第四章 摩擦、润滑和润滑剂(2014修改)

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4. 流体摩擦（润滑）简介优点： f↓ P B v
特点：ff小，磨损小，吸振
（2）弹性流体动力摩擦（润滑）
A （1）流体动力摩擦（润滑）楔中有足够的油 量。 油楔
考虑了油黏度在高应力的的增加和接触表面的弹 性变形。 适用于高副（齿轮、凸轮）接触 。 （3）流体静压摩擦（润滑）
5. 润滑方法
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边界膜分为： • 物理吸附膜：利用油中的极性分子牢固的吸附在金 属表面形成表面吸附膜（分子间的吸附力）； • 化学吸附膜：利用化学键力形成金属皂膜（吸附在 金属表面原子间的吸附力）； • 化学反应膜：油中的S、P等元素与金属表面反应 （150º～200ºC）形成化合物。适合高温重载和高速。 表征润滑油形成吸附膜的能力——油性 油性的好坏取决于油中所含活性物质： 动物油>植物油>矿物油 表征润滑油形成反应膜的能力——极压性
(1)润滑油：三大类：有机油、矿物油、合成油（用化 学手段）。
L-AN32
主要性能指标： <1> 粘度：流体抵抗剪切变形的能力（流体内 摩擦力阻力的大小） <2> 其他性质： 闪点和燃点；倾点和凝固点；油性与极压性；氧化 稳定性。
L润滑剂 A全损耗机械油 AN由精制矿物油
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润滑油的选择 ：
轻载
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(1) 油润滑方法：分散润滑及集中润滑 a) 分散润滑：连续的或间歇的，有压的或无压的 • 手工加油润滑：油孔，自动关闭式铰链油杯， 旋套式油杯，压注油杯 • 油芯式油杯润滑 • 针阀式油杯润滑 • 带油润滑：油链、油轮（水平轴，d为25～50mm） • 油浴润滑及飞溅润滑：5m/s<v<12～13m/s • 喷油润滑：喷咀（减少搅油损失） v>12～15m/s • 油雾润滑：油雾器
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粘度的性质：
润 滑 油 黏 度
1）粘—温性： 粘度随温度升高而 显著降低。(图4.8)
润滑油温度
100℃
2）粘—压性：粘度随压力升高而增高(图4.8) ，但一般 (<100MPa)时变化很小，忽略不计。对于高副接触时 （齿轮啮合处压力达4000MPa)不可忽略。
TJPU 3 添加剂 改善润滑油及润滑脂的性能，以适应恶劣的工 作条件： 高温、低温、重载、真空等。 • 分散净化剂：使内燃机汽缸、曲轴箱中因氧化生 成的胶状物分散，避免其粘着、卡死或过度磨损。 • 抗氧化剂：防止润滑油氧化变质，腐蚀零件。 • 油性添加剂（鲸油、硫化棉籽油等）：提高油膜强度 • 极压及抗磨添加剂：在金属表面形成一层熔点高， 剪切强度低的保护膜，以减轻磨损。 • 降凝剂：严寒地区或低温机械（冷冻机）。 • 增粘剂：改善粘—温特性，使油高温不变稀,低 温不致过稠。
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b) 集中润滑：一台机器的许多润滑点由一个润 滑系统来同时润滑。 (2) 润滑脂方法 • 预填油脂润滑 • 手工涂抹润滑 • 润滑脂杯润滑 • 连续压力润滑 (3) 润滑方法的选择 滑动轴承的润滑方法可以根据系数 k选定。 k pv 3 式中：p=F/dB 平均压强（N/mm²） v——轴颈线速度（m/s） k2 用润滑脂，油杯润滑； k>2～16 针阀式油杯润滑； k>16～32 油链或油轮润滑； k>32 压力润滑。
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换算： E 8.64 当 1.35 E 3.2时 8 E cSt E 4 当 E 3.2时 ７ ６ . E cSt E t t t [例]：求50ºc时50号机械油的动力粘度。 =50 cSt =900 kg/m³ 1cSt=10-6m² /s = = 50×10-6×900=0.045 Pa·s
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磨损曲线：机械零件的磨损过程分为三个阶段。 磨损量
时间 III II I 1. 跑合磨损阶段（I）：由于表面粗糙度大，致使 接触面积小，单位面积上的载荷大，因此磨损速度 很快。 2. 稳定（正常）磨损阶段（II）：磨损过程 平稳而又缓慢，标志零件的耐磨寿命。
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3. 剧烈（崩溃）磨损阶段（III）：磨损速度急剧 增长，间隙增大，振动、噪声增大，精度下降，以 致报废。 设计、制造时要尽量缩短跑合期，延长稳定磨损期， 推迟剧烈磨损期的到来。 减少机械零件磨损的措施： •保证良好的润滑 •选择适当的表面粗糙度 •选择适当的材料和硬度 新买的汽车、 摩托车一般要 跑合。
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润滑脂的选择： 稠的
• 单位压力高、滑动速度低时，选择针入度小的品种； 反之,选择针入度大的品种。
• 所用润滑脂的滴点应高于轴承工作温度20～30ºC。 • 在水淋及潮湿的环境下，选用钙基脂及铝基脂； 在温度较高处选用钠基、锂基或复合钙基脂。 具体选择时可参考机械设计手册。
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2. 润滑油的粘度和粘性定律： <1> 粘度：流体抵抗变形的能力（流体内摩擦 力阻力的大小） 两平行平板间充满润滑油，拖动上平板A，且润滑 油作层流流动，油层间的剪应力与速度梯度（速 度变化率）成正比。
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减小边界摩擦的措施： •合理选择摩擦副材料和润滑剂； •降低表面粗糙度； •控制pv（控制发热等）； •在润滑剂中加入油性添加剂和极压添加剂。
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3. 液体摩擦：摩擦面间的油膜厚度 大到将两表面的不平度凸峰完全分开, 即为完全液体摩擦。油膜必须是压力 油膜 4. 混合摩擦：边界摩擦和液体摩擦共存。 随着摩擦面油膜厚度的增大，表面凸峰接触数量在 缩小，油膜所承载的比重增加。 混合摩擦时，仍不能避免金属的直接接触，仍存在 摩擦，但比边界摩擦小得多。
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4-1 摩擦 滚动摩擦 摩擦 滑动摩擦
摩擦
外摩擦——两个相互接触表面之间的摩擦 内摩擦——发生在物质（多指流体）内部
静摩擦——仅有相对滑动趋 势时的摩擦 摩擦 动摩擦（动摩擦系数小于静摩擦） 摩擦磨损造成：发热，效率↓，可靠性↓；噪音↑，工作 精度↓，材料消耗。一般有害。 可以利用：利用摩擦：带传动、制动器等 利用磨损：磨削、抛光和跑合等。
v 0 y dy dv B v
A
v
F
y
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dv 表达式： dy 式中：“-”表示油层速度v随y的增大而减小。 ——比例常数，即流体的动力粘度。 牛顿液体：服从粘性定律的液体。 =1pa∙s v=1m/s a) 动力粘度（绝对粘度） F=1N
单位： 国际单位制（SI） பைடு நூலகம்a· S 绝对单位制（C.G.S)
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λ 膜厚比： h min
2 2 R q1 R q2
最小油膜厚度 表面轮廓均方根偏差 增加，油膜厚度增加
1
边界摩擦 =1～3 混合摩擦 >3 液体摩擦
非液体摩擦：混合摩擦，边界摩擦，干摩擦。
机械利用摩擦的实例： 带传动、制动器、摩擦离合 器、带式输送机等。
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影响摩擦的主要因素： •摩擦副材料 •表面粗糙度 •润滑状态 •表面膜(由于污染、化学热处理、电镀和润滑剂的作用等，
• 转速高，比压小时，选低的油；转速低，比压 大时选高的油。 • 高温时选高些的油，低温选择低的油。
具体选择时参考有关资料表4-2
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(2) 润滑脂： 润滑油与稠化剂（如钙、锂、钠的金属皂）的膏 状混合物。 类型： •钙基脂：抗水性好，耐热性差。 工作温度不超过55～65 º c GB501一65 •钠基脂：耐热性好，抗水性差。 工作温度可达120 º c •锂基脂：既抗水又耐高温(<145 º c) 为多用途润滑脂。 •铝基脂：抗水性好，吸附能力强， 防锈作用好。
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GB7631.S一90是按润滑脂应用时的操作条件进行分粪的。 L一XBCHA1,2,3。 X润滑脂，Ｂ最低工作温度代号，Ｃ最高工作温度代号， Ｈ耐水性代号，Ａ极压性代号，１稠度组别代号
润滑脂主要性能指标： • 针入度（稠度）：重1.5N的标准锥体，在25ºC下，5 秒刺入润滑脂的深度。针入度小,不易从摩擦面挤出， 承载能力强，密封性好，但摩擦阻力大，填充性差。 • 滴点：润滑脂从标准测量杯的孔里滴下第一滴时的 温度。标志其耐高温性能。
1P（泊）=100cP（厘泊）
1m 1m
1m 1dyn·s/cm2---1p(泊）
1Pa· S=10P=1000cP
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b) 运动粘度：动力粘度与同温度下该液体的 密度的比值。
国际单位制（SI） m²/s
（N S / m2 ) （ (kg m / s 2 ) s / m2 ) 2 m s 3 3 (kg / m ) (kg / m )
摩擦、磨损及润滑三者之间的关系： 作相对运动的两物体接触面间必然产生摩擦； 摩擦的结果必然产生磨损；而减少摩擦、磨损的有 效措施是润滑。
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摩擦学研究范围： •动、静摩擦副；
•零件表面受介质摩擦、或碰撞、冲击：犁铧、叶轮;
•机制工艺的摩擦学问题：金属成形加工等; •弹性摩擦副：汽车轮胎与地面； •特殊工况条件下的摩擦学问题。宇宙探索中遇到： 高真空等。
绝对单位制（C.G.S)
1cm²/s----1St(斯）
St（斯）
1St=100cSt（厘斯） 换算： 1m²/s=104St=106cSt
我国的石油产 品是用运动粘 度（cSt）来标 定的。旧5０℃, 新40 ℃
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c) 相对粘度（条件粘度） 单位：我国采用恩氏度 Et 当200ml待测油在规定温度t (一般t 50c或100c表示为 E50和 E100 ) 流过恩氏粘度计所需时间与同体积蒸馏水在 20ºc时流过粘度计所需时间之比。
在金属表面形成一层极薄的表面膜）如氧化膜、硫化膜、 磷化膜、氯化膜、锢膜、镉膜、铝膜等
还与载荷、相对运动速度和温度等有关。
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4-2 磨损
磨损——摩擦体表面材料在相对运动中由于机械作用， 或伴有化学作用而产生的不断的材料损失现象。 还有微动磨损、冲蚀磨损 磨损的类型： 1.粘着磨损 粘结、材料迁移，严重时胶合(咬 死)。粘着磨损可用艾查德公式计算 ,热粘着复杂 2.磨粒磨损（显微切削、犁沟现象） 3.表面疲劳磨损 主要发生在接触应力作用下的齿 轮、滚动轴承、钢轨和轮箍接触表面上。 4.腐蚀磨损（发生化学或电化学反应）
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4-3 润滑 润滑的目的：能降低摩擦、减少磨损，还能冷 却、缓冲吸振、防锈、有的有密封、防尘作用。 1. 润滑剂及其选择： 润滑剂： 液体（油、水、液态金属） 主要根据pv和工况 半固体（润滑脂） 固体（石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯） 气体（空气等） 目前主要使用的润滑油和润滑脂。
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摩擦表面的摩擦状态 1. 干摩擦：两摩擦表面直接接触， 不加入任何润滑剂的摩擦。 干摩擦的摩擦阻力最大，磨损最严重，使用 寿命最短，必须避免。
2. 边界摩擦：摩擦表面间存在润滑油，金属表面 与润滑油作用形成 一层很薄的边界膜（〈1m)， 保护金属，这种摩擦称为边界摩擦。 边界摩擦不能完全避免金属的 直接接触，因此仍有磨损产生。
第四章 摩擦、磨损和润滑
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摩擦学概述 何谓摩擦？何谓磨损？（造成表面形状 和尺寸的变化，间隙↑，表面粗糙度↓） 摩擦学：即研究相对运动的相对作用表面间的摩擦、 磨损及润滑，以及三者之间关系的基础理论和实践的 一门边缘科学（形成于20世纪60年代）。
80%损坏零件由磨损造成，一般不可避免。1981年美国公 布的数据：磨损造成的损失1000亿/年，材料消耗200亿/年。 中国每年由于摩擦、磨损损失584.7亿元。