摩擦磨损及润滑

s sy 不变
f

Ff F n

tB s sy
Ar 增加
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 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。
润滑脂的主要性能指标： （1）针入度——表示润滑脂稀周度的指标，是 润滑脂的一项主要指标，润滑脂牌号即为其针入 度的等级，牌号越小，针入度等级越高。 （2）滴点——反映润滑脂的耐高温性能，润滑 脂的工作温度应低于滴点20~30℃。 （3）安全性——反映润滑脂在贮存和使用过程 中维持润滑性能的能力，包括抗水性，抗氧化性 和机械安定性。
小结
§4-３
一．概述
A．润滑的作用：
1．降低摩擦、磨损 2．防锈 3．冷却 4．缓冲吸振 5．密封
润
滑
B．润滑剂的种类：主要有四大类
1．液体润滑剂：各种润滑油（植物油、 动物油、矿物油、合成油） 2．半固体润滑剂：各种润滑脂 3．固体润滑剂：石墨、二硫化钼 4．气体润滑剂：各种气体（空气、CO2）
2．表面疲劳磨损
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； ◎流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损。 磨损的类型随工作条件的改变而转化，实际 上大多数的磨损是上述磨损型式的复合型式。如 微动磨损就是典型的复合磨损，粘附磨损与疲劳 磨损而产生的颗粒会引起磨粒磨损。
1N s m
2
Ⅱ．运动粘度ν：
( pa s ) (kg cm3 )
2 6
m2 s
4
●物理单位：st(斯)
cst(厘斯) 1m s 10 cst 10 st
●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？
C．润滑剂的主要指标 1．润滑油的粘度是指润滑油流动时其油层内摩擦阻力的大小的一个主要指标。 (1)分类∶主要分为三类 Ⅰ．动力粘度η
动力粘度η：牛顿的粘性定律
F t
t A F A y
式中：τ—— 油层之间的剪应力 v —— 油层沿y方向的速度梯度 y v—— 油层速度 “-”—— 表示v随y增大而减小 η—— 动力粘度 国际单位： pa· s(帕· 秒 )， 1 pa 物理单位：p(泊)，cp(厘泊)， 1 pa· s =10p=1000cp
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 t
出口流量 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。
2· b图：
进口流量 t
出口流量 > t
两形成收敛的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。
式中：τBj为界面的剪切强度极限 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
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；
粘度指数VI——衡量润滑油受温度 变化时对粘度影响程度的参数VI越大， 粘度随温度的变化越小，油的粘温特 性越好。 VI≤35 35<VI≤85 85<VI≤110 VI>110
D．添加剂（极压、油性、分散、消泡、降凝剂）等
E．润滑剂
F．润滑方法：P56～57
二．流体润滑简介
流体静压润滑：原理、计算简单
分类
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
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。
★★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
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。（P46）
2.边界摩擦中按边界膜形成机理，边界膜分______ 、______和_____ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ_。（P49） 3.一个零件的摩擦过程大致可分为三个阶段,即 _______、_______及_______。在设计或使用机 器时，应该力求________，延长______，推迟 _______的结束。（P50）

式中
hmin R
2 q1
R
2 q2
λ— 膜厚比 Rq— 接触表面轮廓的均方根偏差 Rq≈(1.20~1.25)Ra Ra------算术平均偏差
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
hmin----两滑动粗糙表面之间的最小公称油膜厚度，单位为μm；
§4－1
机械设计
第四章 摩擦、磨损及润滑
2018年9月3日
第四章 摩擦、磨损及润滑
§ 4－ 1
摩
擦 损 滑
§4－２ 磨 §4－３ 润
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。 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）
爬 行 曲 线
问题：爬行现象是怎样产生的？
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 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℃）
摩擦
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
磨损
润滑 摩擦学
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)
控制摩擦、磨损不利方面的有效手段
研究相互接触表面之间摩擦，磨损，润滑机 理的一门学科
膜厚比和润滑状态
答 : 40 c 32mm2 s 32106 m2 s
Ⅲ．条件粘度(恩氏度oEt)
(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 压粘效应
p
◎压力的影响： 当p≥20Mpa时，随压力增加而增大
p
式中：
e
★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 特点：ｆ很小，一般f=0.001~0.008，
四．混合摩擦（混合润滑：最常见的状态）
定义：介于边界摩擦和液体摩擦之间
特点：f 较小，介于边界摩擦和液体摩擦之间 一般 f=0.001~0.01 问题：滑动摩擦一般分为哪四种状态？哪种最理想？
积并非公称接触面积A0，而是由一些表面轮廓峰相接触所形成 的接触斑点的微面积的总和（真实接触面积Ar）。由于Ar很小 ，轮廓峰接触区压力很高，产生塑性变形，发生粘附现象，形 成冷焊结点。相对运动时，冷焊结点被割开。
计算公式
Ff
由
Art B
Ar
s sy
Fn
tB
s sy
Fn
知 当Fn 增加
Ff = f * F n
式中 ：Ff —— 摩擦力; f —— 摩擦系数;
Fn —— 法向载荷
Fn
公式表明： (1) Ff与Fn成正比；(2) 动摩擦系数的大 小与相对滑动速度无关； (3) 摩擦力的大小与名义接 触面积的大小无关。
2．粘附理论
A· 简单粘附理论：1945年由鲍登等人提出，认为接触面