2.润滑与密封概述(《机械设计基础》陈立德第3版)解析

两物体接触区产生阻碍运动并消耗能量的现象，称为摩擦。 有些情况下却要利用摩擦工作，如带传动，摩擦制动器等。
摩擦与磨损
根据摩擦副表面间的润滑状态将摩擦状态分为四种： 1.干摩擦 两物体的滑动表面为无任何润滑剂或保护膜的纯金属。 2. 液体摩擦 两摩擦表面不直接接触，被油膜隔开。
一、干摩擦 摩擦理论： 库仑公式
磨损量q
t
O
2、稳定磨损阶段 经磨合的摩擦表面加工硬化，形成了稳定的表面粗糙度，摩 擦条件保持相对稳定，磨损较缓,该段时间长短反映零件的寿命
时间t
3、急剧磨损阶段 经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大→动载振动 →润滑状态改变→温升↑→磨损速度急剧上升→直至零件失效
q
二、磨损的类型 1、粘着磨损 当摩擦副受到较大正压力作用时，由于表面不平，其顶峰 接触点受到高压力作用而产生弹、塑性变形，附在摩擦表面的 吸附膜破裂、温升后使金属的顶峰塑性面牢固地粘着并熔焊 在—起，形成冷焊结点。在两摩擦表面相对滑动时，材料便从 一个表面转移到另一个表面，成为表面凸起，促使摩擦表面进 一步磨损。这种由于粘着作用引起的磨损，称为粘着磨损。 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。 合理地选择配对材料(如选择异种金属)，采用表面处理(如 表面热处理、喷镀、化学处理等)，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。
F f f Fn
新理论：分子—机械理论、能量理论、粘着理论 简单粘着理论：
b a Fn A ri
F f Ar B
Fn
sy
B
B f Fn sy
Ff
干摩擦
机械摩擦啮合理论 分子机械理论 粘着理论 能量理论
二、边界摩擦（边界润滑） 物理吸附膜如图 常温、轻载、低速
3、表面疲劳磨损
两摩擦表面为点或线接触时、由于局部的弹性变 形形成了小的接触区。这些小的接触区形成的摩擦副 如果受变化接触应力的作用，则在其反复作用下，表 层将产生裂纹。随着裂纹的扩展与相互连接，表层金 属脱落，形成许多月牙形的浅坑，这种现象称为疲劳 磨损，也称点蚀。
合理地选择材料及材料的硬度(硬度高则抗疲劳磨 损能力强)，选择粘度高的润滑油，加入极压添加剂或 MoS2及减小摩擦面的粗糙度值等，可以提高抗疲劳磨 损的能力。
处于摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态。
干摩擦—最不利
弹性变形
液体摩擦
塑性变形
边界膜
边界膜
液体
液
边界摩擦—最低要求
混合摩擦
边界膜
液体
磨损
物体表面物质在摩擦过程中不断损失的现象。
§2—1.2 磨损
一、典型的磨损过程 1、跑合磨损过程
磨合磨 损阶段 稳定磨损阶段 剧烈磨损阶段
I
II
III
在一定载荷作用下形成 一个稳定的表面粗糙度， 且在以后过程中，此粗糙 度不会继续改变，所占时 间比率较小
2、磨粒磨损
由于摩擦表面上的硬质突出物或从外部进入摩擦表面 的硬质颗粒，对摩擦表面起到切削或刮擦作用，从而引起 表层材料脱落的现象，称为磨粒磨损。这种磨损是最常见 的一种磨损形式，应设法减轻这种磨损。 为减轻磨粒磨损，除注意满足润滑条件外，还应合理 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。
润滑剂
液体润滑剂：石油润滑剂、合成润滑剂 润滑脂： 气体润滑剂：空气、氢气、氦气、氮气、一 氧化碳和水蒸气 固体润滑剂：石墨、二硫化钼、氮化硼、尼 龙、聚四氟乙烯、氟化石墨
润滑油
2.2 润 滑
润滑的主要作用是:
减小摩擦系数,提高机械效率;
减轻磨损,延长机械的使用寿命。还可起到冷却、防锈、密封、 吸振等作用。
一、润滑剂的性能与选择
润滑剂种类：润滑油、润滑脂（常用） 固体润滑剂 气体润滑剂 1.润滑油 主要有矿物油、合成油、动植物油等，其中应用最广泛的为 矿物油。 润滑剂的最主要性能指标：粘度 粘度的大小表示了液体流动时其内摩擦阻力的大小，代表液体稀稠程度 粘度愈大，内摩擦阻力就愈大，液体的流动性就愈差。
3

ρ为密度，单位为 kg / m
ν 为运动粘度，单位为 m s 。
一般润滑油的牌号就是该润滑油在40C（或100C）时运动粘度
2
（以
mm2 s 为单位）的平均值。
2、粘度常用单位 （1）动力粘度η
F =1N
v=1m/s
单位：N· s/m2
1m
1m
（2）运动粘度v
v ( Pa s) / (kg / m )
第2章 润滑与密封概述
§2.1 摩擦与磨损 §2.2 润滑 §2.3 密封装置
2.1 摩擦与磨损
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。
一、摩擦及其分类
粘性定律与润滑油的粘度
1、粘性定律
u y
u=v
牛顿粘性定律 η——流体的动力粘度
A F =1N x u
O
y

u=0
B
润滑
粘度可用动力粘度、运动粘度、条件粘度（恩氏粘度）等表示。
我国的石油产品常用运动粘度来标定。 （1）动力粘度

η为动力粘度，单位为Pa•s （2）运动粘度

4、腐蚀磨损
在摩擦过程中，摩擦面与周围介质发生化学或电化学反应而 产生物质损失的现象，称为腐蚀磨损。腐蚀磨损可分为氧化 磨损、特殊介质腐蚀磨损、气蚀磨损等。腐蚀也可以在没有 摩擦的条件下形成，这种情况常发生于钢铁类零件，如化工 管道、泵类零件、柴油机缸套等。
2.2 润滑
相对运动物体表面加入第三种物质—润滑剂， 降低摩擦、减少磨损。 改善摩擦副的摩擦状态以降低摩擦阻力、减 缓磨损的技术措施。一般通过润滑剂来达到 润滑的目的。 另外，润滑剂还有防锈、减振、密封、传递 动力等作用。
(a)
化学吸附膜 中等载荷、速度和温度
化学反应膜 重载、高速和高温 三、混合摩擦（润滑） 膜厚比
hlim /( Ra1 Ra 2 )
(b)
λ越大，油膜承载比例大，，f越小
四、流体摩擦（润滑） 膜厚比λ >5 全液体摩擦
摩擦与磨损
3.边界摩擦
两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开。
4.混合摩擦