摩擦学(简单)

e
d r
空气 润滑油 油楔 油膜压力

e
6.最小油膜厚度
7.偏位角

hmin e (1 ) r (1 )

8.任意位置的油膜厚度h
h (1 cos ) r (1 cos )
四.液体动力润滑径向滑动轴承的工作能力计算 1.轴承承载力计算 2.摩擦力及摩擦功耗的计算 3.轴承的最小油膜厚度 4.轴承的热平衡计算 5.工作能力计算的一般步骤
汽车中的摩擦学

发 动 机 中 的 摩 擦 学 问 题
汽车中的摩擦学


车辆底盘中的摩擦学问题
轮胎与地面
1.轮胎与地面的摩擦——湿滑路面的轮胎与路面摩擦属于低模量弹性流体 动力润滑问题。 2.轮胎的磨损——物理-化学过程，橡胶氧化裂纹扩展导致胎面的磨损。

制动器与离合器
1.摩擦制动 2.防抱死（ABS）系统
二.磨损
定义：相互接触表面相对运 动中表面物质发成为磨损生 的不断损失现象。 磨损的过程：图3-3

磨损的类型：(自学为主）


Abrasive wear 开式齿轮表面, 犁铧 Adhesive wear 齿面胶合； Fatigue wear 齿面点蚀 Corrosive wear Fretting wear
二.流体膜压力分布的微分方程----雷诺方程
1.假设条件：
Uh 移动件
1）忽略重力、磁力、惯性力的影响；
o
x
2）流体在界面上无滑动，即贴于界面的油 层速度与界面速度相同；
3）沿油膜厚度方向上，不计油膜压力的变 化； p
y 0
yz
静止件
微元体受力分析
4）润滑油沿膜厚方向没有流动； 5）流体为牛顿流体； 6）润滑油流动为层流； 7）润滑油不可压缩。
汽车中的摩擦学

其他
汽车系统中的齿轮、联轴器、涡轮增压器转子轴承等都有 摩擦学问题；汽车车身的表面形貌问题（影响漆光度、冲 压成型性能等）。
德国钢板 武钢钢板 参考书：《汽车摩擦学》王成焘、姚振强、陈铭著 上海交通大学出版社
1）润滑油要有一定的粘度，且其它条件不变时，粘度越高，承 载能力越高。 2）两相对运动表面要有相当的相对滑动速度。 3）相对滑动表面形成收敛的油楔。 4）有充足的供油。
三.径向滑动轴承的几何参数
பைடு நூலகம்
1.直径间隙 D d 2.半径间隙 R r 3.相对间隙 4.偏心距 5.偏心率
•15世纪，意大利的列奥纳多· 达芬奇才开始把摩擦学引入理 论研究 • 18世纪起摩擦学研究蓬勃兴起，到20 世纪60年代摩擦学成 为一门独立的交叉学科 H.P.Jost 报告 1965.11
•应用及研究的领域不断扩大：机械、冶金、生物、地质、音 乐、体育等
一.摩擦
主要类型（按摩擦的性质分 Dry Boundary Fluid Mixed Nascent）
为改善润滑油或润滑脂的性能，以适应某些特殊的需要， 在润滑油或润滑脂中加入一些物质，称为添加剂。 自学教材p70—p71相关内容
§3-2 滑动轴承的结构与材料
一 滑 动 轴 承 的 典 型 结 构 .
整体式（图15-16）
剖分式（图15-17）
二.轴瓦的结构与材料
1.轴瓦的结构

轴瓦的形式和构造--整体铸造、对开式 油孔及油槽（p476，图15-27、15-28） 轴瓦的定位--保证轴瓦与轴承座之间无轴向、周向的
图3-18 数值计算机算方法见p81-82
1.轴承的承载力计算
总承载量计算的无量纲参数----索氏数定义：
S0
S0 ( , B ) d
F
其中：
F
2
Bd
图3-15
式（3-25）
S 0 Bd
2
为润滑油在轴承平均工作温度下的动力粘度，N· s/m2 为轴颈的转速，rad/s B为轴承的宽度，m；d为轴颈的直径，m。
摩擦学原理及应用 TRIBOLOGY
河南农业大学机电工程学院 王万章 副教授
Wanzwang@163.com
第一讲 摩擦学概述
摩擦学（Tribology)：
关于摩擦、磨损和润滑的科学统称为摩 擦学。主要研究相对运动、相互作用表面 的科学和应用技术。包括 Content Included
①Frication ②Wear ③Lubrication
2.轴承的摩擦力及摩擦功耗计算
定义：轴承的摩擦特性系数

图3-16
摩擦力： F F
摩擦功耗：
P F v F v
3.轴承中的最小油膜厚度计算
轴承中的最小油膜厚度，不能无限制地减小。它受到轴 颈与轴承内表面的粗糙度、轴的刚性及轴承与轴颈的几何形 状误差等的影响。
判断摩擦状态的依据
表3-1——根据膜厚判断 图3-2——根据摩擦特性系数
n/ p
一.摩擦
其它分类： 按摩擦副运动形式 运动状态 Rolling Sliding Static Dynamic 按摩擦副运动工况 Speed Vacuum Temperature 高速 时间短梯度大，局部高温 真空 无对流，氧化，吸附 高温 润滑问题，钨，硼，钒，硅合金
v y
V 0
2.一维雷诺方程 微元体的受力平衡+流量连续+假设条件及必要的边界条件，可 得到如下的流体膜压力分布方程，即：一维雷诺方程。
p 6V 3 ( h h0 ) x h
最大压力处对应的油膜厚度。
式（12-8）
移动件 移动件
静止件
静止件
3.形成液体动力润滑的条件 p73
•流体动压润滑径向轴承]工作性能计算的一般流程
假设
te
0
S0
qv


hmin h
否 是
qv
t
te

F
te te
是 结束

五.轴承参数的选择

(0.6 ~ 1.0) 4 v 103 相对间隙 宽径比 表3-6、表3-7 润滑油动力粘度 表3-8
式（3-36）

机器零件失效分析
农机化工程硕士研究生课程安排
课堂教学

汽车摩擦学专题 表面工程摩擦学专题 设备诊断维修摩擦学专题 土壤机械摩擦学专题
磨损试验
专题讨论
课程考试
针入度 （稠度）
标志着润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱。
针入度越大，润滑脂越稀；反之亦然。
滴点
在规定的加热条件下，润滑脂由标准测量杯的孔 口滴下第一滴时的温度称为润滑脂的滴点。 滴点标志着润滑脂耐高温的能力。一般润滑脂的 工作温度应低于滴点20-30C。

改善摩擦副耐磨性能的措施 选择减磨材料、合理选择润滑剂和添加剂、 控制易损件的工作条件
三.润滑
目的 1、对于不完全液体润滑----降低摩擦及减少磨损； 2、对于液体动力润滑----工作介质并具有冷却作用。 气体：空气及其它气体介质。
润滑剂分类
液体：水、矿物油及液态金属等。 半固体：润滑脂 固体：石墨、二硫化钼等
主要性能指标
润滑油、润滑脂
粘度 牛顿定律
流体抵抗变形的能力，标志着流体内摩擦阻 力的大小。
v y
剪切 应力
动力 粘度 速度 梯度
平行板间液体的层流流动模型
1.动力粘度：主要用于流体动力计算中。Pa· s 1Pa s 1N s / m2 2.运动粘度：主要用于测量流体粘度。m2/s
摩擦学原理的主要应用方面


机器设计制造
润滑设计 材料选择（耐磨，减磨，摩阻） 加工工艺设计




机器技术状态监测
润滑油样分析 Lubricate analysis 磨粒分析 Wear particle 铁谱分析 Ferrography



机器维修保养工艺 机器零件修复和表面工程设计
堆焊building up welding 刷镀 brush plating 喷涂thermal spraying 化学镀 chemical plating
研究摩擦学的意义
节约能源、节约材料、保护环境
摩擦学发展的重要历史阶段
•史前人类的钻木取火
•祖先们在春秋时代（公元前770~221年）对摩擦、磨损现象 有了一定的了解，并且已经知道采用动物油脂进行润滑—— 诗经中相关的记载 •西晋时代张华所著《博物志》最早记载了人类使用矿物油做 润滑剂（距今约1800年）
3.两种粘度之间的换算关系：
/
矿物有的密度 kg/m3
粘温特性： 温度越高、粘度越低，反之亦然。 4.润滑油粘度特性
图3-7 全损耗系统用油的粘--温曲线
粘压特性： 压力越高、粘度越高，反之亦然。式（3-7）
一般在5MPa之下影响不大。
5.其它性能指标：油性、极压性、氧化稳定性、闪点、凝固点等。

轮毂轴承
汽车专用轴承的设计，世界上已经生产出第五代轮毂轴承。我国具有 生产第三代轴承的能力，但是大部分仍采用的是第一代轴承。
汽车中的摩擦学

汽车润滑材料
发动机油、齿轮油、手动或自动换档油、刹车油 和汽车用润滑脂

汽车摩擦学系统油液分析与状态检测
通过对使用过程中的润滑油合理提取相关信息， 可以进行机器的故障诊断和状态检测。
流量系数，图3-17
( ) p 106

式(12-28)
为保证轴承的正常工作，一般要求等效温度不超过75℃。
等效温度：
中等载荷和一切非稳 定载荷下：
t out t in te 2
式（3-32）
高速重载条件：
1 t e (t in 2t out ) 3
式（3-33）
入口油温tin一般为30~45°C
hmin r (1 ) hmin
式（3-35）
hmin S (Rz1 Rz 2 )
安全系数 表3-5
式（3-34）
S2
4.轴承热平衡计算
根据能量守恒：每秒产生的热量 H 带走热量 H1 H 2 达到热平衡时的润滑油温度差
Bdpv 106 t qv c p sdB ( qv ) c s Bdv p v p 106 d s 2 q v c p B v
pv pv MPa m / s
式（3-14）
3）验算滑动速度V--防止磨损
v v
m/ s
p、 pv、 v
见表3-3
式（3-15）
§3-4液体动力润滑径向滑动轴承的 设计计算
一.径向滑动轴承形成液体动力润滑的过程（图3-12）
•汽车中的典型应用——发动机主轴承和连杆轴承
相对移动 （图15-28）
2.轴瓦的材料


选用原则 常用的轴瓦材料（p75，表3-3）
§3-3 不完全液体润滑滑动轴承 设计计算
一.失效形式

磨粒磨损与粘着磨损为主、多种失效形式并存的情况
二.设计准则

边界膜不遭破坏，维持粗糙表面微腔内有液体润滑存在
三.径向滑动轴承的计算 四.推力滑动轴承的设计计算（自学）
调查数据
•全世界工业能源的1/3被摩擦损耗掉
•失效零件的80%是由于磨损造成的 •20世纪80年代，我国在冶金、煤炭、农机等五个行业的调 查表明：由于磨粒磨损缩小好的备件用钢材达到100万吨以 上，如考虑停机等费用造成的损失每年达到几亿元。 •对于全世界，设汽车的保有量为2亿，年产量5000万辆。 如果每辆车通过摩擦学设计节约1%的能源、1%的材料，则 每年可节省燃料5亿吨、节省材料7500万吨。
三.不完全液体润滑径向滑动轴承设计算典型问题
1.已知条件：轴颈的直径d（mm）； 轴转速n（r/min）； 轴承的径向外载荷F（N）。 2.设计的目的：确定轴承的材料与宽度B 1）验算轴承的平均压力p--防止磨损
p F p Bd MPa
式（3-13）
2）验算轴承的pV值--限制温升