的检测与调整
总结词
机床精度检测与调整是保证机械加工 精度的关键环节，需要定期对机床进 行精度检测和调整。
可靠性原则
机械精度设计应保证机器或部件在 工作过程中具有足够的可靠性和耐 久性，防止因精度不足而引起的故 障和损坏。
机械精度设计的应用范围
汽车制造业
汽车零部件的尺寸、形状、相 互位置等参数需要进行精度设 计和控制，以确保整车的性能
和安全性。
航空航天业
航空航天器的零部件需要进行 高精度的设计和制造，以确保 飞行器的安全性和可靠性。
详细描述
机床精度检测与调整包括几何精度检 测、运动精度检测和切削精度检测等 方面。通过定期检测和调整，可以及 时发现和解决机床的精度问题，提高 机械加工的精度和质量。
05
互换性与测量技术实践
实验一：零件尺寸的测量与检验
01
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ总结词
掌握零件尺寸的测量与检验方法
02 03
详细描述
通过实验一，学生将学习如何使用各种测量工具对零件的长度、直径、 孔径等尺寸进行测量，并掌握如何根据测量结果判断零件是否符合设计 要求。
多学科交叉融合
随着科学技术的不断发展，测量技术与其他学科的交叉融合已经成为一种趋势，例如与物 理学、化学、生物学等学科的交叉融合，将为测量技术的发展带来新的机遇和挑战。
04
机械精度设计案例分析
案例一：齿轮精度的设计
总结词
齿轮精度设计是机械系统中的重要环节，需要考虑齿轮的制造误差、装配误差和使用过 程中的误差。
哈工大 机械系统设计 第二章 机械系统总体设计.ppt
7
创新设计方法的应用（补充内容） 创新设计方法的应用（补充内容）
1．智力激励法(集思广益法)-2种 智力激励法(集思广益法) (1)智暴法 (1)智暴法 指抓住瞬时的灵敏意识流而得到一些新想法时 的一种方法。甚至有些想法近乎胡思乱想，五花八门，不着边际， 的一种方法。甚至有些想法近乎胡思乱想，五花八门，不着边际， 胡思乱想 但它们都具有打破常规、突破“框框”的独创性特点。 但它们都具有打破常规、突破“框框”的独创性特点。 设计人员只要抓住这瞬时的“灵感” 设计人员只要抓住这瞬时的“灵感”和“顿悟”等一闪念， 顿悟”等一闪念， 就有可能得出解决问题的启示。 就有可能得出解决问题的启示。 (2)集智会法 个人虽具有独创性， (2)集智会法 个人虽具有独创性，但毕竞要受到知识和经验 的局限，因此有一种集数人(5—6 一起的集智会法。 的局限，因此有一种集数人(5 6个)一起的集智会法。这种方法 (5 可集中许多人的创造力，起到多人相互启发的作用。 可集中许多人的创造力，起到多人相互启发的作用。如为了避免 各人之间可能出现的相互妨碍和产生无形压力， 各人之间可能出现的相互妨碍和产生无形压力，更便于每个人充 分发表意见，也可采用书面集智的形式，如“专家预测法”等。 分发表意见，也可采用书面集智的形式， 专家预测法”
10
创新设计方法的应用（补充内容） 创新设计方法的应用（补充内容）
3．联想类推法 该法是通过启发、类比、联想、 该法是通过启发、类比、联想、综合等创造出新的想法来 解决问题。 解决问题。主要有以下几种方法 (1)相似联想法 通过相似联想进行推理，寻找创造性解法。 (1)相似联想法 通过相似联想进行推理，寻找创造性解法。 (2)抽象类比法 (2)抽象类比法 用抽象反映问题实际的类比方法来扩大思路寻 求新解法。例如，要发明一种开罐头的新方法， 求新解法。例如，要发明一种开罐头的新方法，可先抽象出开的 概念，列出现有的各种“ 的方法，如打开、撕开、拧开、 概念，列出现有的各种“开”的方法，如打开、撕开、拧开、拉 开等。然后从中寻找对开耀头有启示的新方法来。 开等。然后从中寻找对开耀头有启示的新方法来。 (3)仿生法 通过对生物的某些特性进行分析和类比， (3)仿生法 通过对生物的某些特性进行分析和类比，启发出新 的想法和创造性方案的一种方法。 的想法和创造性方案的一种方法。它是现代发展新技术的重要途 径之一。例如， 径之一。例如，飞机构件中的蜂窝结构就是仿生法在技术设计中 的应用实例。 的应用实例。
创新设计方法的应用（补充内容） 创新设计方法的应用（补充内容）
1．智力激励法(集思广益法)-2种 智力激励法(集思广益法) (1)智暴法 (1)智暴法 指抓住瞬时的灵敏意识流而得到一些新想法时 的一种方法。甚至有些想法近乎胡思乱想，五花八门，不着边际， 的一种方法。甚至有些想法近乎胡思乱想，五花八门，不着边际， 胡思乱想 但它们都具有打破常规、突破“框框”的独创性特点。 但它们都具有打破常规、突破“框框”的独创性特点。 设计人员只要抓住这瞬时的“灵感” 设计人员只要抓住这瞬时的“灵感”和“顿悟”等一闪念， 顿悟”等一闪念， 就有可能得出解决问题的启示。 就有可能得出解决问题的启示。 (2)集智会法 个人虽具有独创性， (2)集智会法 个人虽具有独创性，但毕竞要受到知识和经验 的局限，因此有一种集数人(5—6 一起的集智会法。 的局限，因此有一种集数人(5 6个)一起的集智会法。这种方法 (5 可集中许多人的创造力，起到多人相互启发的作用。 可集中许多人的创造力，起到多人相互启发的作用。如为了避免 各人之间可能出现的相互妨碍和产生无形压力， 各人之间可能出现的相互妨碍和产生无形压力，更便于每个人充 分发表意见，也可采用书面集智的形式，如“专家预测法”等。 分发表意见，也可采用书面集智的形式， 专家预测法”
10
创新设计方法的应用（补充内容） 创新设计方法的应用（补充内容）
3．联想类推法 该法是通过启发、类比、联想、 该法是通过启发、类比、联想、综合等创造出新的想法来 解决问题。 解决问题。主要有以下几种方法 (1)相似联想法 通过相似联想进行推理，寻找创造性解法。 (1)相似联想法 通过相似联想进行推理，寻找创造性解法。 (2)抽象类比法 (2)抽象类比法 用抽象反映问题实际的类比方法来扩大思路寻 求新解法。例如，要发明一种开罐头的新方法， 求新解法。例如，要发明一种开罐头的新方法，可先抽象出开的 概念，列出现有的各种“ 的方法，如打开、撕开、拧开、 概念，列出现有的各种“开”的方法，如打开、撕开、拧开、拉 开等。然后从中寻找对开耀头有启示的新方法来。 开等。然后从中寻找对开耀头有启示的新方法来。 (3)仿生法 通过对生物的某些特性进行分析和类比， (3)仿生法 通过对生物的某些特性进行分析和类比，启发出新 的想法和创造性方案的一种方法。 的想法和创造性方案的一种方法。它是现代发展新技术的重要途 径之一。例如， 径之一。例如，飞机构件中的蜂窝结构就是仿生法在技术设计中 的应用实例。 的应用实例。
哈尔滨工程大学机械设计课件齿轮传动
与各类传动相比，齿轮传动工作可靠，寿命长；
传动比稳定 无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得广泛应用的 原因之一； 与带传动、链传动相比，齿轮的制造及安装精度要求高，价格较贵。
2、齿轮传动的主要类型
平行轴齿轮传动 相交轴齿轮传动 交错轴
直齿圆柱齿轮传动 按类 型分 按工作 条件分 斜齿圆柱齿轮传及人字齿轮传动
§7-3 齿轮的材料及热处理
1、对齿轮材料性能的要求 1）齿面要硬, 齿芯要韧 2）易于加工及热处理 3）软齿面齿轮齿面配对硬度差为30~50HBS 2、常用齿轮材料 钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理可改善材 料的机械性能，最适于用来制造齿轮。
锻钢 铸钢 铸铁
含碳量为(0.15~0.6)%的碳素钢或合金钢。 一般齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。 耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。 常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料；
Fr Ft
→对Ｆn进行分解： 一. Ｆn 的分解： 圆周力Ｆt ： 沿分度圆切线方向指向齿面 径向力Ｆr ： 沿半径方向指向齿面
Fn
二. 作用力的大小：
Ft＝2T1/ｄ1
Fr＝Ft· α ｔg
Fn ＝ Ft / cosα
Ｔ1:小齿轮转矩Ｎ· mm, ｄ1:小齿轮分度圆直径mm,
α:压力角
Fr Ft
1)齿面疲劳点蚀
σH反复→裂纹→扩展→麻点状脱落
闭式软齿面齿轮传动的主 要破坏形式。开式传动中 一般不会出现点蚀现象。 发生部位：一般出现在齿根表面靠 近节线处。
（载荷大；速度低难形成油膜)
齿面点蚀
采取措施: 提高材料硬度增强抗点蚀能力 合理选择润滑油防止裂纹扩展
2) 齿面胶合
润滑失效→表面粘连 →沿运动方向撕裂
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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。
机电工程学院 张锋
《机械设计》2.7节
4 添加剂
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
机电工程学院 张锋
《机械设计》2.7节
《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。
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。
机电工程学院 张锋
《机械设计》2.7节
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。
机电工程学院 张锋
《机械设计》2.7节
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。
机电工程学院 张锋
《机械设计》2.7节
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。
机电工程学院 张锋
《机械设计》2.7节
工业常用润滑油牌号及应用
机电工程学院 张锋
《机械设计》2.7节
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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《机械设计》2.7节
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。
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。
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《机械设计》2.7节
（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。
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
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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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《机械设计》2.7节
（2）润滑油的粘压特性
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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《机械设计》2.7节
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。
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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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，
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。
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《机械设计》2.7节
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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《机械设计》2.7节
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《机械设计》2.7节
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
常用添加剂及其作用（8种）
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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。
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。
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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《机械设计》2.7节
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。
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。
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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《机械设计》2.7节
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）
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
《机械设计》2.7节
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
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4 添加剂
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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《机械设计》2.7节
《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。
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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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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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。
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。
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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。
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
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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
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。
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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常用润滑脂的牌号、性能和应用
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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，
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。
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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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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
常用添加剂及其作用（8种）
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• 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。
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。
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。
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。
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）
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