摩擦、磨损与润滑基本原理

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按摩擦的来源来分类
内摩擦: 在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运动的 现象，如润滑油本身内部分子之间的摩擦。 外摩擦: 在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍作用 现象，如缸套、活塞之间的摩擦。
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按摩擦副表面的运动状态来分类
静摩擦：当外力的作用下产生微观的位移变形，但未 发生相对运动时的摩擦，如螺栓、螺母之间的摩擦。 动摩擦：有相对运动的摩擦副表面之间产生的摩擦。 如缸套、活塞之间的摩擦。
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设备摩擦、磨损及润滑 的基本原理
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设备的摩擦、磨损及润滑
机械设备中一切发生相对 运动的零部件，其接触表面间 都存在摩擦，磨损是摩擦产生 的后果，润滑是改善摩擦状 态、减少磨损的重要措施。
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摩擦学
概
述
摩擦学(Tribology) ----- 是研究相对运动的作用表面间的 摩擦、磨损和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的 一门边缘学科。
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润滑状态的基本特征
流体静力润滑：通过外力将润滑油送到摩擦副表面之间，强制地形成润 滑膜，膜厚1---100微米，如滑动轴承、导轨等。 流体动力润滑：由摩擦副表面之间的相对运动，所产生的动压效应而形成 的润滑膜，膜厚1---100微米，如滑动轴承等。 弹性动力润滑：由摩擦副表面之间的相对运动，所产生的动压效应而形成 的润滑膜，膜厚0.1---1微米，如齿轮、滚动轴承等。 边界润滑：润滑油中的成分与摩擦副金属表面产生物理或化学作用 而形成的润滑膜，膜厚0.001---0.05微米，如底速、重载摩擦副。 混合润滑：润滑油中只是部分隔开摩擦副的金属表面，如设备启动或停 机、速度或负荷急剧变化、高温高压时。
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设备部件磨损阶段随运行时间的变化
跑合阶段 稳定磨损阶段
部 件 磨 损 量
剧烈磨损阶段
设备部件的工作时间
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磨损的研究
磨 损1 对磨损的研究开展较晚，20世纪50年代提出粘着理论后，60年代在
相继研制出各种表面分析仪器的基础上，磨损研究才得以迅速开展。 磨损(abrasion)是运动副之间的摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失 或迁移。磨损会影响机器的效率，降低工作的可靠性，甚至促使机器提前 报废。 一个零件的磨损过程大致可分为三个阶段，即： 磨合阶段 新的零件在开始使用时一般处于这一阶段，磨损率较高。 属于零件正常工作阶段，磨损率稳定且较低。 属于零件即将报废的阶段，磨损率急剧升高。 稳定磨损阶段 剧烈磨损阶段
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磨损类型及产生机理 腐蚀磨损
是接触表面相对运动时，与周围介 质在化学与电化学反应下产生的磨 损。
产生的主要原因是润滑油及潮湿空 气中的氧、二氧化硫等污染。
腐蚀磨损可分为氧化磨损、特殊介质腐蚀磨损、气蚀磨损等。
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润
滑
基本定义：润滑就是用润滑剂减少两摩擦副表面之间的摩 擦力或其他形式的破坏。 润滑目的：降低摩擦、减少磨损、冷却传热、防止腐蚀、 缓冲减振、冲洗污垢、增强密封等作用。 润滑状态：流体静力润滑、流体动力润滑、弹性动力润滑、 边 界润滑、混合润滑、干摩擦。 润滑介质：液体润滑剂、润滑脂、固体润滑剂、气体润滑剂。
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磨损类型及产生机理 磨料磨损
是接触表面相对运动时因硬质颗粒 在摩擦过程中的微“切削”作用，而 引起的磨损。 产生的主要原因是粉尘和金属颗粒 污染。 减轻磨料磨损的措施: 满足润滑条件，提高润滑油的清洁度等级，合理 地选择摩擦副的材料、降低表面粗糙度值以及加装防护密封装置等。
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润滑方法
润滑方法
润滑油润滑在工程中的应用最普遍，常用的供油方式有： 滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等
用于低速 用于高速
浸油与飞溅润滑 上。润滑脂还可以用于简单的密封。
喷油润滑
油脂润滑常用于运转速度较低的场合，将润滑脂涂抹于需润滑的零件
磨损类型及产生机理 疲劳磨损
是接触表面相对运动时因交变应力的重 复作用，表层将产生微观裂纹，随着裂 纹的扩展与相互连接，表层金属脱落， 形成许多月牙型浅坑，这种现象称为疲 劳磨损，也称点蚀。 产生的主要原因是局部负荷应力过大、 润滑失效和部件材料缺陷。 提高抗疲劳磨损的能力的措施：合理地选择材料及材料的硬度，选择粘 度高的润滑油，加入极压添加剂或及减小摩擦面的粗糙度值等，可以提 抗疲劳磨损的能力。
摩擦(friction) 磨损(abrasion) 润滑(lubricate) 是相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象； 是由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移； 是减轻摩擦和磨损所应采取的措施。
关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学(Tribology)。
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摩擦学
摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象。世界上1/3~1/2的 能源消耗在摩擦上，各种机械零件因磨损失效的也占全部失效零件的一 半以上。磨损是摩擦的结果，润滑则是减少摩擦和磨损的有力措施。
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按摩擦副表面的润滑状态来分类
干摩擦：作相对运动的摩擦副表面之间无任何形 式的润滑剂时所产生的摩擦。 边界摩擦：作相对运动的摩擦副表面之间存在极 薄层边界润滑剂时所产生的摩擦。 流体摩擦：作相对运动的摩擦副表面之间被一层 润滑油膜完全隔开时所产生的摩擦。 混合摩擦：作相对运动的摩擦副表面之间同时存 在干摩擦、边界摩擦和流体摩擦时所产生的摩 擦。
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润滑剂
润滑油：动植物油、矿物油、合成油。
润滑剂、添加剂和润滑方 法
粘度---是润滑油的主要质量指标，粘度值越高，油越稠，反之越稀； 粘度的种类有很多,如:动力粘度、运动粘度、条件粘度等。工程中常用 运动粘度，单位是：St(斯)或 cSt(厘斯)，量纲为(m2/s)；润滑油的牌号 与运动粘度有一定的对应关系，如：牌号为L-AN10的油在40℃时的运 动粘度大约为10 cSt。 应用矿物油作润滑剂的记载最早见于西晋张华所著《博物志》，书中提 到酒泉延寿和高奴有石油，并且用于“膏车及水碓甚佳”。
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按摩擦副表面的运动形式来分类
滑动摩擦：两个接触物体的表面作相对滑动时的摩 擦，如缸套、活塞之间的摩擦。 滚动摩擦：两个接触物体的表面作相对滑动时的摩 擦，如滚珠轴承的滚珠与内外圈的摩擦 。
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磨
损
基本定义：摩擦副的对偶表面相对运动时工作表面物质不 断损失或变形的现象称为磨损。 磨损过程：跑合阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段。 磨损类型：粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损。 影响因素：摩擦副材料、润滑油、零部件的设计、 设备使用状况等。
润滑脂：润滑油+稠化剂
润滑脂的主要质量指标是：锥入度，反映其稠度大小；滴点，决定工作温 度。 固体润滑剂：石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。
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润滑剂选用的基本原则
在低速、重载、高温、间隙大的情况下，应选用粘度较大的润滑 油； 在高速、轻载、低温、间隙小的情况下应选粘度较小的润滑油。 润滑脂主要用于速度低、载荷大、不需经常加油、使用要求不高或 灰尘较多的场合。 气体、固体润滑剂主要用于高温、高压、防止污染等一般润滑剂不 能适用的场合。
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摩
擦
基本定义：两个相互接触的物体，在外力作用下发生相对 运动，在接触表面发生阻碍相对运动的现象称 为摩擦。 摩擦副：相互摩擦的两物体称为摩擦副。 摩擦基本定律：F=μ×N F-摩擦力，μ-摩擦系数，N-法向载荷 摩擦的基本类型：（按摩擦副表面的润滑状态来分类） 干摩擦、边界摩擦、 流体摩擦、混合摩擦。
在设计或使用机器时，应该力求缩短磨合期，延长稳定磨损期，推迟 剧烈磨损的到来。为此就必须对形成磨损的机理有所了解。
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磨损类型及产生机理
粘着磨损
是接触表面相对运动时产生局部焊 合，使材料从一个表面转移到另一 个表面而造成的磨损。 产生的主要原因是局部负荷应力过 大、润滑失效。 粘着磨损按程度不同可分为五级：轻微磨损、涂抹、擦伤、撕脱、咬 死。涂抹、擦伤、撕脱又称为胶合，往往发生于高速、重载的场合。 减轻粘着磨损的措施：合理地选择配对材料，采用表面处理，限制摩擦 表面的温度，控制压强及采用含有油性极压添加剂的润滑剂等，都可减 轻粘着磨损。
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摩擦的机理
“机械说” ------- 产生摩擦的原因是表面微凸体的相互 阻碍作用； “分子说”------- 产生摩擦的原因是表面材料分子间的 吸力作用； “机械－分子说”-------两种作用均有。
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四种滑动摩擦状态
1785年，法国的库仑用机械啮合概念解释干摩擦，提出摩擦理论。 后来又有人提出分子吸引理论和静电力学理论。1935年，英国的鲍登 等人开始用材料粘附概念研究干摩擦，1950年，鲍登提出了粘附理 论。
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添加剂
添加剂
为了提高润滑油的品质和性能，常在润滑油或润滑脂中加入一些分 量虽小，但对润滑剂性能改善其巨大作用的物质，这些物质叫添加剂。 添加剂的作用 提高油性、极压性 延长使用寿命 改善物理性能 油性添加剂 极压添加剂 分散净化剂 添加剂的种类 消泡添加剂 抗氧化添加剂 降凝剂 增粘剂