第二章 汽车零部件损伤

第二章 汽车零部件损伤 第一节 摩擦学基础理论
一、固体表面性质及 接触面积
⒈表面形貌----根据 粗糙表面轮廓上的 峰谷和间距的大小 不同，将零件加工 表面的几何特性分 为宏观形状误差、 表面波纹度和表面 粗糙度3类；
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一、固体表面性质及接触面积
⒉金属表面的物质 ⑴汅染膜:包括油污和灰尘等； ⑵吸附膜:是来自大气中和液体和气体分子的吸附层； ⑶氧化膜:是金属表面被氧化而成的； ⑷加工变形层:机械加形成的挤压变形层。
桶面环与气缸壁间的楔形间隙与油膜
• 由于活塞环表
面加工的缘故使活 塞在运动中活塞环 与气缸壁运动表面 间都存在楔形间隙；
• 在发动机磨合过 程中，矩形断面活 塞环演变成类似桶 面环的形状。
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3. 边界摩擦（边界润滑）----是指相对运动
表面间被极薄的一层（通常只有几个分子直径 厚）具有特殊性质的润滑膜所隔开的摩擦。
• 流体摩擦建立条件：一是两磨擦表面之间的间隙由 大到小，以便形成油楔；二是两磨擦表面之间有一 定的相对运动会；三是有充足的润滑油。
• 特点：摩擦系数很小通常为0.001~0.008。
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轴颈与轴瓦间楔形润滑油膜建立过程
•建立流体摩擦条件：一是两磨擦表面之间的间
隙由大到小，以便形成油楔；二是两磨擦表面之
⒋分子－机 发生在接触点处分子吸附和机械啮合作用所构成的磨擦阻力。
械理论
与材料的表面粗糙度、载荷大小、材料种类等因素有关。
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2.流体摩擦（流体润滑）
流体摩擦----是指两个固体摩擦表面被连续的润滑油完 全隔开的摩擦,摩擦产生于油分子之间；
• ①流体动压润滑。利用磨擦表面的相对运动，把润 滑油带到磨擦表面之间，在摩擦副楔形表面之间产 生一层有一定厚度和压力的油膜，外载荷由润滑油 的压力来平衡，磨擦表面完全被润滑油膜隔开，而 不直接接触，这种状况称为～。
干（固体）摩擦
汽车离合器、制动器
摩擦副表 面润滑状 况
流体摩擦 边界摩擦
桶面活塞环与气缸壁、轴颈与轴瓦
发动机活塞环与缸套上部、配汽机构凸轮 与挺杆、齿轮传动副的齿面
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1.干磨擦----是指物体纯净表面直接接触时的磨擦。
通常所说的干磨擦是指无润滑条件下，两物体表 面之间可能存在着自然污染膜时的磨擦。
这时，润滑膜不遵从流体动力学定律，且两 表面之间的摩擦不是取决于润滑剂的粘度，而 是取决于两表面和润滑剂的特性。
边界摩擦中，存在于相对运动表面间的极薄 的且具有特殊性质的油膜，称为边界膜。
依膜的结构形式不同可将其分为，吸附膜和 反应膜；
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边界润滑膜
• 吸附膜----是在边界摩擦状态中，润滑剂中的极 性分子吸附在摩擦副表面上所形成的边界膜， 可分为和化学反应膜(物理吸附膜)。
压力梯度内凹，以限止流入量，
使出口处的梯度外凸，以增加流
出量。作用在平板上的油膜压力
的合力等于平板上所承受的载荷，
这样就开成了液体压润滑。 a
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②弹性液体动压润滑
• 流体动压润滑适用于低磨擦副机构，而对于点、线 接触的高磨擦副机构就不适用了。原因是高磨擦副 的接触比压比低磨擦副比压高1000倍。若是轻载时 仍可用流体动压润滑原理进行计算。而重载情况分 两种。
古典磨擦定律：μ ＝ F /W
F＝μW
式中： F----滑动磨擦力；
μ----磨擦系数；
W----法向载荷；
古典磨擦定律：⑴磨擦力与法向载荷成正比；⑵ 磨擦力与磨擦面积大小无关；⑶磨擦力与滑动速度大 小无关；⑷ 静磨擦系数大于动磨擦系数。
对于表面超净、粗糙度很小、接触面较大的磨擦
表面会产生很大的分子吸引力磨擦力将于面积成正比。
• 反应膜----对于含硫、磷、氯等元素添加剂的润 滑油而言，由于它能与摩擦副表面产生化学反 应而生成边界膜，所以称为化学反应膜。
• a. 由于接触应力大（齿廓表面接触应力可达70MPa， 凸轮与挺杆之间的接触应力可达689MPa ），接触处 产生很大的弹性变形和塑性变形而变平、变大有利 于油楔的形成。
• b.在很高的压应力下润滑油的黏度增大。当压力在 689MPa时，油的黏度可提高1000倍。黏度提高有利 于形成油膜。
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内容
静磨擦、动磨擦
滑动磨擦、滚动磨擦
干磨擦、边界磨擦、 液体磨擦、混合磨擦
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摩擦分类
分类依据
摩擦副运 动形式
内容 滑动摩擦 滚动摩擦 复合摩擦
举例
活塞、活塞环在气缸孔的往复运动；凸轮 轴凸轮与气门挺杆表面的运动
滚珠轴承、滚柱轴承与内、外圈滚道表面 间的摩擦
凸轮轴凸轮与气门挺杆表面间、齿轮传动 机构轮齿表面所发生的摩擦
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一、固体表面性质及接触面积
3.表面接触面积 ⑴名义接触面积An----是由接触表面的宏观界面
的边界确定的面积，即An=a×b ⑵轮廓接触面积Ap----是物体触表面被压皱部分
所形成的面积，大小与所受载荷有关。 ⑶实际接触面积Ar ----是在轮廓接触面积内，各
真实接触部分微小面积。 Ap/An＝5％～10 ％ Ar /An＝0.01％～1 ％ 对于一般材料，呈弹性接触时Ar与载荷的
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干摩擦理论（包括以下几点）
名称
主要内容
⒈机械理论 两固体表面接触时，由于表面凹凸不平，相互啮合，产生了阻 （简单粘着 碍两固体接触面相对运动的阻力。（适用于固体粗糙表面） 理论）
⒉分子吸附 对于表面超净、粗糙度很小、接触面积大的磨擦表面会产生很
理论
大的分子吸引力。此种状态磨擦力与面积成正比。
⒊粘着理论 微观接触点上压力超过材料的屈服极限,零件滑移时接触点产生 瞬时高温,出现微观焊合粘着,摩擦力主要取决于剪断金属粘着和 冷焊点所需的剪切力。
2/3次方成正比；呈塑性接触时Ar与载荷的1次 方成正比。
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二、磨擦的定义和分类
磨擦的定义----两个相互接触的物体在外力作用下发生 相对运动或具有相对运动趋势时，在接触面之间产生切向 运动阻力，这个阻力叫磨擦阻力，而这种现象称为磨擦。
磨擦分类：
分类依据 磨擦副运动状态 磨擦副运动形式 磨擦副表面润滑情况
间有一定的相对运动会；三是有充足的润滑油。
aБайду номын сангаас
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压力油膜的产生及其速度分布
润滑油在流动时，由于本身
分子之间的内聚力及与固体表面
之间的附着力，使各流层之间存
在速度梯度，流动时必然产生内
摩擦力。由于由于润滑油是不可
压缩的，油楔形状和体积不发生
变化，而单位时间内流过每一断
面的流量相等，则内必然产生压
力梯度，其压力梯度将使入口处