第8章 边界润滑理论要点
摩擦学原理(第8章润滑设计)
（8.3）
h C e cos
e ,ψ的定义见第七章，因此略去式（8.3）的高阶小量，有： R
（8.4）
式中， 角起始线为轴承中心O和轴颈轴心O’的连线，顺转动 方向度量，见图8.1。 因此，当=0和=180时，润滑膜为最厚和最薄，分别为：
hmin C e
（8.14）
轴承最小润滑膜厚位于轴承的圆柱部分，因此有：
hmin C e
（8.15）
4．齿轮与凸轮 gear and cam 对于齿轮与凸轮润滑的问题，通常可以用半径分别与接触点的曲率半径相等的两 个圆柱体的接触来近似表示，见图8.5a。并进一步通过数学变换转化为一个当量圆柱 与一个平面的接触，见图8.5b。因此齿轮、凸轮润滑时的油膜厚度为：
1．圆轴承
circular bearing 任意两圆弧表面间的膜厚表达式。图8.1为某一工作状态下的圆轴承，轴承半径为R， 轴颈半径为r，半径间隙为C=R-r，e为偏心距，h为任一点处的膜厚。
在图8.1的 OOM
中
R2 e2 (r h)2 - 2e(r h)cos
将式（8.1）两端分别减去 并整理可得：
T T ) 流 ( k ) n n 壁
p流 p壁
2．不同流体边界面上的边界条件 different fluid boundary condition 通常可认为两种润滑流体在分界面的速度、温度和压力是连续的，即
u1流 u2流
p1流 p2流
T1流 T2流
3．流体润滑膜上游和下游的边界条件 up and down boundary conditions of fluid film 流体润滑膜上游或下游边界条件一般是指该处流体润滑膜的压力和温度。其中上游 边界处的流体膜温度，通常可以取由外界供给润滑剂和经下游边界返回上游处润滑流 体的混合温度。压力边界条件中气体润滑由于气体的可膨胀性，气体润滑膜可以保持 连续而无破裂，液体润滑中由于液体通常认为是不可压缩的，因此液体润滑时润滑膜 下游常有破裂发生，变得较为复杂。
第9章 边界润滑
化学反应膜的作用还取决于膜的连接强度。只有当反应膜与母体金属
连接牢固时才能起保护金属的作用，否则反应膜反而加剧磨损。此外， 生成化学反应膜的添加剂的化学性质相当活泼，容易腐蚀金属，因此应
根据摩擦副材料和工况条件等因素来选择添加剂的品种和使用量。
9.2.2 化学反应膜
如图，对于高速重载的摩擦副在产生适当接触温度条件 下，润滑油中的成分，例如极压添加剂中的硫、磷、氯等 元素与金属表面进行化学反应，迅速地生成厚的无机物膜 。这种化学反应膜的熔点高，剪切强度低，与金属表面连 结牢固，可以保护表面不致发生粘着磨损。在滑动过程中 ，当反应膜被磨去以后将迅速生成新膜，有效地防止两摩 擦表面的直接接触。 化学反应膜主要是防止粘 着效应，适用于高温、高速 和重载条件，广泛应用于重 载齿轮和蜗轮传动的润滑。
长链结构的碳氢化合物都具有物理吸附能力，但物理吸附 力比较弱，并且物理吸附膜的形成是可逆的。如图，吸附膜 通常由三四层分子组成，每层分子紧密排列，依靠分子间的 内聚力使分子栅具有一定的承载能力。因此两摩擦表面能被 吸附膜隔开，滑动时，是吸附膜之间的外摩擦。
（2）化学吸附
当表面温度较高时，极性分子能与表面金属形成金属 皂。例如CnH2n＋1COOM，也是极性分子，依靠化学结合 被吸附在金属表面形成分子栅，称化学吸附。
（2）影响边界膜性能的因素
•速度：在平稳的摩擦状态下，边界润滑的摩擦系数一般不
随滑动速度改变而保持一定的数值。在由静摩擦向动摩擦转 变过程中，吸附膜的摩擦系数随滑动速度增加而下降，然后 达到一定数值；化学反应膜的摩擦系数随速度的升高而增加 ，然后趋于一定数值。
•载荷：通常载荷范围，吸附膜的摩擦系数不因载荷而变化
边界摩擦和润滑化学作用
二. 流体润滑和弹性流体 润滑 三. 油性添加剂在半流体 润滑中的减摩作用 四. 抗磨和极压添加剂对 边界和极压润滑的作用 五. 润滑剂对几种机械失 效形式的影响
09:37:42
一、摩擦与润滑
1、基本概念 • 摩擦（ friction）－两个物体表面相互接触并做 相对运动时的受阻现象叫做摩擦。 • 摩擦力－摩擦时产生的阻力称为摩擦力。 • 摩擦系数－表现这种摩擦力的因数称为摩擦系数。 （机械负载大时摩擦系数也大，负载小时摩擦系 数也小） • 磨损（wear）－由于摩擦而产生的固体摩擦面失 重或损伤，称为磨损。 所以，摩擦是动力能源损失的重要原因。
09:37:43
固体润滑添加剂作用机理：
• 将纳米技术应用于润滑领域，使 固体润滑添加剂的颗粒达到纳米 级，是解决现有添加剂存在问题 的一个有效的方法。 • (1)纳米材料粉末近似为球形，它 们起类似“微型球轴承” 的作用， 从而提高了摩擦副表面的润滑性 能(如图3a） 。 • (2)在重载和高温条件下，两摩擦 表面间的颗粒被压平，形成一滑 动系，降低了摩擦和磨损。 图3 纳米材料润滑作用模型
09:37:43
（3）氯系极压剂
• 主要品种：含氯29～72％的氯化石蜡等。 • 性能特点：反应活性较高，摩擦系数较小，在极 压条件下可起润滑作用。但遇水即分解HCl，引 起金属腐蚀。 • 作用机理： • ① 有机氯化合物在摩擦下，在金属表面与铁反应 形成氯化亚铁保护膜（层状结构） →而达到减摩 抗磨的作用。 • 而且， 前述各种抗磨极压剂的载荷能力排序如下： 氯系<磷系<硫系
09:37:43
2、边界膜分类
物理吸附膜
化学吸附膜 边界膜
化学反应膜
沉积膜 固体润滑剂膜
牺牲型化学反应膜
第8章 边界层理论基础及绕流运动
ux
∂ux ∂x
+ uy
∂ux ∂y
=
−
1 ρ
∂p ∂x
+
ν
∂ 2u x ∂y 2
∂ux ∂x
+
∂uy ∂y
=
0
边界条件： y =∞（或y = δ），ux = U0 y = 0，ux = 0， uy = 0
其中 U0 = U0(x) =边界层外界限上外部流动的流速 且 p = p(x) = 边界层外界限上外部流动的压强
=
1 2
δ
∫ ∫ δ2 =
δ 0
ux u0
⎜⎜⎝⎛1 −
ux u0
⎟⎟⎠⎞dy
=
δ
1η(1− η)dη = 1 δ
0
6
∫ ∫ ( ) δ3 =
δ 0
ux u0
⎜⎜⎝⎛1 −
ux 2 u0 2
⎟⎟⎠⎞dy
=
δ
1η 1− η2
0
dη = 1 δ 4
10
8.2 边界层微分方程
——利用边界层的性质对粘性流体基本方程（纳维－斯托克斯方 程）的简化。
⎟⎠⎞
=
−δ
dp dx
− τ0
其中: dp/dx和u0应由外部流动求出 → 三个未知量：τ0、δ、ux
应用动量积分方程求解边界层问题的步骤： (1) 补充 ux (x, y)、τ0(δ)关系式，积分方程转变为δ的常微分方程
（2）求解方程 → δ(x) →τ0(x) → 总阻力→ 计算位移厚度等其他 参数。
∫ ∫∫ ∑ 积分形式的动量方程
∂ ∂t
ρurdV
cv
+
cs
ρurundA
摩擦学基础知识
（1）表面被污染，摩擦系数主要取决于材料 组合、表面特征和环境条件。
（2）粘着起作用，摩擦系数开始上升，假如 微凸体断裂，产生旳磨粒将产生犁沟作用， 使摩擦系数升高。
（3）滑动表面旳磨粒数增长，犁沟作用增大， 摩擦系数急剧上升。
（4）进入和离开界面旳磨粒数相等时，摩擦 系数保持不变，即稳定摩擦状态。
摩擦学基础知识
概述
1. 摩擦旳定义：
2. 两个接触物体表面在外力 3. 作用下相互接触并作相对 4. 运动或有运动趋势时，在 5. 接触面之间产生旳切向运 6. 动阻力称为摩擦力，这种 7. 现象就是摩擦。
2 . 摩擦旳分类
1. 摩擦按摩擦副运动状态可分为：
静摩擦：两物体表面产生接触，有相对运动趋势但 还未产生相对运动时旳摩擦。 动摩擦：两相对运动表面之间旳摩擦。 2. 按相对运动旳位移特征分类：
（2）具有牵引力旳滚动---滚动元件受到法向 载荷和牵引力旳作用产生旳滚动形式。
（3）伴随滑动旳滚动---几何形状造成接触面 上切向速度不等时，必将伴有滑动。
3. 滚动摩擦系数
（1）有量纲滚动摩擦系数： 驱动力矩与法向载荷之比，即： μ=FR/W=W´e/W=e
（2）无量纲滚动摩擦系数：
称为滚动阻力系数，数值上等于驱动力矩 在单位距离所作旳功与法向载荷之比，即：
（4）无法解释脆性材料具有旳和金属材料相 同旳摩擦性能。
（5）粘着理论很好解释了“相溶性较大旳金 属之间轻易发生黏着,摩擦系数较大”现象.
对于大多数金属, τb =0.2σs ,计算旳摩擦系数 为 0.2左右.正常大气中测旳摩擦系数都高达 0.5 ,在真空中更高.
5.机械—粘着—犁沟综合作用理论
（了解）当刚性滚轮沿弹性平面滚动时，在 一整周内滚轮走过旳距离要不不小于圆周长。 （了解）当弹性滚轮沿刚性平面滚动时，在 一整周内滚轮走过旳距离要不小于圆周长。
摩擦与润滑基础知识
摩擦与润滑基础知识目录一、摩擦学概述 (3)1. 摩擦定义及分类 (4)2. 摩擦现象产生原因 (5)3. 摩擦学研究内容 (6)二、润滑基础 (7)1. 润滑概念及作用 (8)2. 润滑剂的种类与选择 (9)3. 润滑剂的性能指标 (11)三、摩擦与润滑原理 (13)1. 摩擦原理 (14)（1）干摩擦与湿摩擦 (15)（2）静摩擦与动摩擦 (16)（3）摩擦系数 (17)2. 润滑原理 (17)（1）液体润滑理论 (18)（2）边界润滑理论 (19)（3）混合润滑理论 (20)四、摩擦与润滑影响因素 (21)1. 材料性质影响 (22)2. 载荷影响 (23)3. 速度影响 (24)4. 温度影响 (24)5. 环境影响 (25)五、摩擦与润滑在机械设备中的应用 (26)1. 机械设备中的摩擦现象分析 (28)2. 润滑系统在机械设备中的作用 (29)3. 典型机械设备的润滑设计实例 (30)六、摩擦与润滑的试验方法及设备 (31)1. 摩擦试验方法及设备 (32)2. 润滑试验方法及设备 (33)3. 实验结果分析与评价 (34)七、摩擦与润滑的故障诊断及维护保养 (35)1. 摩擦故障类型及诊断方法 (36)2. 润滑系统故障分析及处理 (38)3. 设备维护保养策略与建议 (39)八、摩擦与润滑的未来发展趋势 (41)1. 新材料在摩擦与润滑领域的应用 (42)2. 智能润滑技术的发展趋势 (43)3. 绿色环保理念在摩擦与润滑领域的应用前景 (44)一、摩擦学概述摩擦学是研究摩擦现象及其产生机理、摩擦过程中的物理和化学变化、摩擦性能和润滑技术的一门科学。
它是机械工程、材料科学、物理学和化学等多个学科的交叉领域。
在现代工程实践中，摩擦学对于提高机械效率和可靠性、节约能源、减少磨损和延长设备寿命等方面具有至关重要的作用。
摩擦是一种普遍存在的物理现象，任何相互接触的物体在相对运动时都会产生摩擦。
摩擦与润滑基础知识【范本模板】
第八章摩擦和润滑第一节摩擦与润滑机理当两个紧密接触的物体沿着它们的接触面作相对运动时,会产生一个阻碍这种运动的阻力,这种现象叫摩擦，这个阻力就叫做摩擦力。
摩擦力与垂直载荷的比值叫做摩擦系数。
摩擦定律可描述如下：(1)摩擦力与法向载荷成正比：F∝P(2)摩擦力与表面接触无关，即与接触面积大小无关。
(3)摩擦力与表面滑动速度的大小无关。
(4)静摩擦力(有运动趋向时)F S大于动摩擦力F K，即Fs＞F K。
摩擦定律公式:F＝f·P或f＝F／P式中F——摩擦力f—-摩擦系数；P-—法向载荷，即接触表面所受的载荷；载荷机器中凡是互相接触和相互之间有相对运动的两个构件组成的联接称为“运动副”（也可称为“摩擦副”)，如滚动轴承里的滚珠与套环；滑动轴承的轴瓦与轴径等等。
任何机器的运转都是靠各种运动副的相对运动来实现，而相对运动时必然伴随着摩擦的发生.摩擦首先是造成不必要的能量损失，其次是使摩擦副相互作用的表面发热、磨损乃至失效。
磨损是运动副表面材料不断损失的现象，它引起了运动副的尺寸和形状的变化，从而导致损坏。
例如油在轴承内运转，轴承孔表面和轴径逐渐磨损，间隙逐渐扩大、发热，使得机器精度和效率下降，伴随着产生冲击载荷，摩擦损失加大,磨损速度加剧，最后使机器失效.润滑是在相对运动部件相互作用表面上涂有润滑物质，把两个相对运动表面隔开，使运动副表面不直接发生磨擦,而只是润滑物质内部分子与分子之间的摩擦。
所以，摩擦是运动副作相对运动时的物理现象,磨损是伴随摩擦而发生的事实，润滑则是减少摩擦、降低磨损的重要措施。
第二节摩擦分类摩擦有许多分类法。
1.按摩擦副运动状态分静磨擦:一个物体沿着另一个物体表面有相对运动趋势时产生的摩擦,叫做静摩擦。
这种摩接力叫做静摩擦力。
静摩擦力随作用于物体上的外力变化而变化。
当外力克服了最大静摩擦力时，物体才开始宏观运动。
动磨擦：一个物体沿着另一个物体表面相对运动时产生的摩擦叫做动摩擦。
设备润滑常识
设备润滑常识1、润滑理论基础:1.1磨擦按润滑状态分类：1.1.1干摩擦：既无润滑又无湿气的摩擦，金属间的摩擦系数达0.3~1.5，磨损严重，发热很多，寿命相对很短。
1.1.2流体摩擦(流体润滑)：两相对运动表面间被一层具有压力的流体完全隔开的摩擦。
它的摩擦阻力很小，只与流体内部的分子运动阻力（即黏度）有关。
摩擦系数约0.01~0.001或更小，摩擦损耗功率小，几乎没有磨损，是一种非常理想的摩擦状态。
1.1.1.1.3边界摩擦（边界润滑）：在摩擦表面间存在一层即具有润滑性能，又能吸附在表面上的极薄的边界膜（一般在0.1um以下），使其处于干摩擦和流体摩擦的边界状态。
摩擦阻力的大小不取决于润滑剂的黏度，而与表面的吸附性质和边界膜有关。
摩擦系数一般为0.15~0.3，能比较有效的降低摩擦阻力和减轻磨损。
边界膜按结构形式分为吸附膜和反应膜a、吸附膜：润滑剂中的极性分子靠分子力吸附在金属表面上，形成定向排列的分子栅，亦称为物理吸附膜。
形成膜既可以是单分子层，也可以是多分子层。
分子间的内聚力使吸附膜具有一定承载能力，能有效的防止两摩擦表面直接接触，构成吸附膜之间的摩擦。
这种边界膜的润滑性能通常称润滑油的油性，在温度、速度和载荷不太高的情况下极易形成并起作用。
此外润滑剂中的活性分子靠离子键吸附在金属表面上，形成另一种熔点低、剪切强度小的化学吸附膜，可防止粘着和降低摩擦力。
在重载、高温时吸附膜很容易破裂，使金属摩擦面直接接触。
b、反应膜：在润滑剂中添加硫、氯、磷等与金属表面进行化学反应生成的膜，称为反应膜，它的熔点高、剪切强度和摩擦系数较低，主要用在重载、高滑动速度和高温作条件下。
1.1.4混合摩擦（混合润滑）：既有边界摩擦又有流体摩擦（即半流体摩擦）的混合状态。
摩擦系数一般为0.1~0.01，能较有效的降低摩擦阻力，减轻磨损。
是一般机械设备在实际工况下最为常见的摩擦方式，尤其是在设备开停车的阶段时通常会发生此类摩擦。
润滑理论——精选推荐
润滑理论润滑理论⼀、润滑的作⽤和类型1.润滑的作⽤润滑的⽬的是在机械设备摩擦副相对运动的表⾯间加⼊润滑剂以降低摩擦阻⼒和能源消耗,减少表⾯磨损,延长使⽤寿命,保证设备正常运转。
润滑的作⽤如下：1)降低摩擦2)减少磨损3)冷却，防⽌胶合4)防⽌腐蚀此外,润滑剂在某些场合可以起阻尼、减振或缓冲作⽤。
润滑剂的流动，可将摩擦表⾯上污染物、磨屑等冲洗带⾛，起清洁作⽤。
有些场合，润滑剂还可起到密封作⽤，减少冷凝⽔、灰尘及其他杂质的侵⼊。
2.润滑的类型1)液体润滑(摩擦),两表⾯完全为润滑剂隔开，摩擦为流体内的粘性阻⼒形成。
2)混合润滑(摩擦)，两表⾯之间⼜有液体润滑状态，⼜有边界润滑状态的混合情况。
3)边界润滑(摩擦)，两表⾯之间由边界膜(吸附膜或化学膜等)形成的润滑。
4)⽆润滑(⼲摩擦)，⽆或很少润滑剂的情况。
流体润滑⾃然是最佳的润滑状态。
形成液体润滑的⽅式主要有：流体动压润滑、弹性流体动压润滑、流体静压润滑等。
⼆、流体动压润滑运动副⼯作时，两⼯作表⾯之间的相对运动可将润滑剂带⼊⼯作区，并建⽴⼀定的油压(动压)⽀撑外载荷，形成油膜,保护⼯作表⾯，形成所谓"流体动压润滑"。
流体动压润滑的形成需要三个条件：1)两表⾯之间有相对的运动（滚动或滑动）； 2)两表⾯之间有楔形间隙，润滑油从⼤⼝进⼊；3)两表⾯之间有润滑剂(有粘度)。
这就是所谓的流体动压润滑三要素。
动压润滑理论就是探讨间隙中流体的流动、压⼒等关系。
1886年雷诺导出了经典的Reynolds ⽅程。
1.雷诺⽅程雷诺⽅程是流体润滑理论的基本⽅程：4) 变密度效应。
在密度等随时间变化的场合,雷诺⽅程可写成:雷诺⽅程假设条件: 1)忽略体积⼒的作⽤。
2)沿流体膜厚度⽅向,流体压⼒不变。
3)与流体膜厚度相⽐较,轴承表⾯的屈率半径很⼤,因此,不需要考虑流体速度⽅向的变化。
2.雷诺⽅程的求解 1)压⼒分布从理论上讲,当运动速度和润滑剂粘度已知时,对于给定的间隙形状h(x,y)和边界条件,将雷诺⽅程积分,既可求得压⼒分布p(x,y)。
摩擦与润滑(1-7章)总结
第一章摩擦学绪论摩擦力：两个相互接触的物体，在外力的作用下，发生相对运动时，阻碍运动的阻力。
根据两个摩擦物体状态不同分为：固体与固体的摩擦、固体与液体的摩擦、固体与气体的摩擦。
磨损：摩擦副之间发生相对运动时引起接触表面材料的迁移或脱落过程。
磨损和摩擦热是摩擦的必然结果。
润滑：在两个相对运动的表面之间施加润滑剂，以减少摩擦和磨损的过程。
摩擦理论的两种学说：凹凸说：认为摩擦的起因是一个凹凸不平的表面沿另一个表面上的微凸物体上升所做的功。
粘附说：认为摩擦的起因是接触摩擦区两表面之间分子的粘附作用。
研究摩擦的意义：1、降低金属成形过程力能的消耗；2、提高生产效率；3、改进成形制品质量，减少金属损失。
4、节约用水，减少酸液的使用。
第二章表面性质与表面接触按照凹凸不平的几何特征和形成原因，实际的金属表面形貌是由形状偏差、波纹偏差和表面粗糙度组成。
常用粗糙度：Ra（中线平均值）、Rs（均方根值）表面粗糙度的测量通常用显微镜和表面轮廓仪，其中表面轮廓仪不仅可以测量全部16个表面参数，而且还可以得到表面轮廓的图形。
➢表面吸附根据吸附膜的性质不同分为物理吸附和化学吸附。
物理吸附：在气体与固体的表面接触时，由于分子间的作用力（范德华力）而产生的吸附，其特征是不改变吸附层的分子结构或电子分布，吸附能力较弱。
当温度升高时易发生解吸。
化学吸附：在接触面上分子间发生了电子交换，或是电子对的偏移，电子分布发生变化而形成的化学结合力。
吸附能力比物理吸附大，在较高温度时才能解吸。
接触面积：表观接触面积（或名义接触面积，用Aa表示）、轮廓接触面积（Ac）、实际接触面积（Ar）。
实际接触面积是很小的，一般只占表观接触面积的0.01%-1%，但是当接触表面发生相对运动时，实际接触面积对摩擦和磨损却起着决定作用。
➢润滑条件下金属的的表面粗糙化：在金属成形过程中，工模具与变形金属接触表面之间，当存在连续的足够厚度的润滑油时，由于过后的油膜阻碍了金属表面与工模具的直接接触，变形过程中金属的表面如同自由表面变形，导致变形后表面差生粗糙化现象。
摩擦学原理-边界和分子膜润滑
如极性分子与金属表面形成金属皂，
CnH2n+1COOM
金属
特点： 化学吸附是不可逆的。
3. 边界润滑模型
• 自1922年Hardy提出边界润滑的概念以来边界 润滑理论已有了较大的发展；
• 先 后 出 现 了 Bowden 模 型 、 Adamson 模 型 、 Kingsbury模型、Cameron模型、Cobblestone模 型、混合模型等；
存在问题： • 没有考虑压力对润滑分子的影响; • 没有考虑吸附分子排列方式的影响; • 没有考虑结构影响，如分子长链、大小等。
3.5 Cameron模型
英国三大家： ➢建桥：Bowden, Tabor, Jonhsm, 结合（固体润滑） 流变特性； ➢理国理工：Cameron, Spikes, EHL测试； ➢Leads, Dowson, Talyer 计算。
2. 物理吸附与化学吸附
物理吸附：
当固体表面依靠范德华（Van der Waals）力与介质 中的液体或气体分子相结合而形成定向排列的吸附 层，这种吸附称为物理吸附。
特点： • 吸附分子与固体表面间不发生电子交换； • 物理吸附是可逆的。
2. 物理吸附与化学吸附
化学吸附: 固体表面与液体求气体中的吸附分子间的
一、边界润滑
1. 边界润滑定义 2. 物理吸附与化学吸附 3. 边界润滑模型
1. 边界润滑定义
• 采用不具有流体效应的表面膜进行润滑的 工况叫边界润滑。
• 表面吸附膜或反应膜进行润滑的工况叫边 界润滑。
• 由于润滑分子与固体表面的相互作用而形成 一层具有润滑作用的界面膜在摩擦过程起主 要润滑作用，该种润滑状态叫边界润滑。
磨擦磨损及润滑概述.ppt
润滑方法和润滑装置
机械设备的润滑，主要集中在传动件和支承件上。 油润滑的方法大概有四种：
集中润滑或分散润滑 连续润滑或间歇润滑 压力润滑或无压力润滑 循环式润滑或非循环式润滑
分散润滑比集中润滑简便。 对于轻载、低速的磨擦副可采用间歇无压力润滑或间歇压 力润滑，利用油壶、油枪将油注入油杯进行润滑。 连续无压力润滑可采用油绳、油垫、针阀式油杯、油环、油 轮等润滑装置。而连续压力润滑需采用油泵、喷咀装置，高 速时还可采用油雾发生器实现油雾润滑。
边界膜
弹性变形
3、边界磨擦（润滑）
两摩擦表面被吸附在表 面的边界膜隔开，使其处 于干摩擦和液体摩擦之间 塑性变的形状态，这种摩擦称为边 界摩擦。
液体 边界膜
4、混合磨擦（润滑）
处于干摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态，称为 混合摩擦。
磨损
运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐损失， 这种现象称为磨损。
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。
氧化磨损 特殊介质腐蚀磨பைடு நூலகம் 气蚀磨损
2.2润滑
在摩擦副间加入润滑剂，以降低摩擦，减轻磨损，这种 措施称为润滑。
润滑的主要作用： （1）减小摩擦系数，提高机械效率； （2）减轻磨损，延长机械的使用寿命； （3）可以起到冷却、防尘以及吸振等作用。
3、疲劳磨损（点蚀）
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，形成许多月牙型浅 坑，这种现象称为疲劳磨损，也称点蚀。
2,边界摩擦（边界
1第十五章 滑动轴承（一）教学要求1、 了解滑动轴承特点、分类和主要结构，滑动轴承的材料、润滑方式，了解非流体摩擦滑动轴承的计算方法2、 了解流体动压润滑滑动轴承计算，主要参数选择，了解其它型式滑动轴承（二）教学的重点与难点1、 非流体摩擦滑动轴承的设计计算2、 流体动压滑动轴承的承载能力及影响因素（三）教学内容轴承——支承轴颈使轴作回转运动，分：滑动轴承；滚动轴承 一、滑动轴承类型：按承载：向心轴承（受Fr ）；推力轴承（受Fa ） 二、滑动轴承的特点优点：1）承载能力高；2）工作平稳可靠、噪声低；3）径向尺寸小；4）精度高；5）流体润滑时，摩擦、磨损较小；6）油膜有一定的吸振能力缺点：1）非流体摩擦滑动轴承、摩擦较大，磨损严重。
2）流体摩擦轴承在起动、行车、载荷、转速比较大的情况下难于实现；3）流体摩擦其设计、制造、维护费用较高。
三、应用：1）n 特高或特低；2）对回转精度要求特别高的轴；3）承受特大载荷；4）冲击、振动较大时；5）特殊工作条件下的轴承；6）径向尺寸受限制或轴承要做成剖分式的结构 例：机床、汽轮机、发电机、轧钢机、大型电机、内燃机、铁路机车、仪表、天文望远镜等。
§15-1 摩擦状态一、摩擦及其分类根据摩擦面间存在润滑剂的状况，干摩擦 最低要求滑动摩擦 液体摩擦（液体润滑） 最理想 如图所示 边界摩擦（边界润滑） 最不利 混合摩擦（混合润滑） 最常见1、干摩擦——两摩擦表面直接接触，不加入任何润滑剂的摩擦。
2、边界摩擦（边界润滑）——摩擦面上有一层边界膜起润滑作用。
3、液体摩擦（润滑）——摩擦表面间的润滑膜厚度大到足以将两个表面的轮廓完全隔开时，即形成了全液体摩擦，f极小，是理想摩擦状态。
4、混合摩擦（润滑）——在实践中有很多摩擦副处于干摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态，称为混合摩擦。
图15—1d为摩擦副的摩擦特性曲线，这条曲线是由实验得到的。
§15-2滑动轴承的结构形式一、向心滑动轴承图15-2，为剖分式径向滑动轴承，由轴承座，轴承盖，剖分轴瓦（附轴承衬）、双头螺柱（调整垫片）等，轴瓦表面有油沟，油通过油孔、油沟而流向轴颈表面，轴瓦一般水平剖分，也有倾斜剖分。
自动控制原理课程简介
目录1.课程名称：《自动控制原理》 (1)2.课程名称：《半导体器件物理》 (6)3.课程名称：《微电子封装工程》 (9)4.课程名称：《微电子制造学》 (12)5.课程名称：《材料成型加工Ⅰ》 (20)6.课程名称：《金属塑性成形原理》 (23)7.课程名称：《光电检测技术》 (27)8.课程名称：《集成电路工艺原理》 (33)9.课程名称：《集成光子器件制造理论与技术》 (37)10.课程名称：《传感器原理和技术》 (40)11.课程名称：《MEMS技术》 (48)12.课程名称：《微电子制造装备》 (53)13.课程名称：《压电学与超声驱动》 (58)14.课程名称：《光纤通信器件与技术》 (61)15.课程名称：《工程热力学》 (67)16.课程名称：《传热学》 (70)17.课程名称：《机械振动》 (73)18.课程名称：《有限单元法》 (76)19.课程名称：《金属凝固及控制》 (79)20.课程名称：《材料成型加工Ⅱ》 (83)21.课程名称：《材料成型的计算机仿真》 (86)22.课程名称：《摩擦学》 (91)23.课程名称：《工程图学》 (95)24.课程名称：《C及C++可视化程序设计》 (101)25.课程名称：《工程制图》 (105)26.课程名称：《工程制图基础》 (110)27.课程名称：《现代设计方法》 (114)28.课程名称：《机械原理》 (118)29.课程名称：《机械设计》 (123)30.课程名称：《机械设计基础Ⅱ》 (128)32.课程名称：《机械设计学》 (140)33.课程名称：《轨道车辆工程》 (143)34.课程名称：《工程机械底盘》 (146)35.课程名称：《现代工程实验方法》 (152)36.课程名称：《内燃机构造与原理》 (155)37.课程名称：《车辆液压传动系统设计》 (159)38.课程名称：《高速铁路养护设备》 (163)39.课程名称：《车辆动力学》 (167)40.课程名称：《金属结构设计及计算》 (171)41.课程名称：《车辆电传动及控制》 (175)42.课程名称：《流体力学》 (178)43.课程名称：《互换性与测量技术》 (183)44.课程名称：《机械制造工艺学》 (187)45.课程名称：《机械制造装备技术》 (190)46.课程名称：《计算机辅助制造》 (194)47.课程名称：《金属成形与模具设计》 (198)48.课程名称：《非金属成型与模具设计》 (204)49.课程名称：《机械工程材料》 (208)50.课程名称：《先进制造技术导论》 (215)51.课程名称：《机床数控原理与系统》 (220)52.课程名称：《数控加工编程与应用》 (223)53.课程名称：《计算机辅助工艺设计》 (226)54.课程名称：《金属切削原理与刀具》 (230)55.课程名称：《现代模具制造技术》 (235)56.课程名称：《模具CAD/CAM》 (239)57.课程名称：《热流道模具设计》 (242)58.课程名称：《注射成型过程计算机模拟技术》 (246)59.课程名称：《机械制造工艺学》 (250)60.课程名称：《极限配合与测量技术基础》 (253)61.课程名称：《工程机械机电液一体化》 (257)62.课程名称：《电液比例控制技术》 (260)64.课程名称：《设备管理》 (268)65.课程名称：《机电一体化系统设计》 (273)66.课程名称：《机电传动控制》 (276)67.课程名称：《机械工程控制基础》 (279)68.课程名称：《机械工程测试技术》 (283)69.课程名称：《液压传动与控制》 (286)70.课程名称：《微机原理与应用》 (289)71.课程名称：《可编程序控制器原理及应用》 (293)72.课程名称：《数控技术》 (297)73.课程名称：《单片机接口技术》 (300)74.课程名称：《计算机控制系统》 (304)75.课程名称：《工业机器人导论》 (308)76.课程名称：《机械系统动力学建模与分析》 (311)77.课程名称：《控制系统数字仿真》 (314)《自动控制原理》课程简介课程编号：08010011课程名称：自动控制原理英文名称：Principles of Automatic Control学时与学分：40/2.5先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《电路分析》、《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》等课程简介：《自动控制原理》是一门探索自动控制系统普遍规律的学科。
边界润滑
存在问题： • 没有考虑压力对润滑分子的影响; • 没有考虑吸附分子排列方式的影响; • 没有考虑分子结构影响，如分子链长、大小等。
3.5 Cameron模型
英国三大摩擦学研究机构： 剑桥：Bowden, Tabor, Johnson, (固体润滑、流变 特性)； 帝国理工：Cameron, Spikes (EHL和测量技术)； University of Leads： Dowson, Tayler (EHL计算）， J. Fisher（生物润滑）。 1960年，Cameron根据分子统计规律，认为摩擦副表 面间的摩擦力主要由分子间的范德华引力造成，由此推 导出引力能。
Arthur W. Adamson (1919-2003)
He was founding editor of Langmuir, the ACS Journal of Surfaces and Colloids, and he was chairman of the ACS Division of Colloid and Surface Chemistry.
边界润滑和分子膜润滑
摩擦学原理
清华大学摩擦学国家重点实验室 2010年
目 录
一、边界润滑
边界润滑定义
物理吸附与化学吸附
边界润滑模型
二、分子膜润滑 三、摩擦控制
1. 边界润滑
1. 边界润滑
Luo JB,Wen SZ, and Huang P, Wear, 1996
1. 边界润滑定义
3.3 Adamson模型－1960年
• •
Adamson在Bowden模型的基础上，考虑了压力的影响，给出 了润滑膜的加压模型。 认为只有在小负荷时，Bowden模型才能成立。在正常压力下， 金属接触区几乎不变化，金属的表面变形不足以将润滑膜挤 走，但足以使其产生微量压缩，即施加机械压力于膜上。 在压力作用下，液体的逃逸趋势和蒸气压增加，使一部分长 链分子平躺着。
合工大,摩檫学
影响边界膜润滑性能的主要因素
分子结构的影响
温度的影响 速度的影响 载荷的影响 表面粗糙度的影响
（一）分子结构的影响 研究表明，分子链长度、极性基团和分子膜的层数 对边界膜的润滑性能有明显影响。一般情况下，分子链 增长、末端基团的极性强以及分子膜的层数增加时，摩 擦系数就下降。 （二）温度的影响 边界润滑中，各种吸附膜都只能在一定温度范围内 起作用，超过此温度范围，吸附膜就会脱解吸附，导致 润滑失效，摩擦系数和磨损就迅速增大。 物理吸附膜的摩擦系数随温度升高而增大，其临界 温度相当于润滑剂本身的熔点。
边界膜
边界膜形成机理：润滑剂和固体表面相互作用 物理吸附作用 化学吸附作用 化学反应作用 边界膜的几个概念 生成边界膜的方法：在润滑油中加入油性添加 剂或极压添加剂。
物理吸附作用
润滑剂分子由分子吸引力紧贴在金属表面而形成。 物理吸附作用的熔点低，受热易解吸，方向散乱乃至 薄膜熔化，只能在低速、轻载的工况下工作。
化学吸附膜的摩擦系数在一定温度范围内无很大 变化，直到临界温度才突然增大，其临界温度大体上 相当于膜的熔化温度。 温度低时，不形成化学反应膜。高温下，才能形 成化学反应膜。 （三）速度的影响 在平稳的摩擦情况下，大约在0.001～2cm/s的范 围内，摩擦系数不受速度影响而保持定值。只有在速 度很低时，即在静摩擦向动摩擦过渡的速度范围内， 对于吸附膜，其摩擦系数随速度增加而下降，下降到 某一值后，随着速度增加，摩擦系数几乎保持常值； 对于反应膜，则其摩擦系数随速度增大而增大，增大 到某一值后，持续地保持某一定值。
“爬行”现象
“爬行”现象的概念 “爬行现象”的机械模型 “爬行”现象的直观解释 “爬行”现象的微观解释 消除“爬行”现象的措施和方法
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.3 化学膜 （1）表面的化学活有关 极性添加剂对不活泼金属（Pt,Ag,Ni,Cr)减 摩效果不明显。 （2）油性剂分子链长度：同系物中，一般随 着碳链的增长，润滑效果增强，碳原子 数须在12以上才的润滑效果。这主是分 子之间的侧向吸引力增加，油膜更加稳 定。 （3）极性功能团：耐磨效果而言，胺>酸> 醇>酯，双功能团>单功能团
– S+Fe→FeS2 – Cl-+ Fe→FeCl2或FeCl3 – PO43-+ Fe→FePO4
• 减摩抗磨机理在于反应膜 的剪切强度低，它用 膜之间的低剪切力替代了金属粘着点的高剪切 力，用缓慢的腐蚀磨损替代了剧烈的粘着磨损。 • 氧化膜：金属在空气中生成化学反应膜，干磨 擦条件下，能起瞬间润滑作用。
反应膜
1.4 固体表面应具备的特性
（1）高表面能：如金属； （2）良好的润湿性能：小接触角； （3）有化学活性，有极性功能团和悬挂键， 能与润滑油进行一定化学反应； （4）亲油疏水性；
二、润滑剂边界润滑膜行为
2.1 吸附膜 吸附膜能降低接触界面的表面能，减少摩 擦幅间的直接接触而减少摩擦。 如氧化膜、水气膜、有机膜 2.2 分子层数 随着吸附分子层数的增加，摩擦力下降。 当分子层到7~10层数时，液膜的切应力才 降到宏观值。
• 特点
– – – – 在金属表面膜，以降低固固接触时的表面损伤。 润滑的有效性由油膜的物理-化学性能所决定 边界润滑膜的形成还取决于运动工况。 边界润滑是一种综合复杂现象。在机械运转中，边 界润滑和流体动压润滑混合发生或交替发生。
一、形成边界膜的物理-化学机理
1.1 物理吸附：范德华 力作用下分子吸附在 金属表面（如矿物油 吸附）。吸附膜可以 是多分子层或单分子 层。吸附热小、吸附 强度低，临界温度约 为100℃，只能适用 于低载、低速、低温 条件。
物理吸附润滑模型
形成边界膜的物理-化学机理(2)
1.2 化学吸附：分子通 过化学键与金属表面 连接成一个单分子层 的吸附膜（如油酸吸 附）。吸附热较大、 吸附强度高，临界温 度约为200~ 300 ℃， 能适用于中载、中速、 中温条件。
形成边界膜的物理-化学机机理(3)
• 1.3 化学反应膜：含有S、P、Cl等活性原子的 添加剂在摩擦高温下与金属表面发生化学反应， 生成低剪切应力的化学反应膜。 反应膜的强度 高于吸附膜，可适用于高载、高速、高温条件。
边界润滑模型
三、边界润滑机理
• 在法向载荷作用下，相对运动的微凸体接触增加，部 分接触点处边界膜破裂，产生金属间的接触。摩擦力 等于粘附点的剪切力和边界膜分子的剪切力之和。 • 摩擦力： F=αArτ+(1- α) Arτα =Ar[ατ+(1- α) τα]
Ar:真实接触面积， α金属直接接触所占的比例 τ ：粘附点的剪切强度，τα：边界膜分子的强度
若α →0，即边界膜起决定作用时，
a s
边界润滑剂
• 非极性润滑剂：低W、T下，形成物理吸附膜 烃类物质、基础油 • 油性剂：中低W、T、V条件下，与金属表面形 成吸附膜，起边界润滑作用。含有极性基团， 如动植物油，脂肪酸、醇、酯、胺等。 • 抗磨剂：中等W、T条件下，与金属表面反应 生成化学反应膜，主要作用为减磨。磷酸酯， 硼酸酯胺盐和金属盐（如锌盐、铋盐） • 极压剂：高的W、T条件下，与金属表面反应 生成化学反应膜，主要作用为防胶后（烧结） 如含S、Cl、P的添加剂。
边界的协同效应
边界润滑理论
• • • • • 概述 边界润滑膜 边界润滑机理 边界润滑剂 提高边界膜性能的措施
概述
• 1922年英国学者HARDY第一次提出了“边界 润滑”的概念。他和达勃注意到当摩擦表面靠得很
近时，决定表面摩擦学性质的是润滑剂和表面之间相 互作用所生成的边界润滑膜的物理特性，他们称这种 润滑状态为“边界润滑”。
• 载荷：W=Ar[ασs+(1- α) σs f]
σs金属抗压强度，σs f边界膜的屈服极限，一般两种
相差不大，取一平均值
s , 使 s sW Ar s
可得摩擦因数为：
F Ar[ (1 ) a ] (1 ) a W Ar s s