机械设计摩擦磨损及润滑解析
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静 摩 擦：仅有相对运动趋势时的摩擦。
动 摩 擦：在相对运动进行中的摩擦。 滑动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滑动。 滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动。
三、 滑动摩擦状态
1. 干摩擦
两零件表面直接接触后，因为微观局部压 力高而形成许多冷焊点，运动时被剪切。
→功耗↑ 磨损↑ 温度↑ →烧毁轴瓦
磨损的机理： 磨损类型：
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
微动磨损—是指摩擦副在微幅运动时，由上述各磨损 机理共同形成的复合磨损。微幅运动可理 解为不足以使磨粒脱离摩擦副的相对运动。
应用实例：轴与孔的过盈配合面、滚动轴承套圈的 配合面、旋合螺纹的工作面、铆钉的工作面等。
润滑
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损
潘存云教授研制
微动磨损
粘附磨损—也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作 用的各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷 焊”后，在相对运动时，材料从一个表面迁 移到另一个表面，便形成粘附磨损。严重 的粘附磨损会造成运动副咬死。
磨损的机理： 磨损类型：
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
称无量纲参数ηn/p为轴承特 性数。 η-动力粘度，p-压强 ，n-每秒转数
液体摩擦
摩擦学研究的最新进展： 微－纳米摩擦学理论
o
潘存云教授研制
摩擦特性曲线 ηn/p
可实现： f ≤0.001 ----超润滑摩擦状态。
磨损
磨损—由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。 后果—降低机器的效率和可靠性，甚至促使机器提前报废。
不允许出现干摩擦！
2. 边界摩擦 运动副表面有一层厚度<1 μm的薄油膜， 不足以将两金属表面完全分开，其表面 部分微观高峰部分仍将相互搓削。
比干摩擦的磨损轻，f ≈ 0.1 ~ 0.3
3. 液体摩擦 有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此 不直接接触。是理想的摩擦状态。
摩擦和磨损极轻，f ≈ 0.001 ~ 0.01
一、摩擦的机理
摩擦
▲ “机械说” --摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用；
▲ “分子说” --摩擦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。
二、摩擦的分类
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。
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。
磨损过程大致如图所示：
磨损量 磨损曲线
▲磨合阶段----包括摩擦表
面轮廓峰的形状变化和表面
材料被加工硬化两个过程。
时间
它是磨损的不稳定阶段，在整个寿命周期内时间很短。磨合阶段
▲稳定磨损阶段----零件在
稳定磨损阶段
机器的寿命
平稳而缓慢的速度下磨损。
剧烈磨 损阶段
它标志着磨擦条件相对稳定。
▲剧烈磨损阶段----在经过稳定磨损阶段后，零件表面遭
潘存云教授研制
疲劳磨损—也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在 交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的 材料疲劳所引起的机械磨损。点蚀过程： 产生初始疲劳裂纹→扩展→ 微粒脱落，形 成点蚀坑。
磨损的机理： 磨损类型：
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
潘存云教授研制
冲蚀磨损—流动的液体或气体中所夹带的硬质物体或硬 质颗粒冲击零件表面所引起的机械磨损。利
到破坏，运动副间隙增大引起而外的动载荷和振动。零
件即将进入报废阶段。
设计机器时，要求缩短磨合期、延长稳定期、推迟剧烈 磨损期的到来。
磨损的分类：
磨损 类型
按磨损机理分
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损
潘存云教授研制
摩擦 、磨损、润滑
摩擦学----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。
▲ 摩擦--相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象；
▲ 磨损--由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；
▲ 润滑--减轻摩擦和磨损所应采取的措施。关科于构摩成擦了摩、擦磨学损(与Tr润ibo滑lo的gy学)。
一、 润滑剂 作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。
分类
气体润滑剂----空气 液体润滑剂----润滑油 半固体润滑剂----润滑脂 固体润滑剂
1. 润滑油
有机油----动、植物油
种类： 矿物油----石油产品，
化学合成油
矿物油来源充足、成本低廉、稳定性好、因而应用最广。
2. 润滑脂
----润滑油与各种稠化剂（钙、钠、 铝、锂等金属皂）混合稠化而成。
世界上使用的能源大约有 1/3~1/2 消耗于摩擦。
机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而
报废和更换的。
减少摩擦
随着科学技术的发展，摩擦学的理论和应用必将由宏
节省能源； 观进入微观，由静态进入动态，由定性进入定量，成 为系统综合研究的领域。
减少磨损
降低设备维修次数和费用，节省制造零
件及其所需材料的费用。
优点：密封简单、不需要经常添加、不易 流失；对速度和温度不敏感，适用范围广。
腐蚀磨损
微动磨损
磨粒磨损—也简称磨损，外部进入摩擦面间的游离硬颗 粒（如空气中的尘土或磨损造成的金属微粒）或硬的轮 廓峰尖在软材料表面上犁刨出很多沟纹时被移去的材料， 一部分流动到沟纹两旁，一部分则形成一连串的碎片脱 落下来成为新的游离颗粒，这样的微粒切削过程就叫磨 粒磨损。
磨损的机理： 磨粒磨损
vv
潘存云教授研制
v
潘存云教授研制
v
潘存云教授研制
4. 混合摩擦 混合摩擦是指摩擦表面间处于边界
v
摩擦和流体摩擦的混合状态。混合摩擦
能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边
潘存云教授研制
界摩擦时要小得多。
边界摩擦和混合摩擦在 工程实际中很难区分，常统 称为不完全液体摩擦。
边界摩擦 f
混合摩擦
在一般机器中，处于后三种情况的混合状态。
用高压空气输送型砂或高压水输送碎石时，
管道内壁所产生的机械磨损是实例之一。。
近年来，由于燃气涡轮机的叶片、火箭发动机的尾喷管这样一些部位的破坏， 才引起人们对这种磨损形式的特别注意
ຫໍສະໝຸດ Baidu
磨损的机理： 磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
腐蚀磨损—当摩擦表面材料在环境的化学或电化学作 用下引起腐蚀，在摩擦副相对运动时所产 生的磨损即为腐蚀磨损。
动 摩 擦：在相对运动进行中的摩擦。 滑动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滑动。 滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动。
三、 滑动摩擦状态
1. 干摩擦
两零件表面直接接触后，因为微观局部压 力高而形成许多冷焊点，运动时被剪切。
→功耗↑ 磨损↑ 温度↑ →烧毁轴瓦
磨损的机理： 磨损类型：
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
微动磨损—是指摩擦副在微幅运动时，由上述各磨损 机理共同形成的复合磨损。微幅运动可理 解为不足以使磨粒脱离摩擦副的相对运动。
应用实例：轴与孔的过盈配合面、滚动轴承套圈的 配合面、旋合螺纹的工作面、铆钉的工作面等。
润滑
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损
潘存云教授研制
微动磨损
粘附磨损—也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作 用的各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷 焊”后，在相对运动时，材料从一个表面迁 移到另一个表面，便形成粘附磨损。严重 的粘附磨损会造成运动副咬死。
磨损的机理： 磨损类型：
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
称无量纲参数ηn/p为轴承特 性数。 η-动力粘度，p-压强 ，n-每秒转数
液体摩擦
摩擦学研究的最新进展： 微－纳米摩擦学理论
o
潘存云教授研制
摩擦特性曲线 ηn/p
可实现： f ≤0.001 ----超润滑摩擦状态。
磨损
磨损—由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。 后果—降低机器的效率和可靠性，甚至促使机器提前报废。
不允许出现干摩擦！
2. 边界摩擦 运动副表面有一层厚度<1 μm的薄油膜， 不足以将两金属表面完全分开，其表面 部分微观高峰部分仍将相互搓削。
比干摩擦的磨损轻，f ≈ 0.1 ~ 0.3
3. 液体摩擦 有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此 不直接接触。是理想的摩擦状态。
摩擦和磨损极轻，f ≈ 0.001 ~ 0.01
一、摩擦的机理
摩擦
▲ “机械说” --摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用；
▲ “分子说” --摩擦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。
二、摩擦的分类
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。
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。
磨损过程大致如图所示：
磨损量 磨损曲线
▲磨合阶段----包括摩擦表
面轮廓峰的形状变化和表面
材料被加工硬化两个过程。
时间
它是磨损的不稳定阶段，在整个寿命周期内时间很短。磨合阶段
▲稳定磨损阶段----零件在
稳定磨损阶段
机器的寿命
平稳而缓慢的速度下磨损。
剧烈磨 损阶段
它标志着磨擦条件相对稳定。
▲剧烈磨损阶段----在经过稳定磨损阶段后，零件表面遭
潘存云教授研制
疲劳磨损—也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在 交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的 材料疲劳所引起的机械磨损。点蚀过程： 产生初始疲劳裂纹→扩展→ 微粒脱落，形 成点蚀坑。
磨损的机理： 磨损类型：
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
潘存云教授研制
冲蚀磨损—流动的液体或气体中所夹带的硬质物体或硬 质颗粒冲击零件表面所引起的机械磨损。利
到破坏，运动副间隙增大引起而外的动载荷和振动。零
件即将进入报废阶段。
设计机器时，要求缩短磨合期、延长稳定期、推迟剧烈 磨损期的到来。
磨损的分类：
磨损 类型
按磨损机理分
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损
潘存云教授研制
摩擦 、磨损、润滑
摩擦学----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。
▲ 摩擦--相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象；
▲ 磨损--由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；
▲ 润滑--减轻摩擦和磨损所应采取的措施。关科于构摩成擦了摩、擦磨学损(与Tr润ibo滑lo的gy学)。
一、 润滑剂 作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。
分类
气体润滑剂----空气 液体润滑剂----润滑油 半固体润滑剂----润滑脂 固体润滑剂
1. 润滑油
有机油----动、植物油
种类： 矿物油----石油产品，
化学合成油
矿物油来源充足、成本低廉、稳定性好、因而应用最广。
2. 润滑脂
----润滑油与各种稠化剂（钙、钠、 铝、锂等金属皂）混合稠化而成。
世界上使用的能源大约有 1/3~1/2 消耗于摩擦。
机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而
报废和更换的。
减少摩擦
随着科学技术的发展，摩擦学的理论和应用必将由宏
节省能源； 观进入微观，由静态进入动态，由定性进入定量，成 为系统综合研究的领域。
减少磨损
降低设备维修次数和费用，节省制造零
件及其所需材料的费用。
优点：密封简单、不需要经常添加、不易 流失；对速度和温度不敏感，适用范围广。
腐蚀磨损
微动磨损
磨粒磨损—也简称磨损，外部进入摩擦面间的游离硬颗 粒（如空气中的尘土或磨损造成的金属微粒）或硬的轮 廓峰尖在软材料表面上犁刨出很多沟纹时被移去的材料， 一部分流动到沟纹两旁，一部分则形成一连串的碎片脱 落下来成为新的游离颗粒，这样的微粒切削过程就叫磨 粒磨损。
磨损的机理： 磨粒磨损
vv
潘存云教授研制
v
潘存云教授研制
v
潘存云教授研制
4. 混合摩擦 混合摩擦是指摩擦表面间处于边界
v
摩擦和流体摩擦的混合状态。混合摩擦
能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边
潘存云教授研制
界摩擦时要小得多。
边界摩擦和混合摩擦在 工程实际中很难区分，常统 称为不完全液体摩擦。
边界摩擦 f
混合摩擦
在一般机器中，处于后三种情况的混合状态。
用高压空气输送型砂或高压水输送碎石时，
管道内壁所产生的机械磨损是实例之一。。
近年来，由于燃气涡轮机的叶片、火箭发动机的尾喷管这样一些部位的破坏， 才引起人们对这种磨损形式的特别注意
ຫໍສະໝຸດ Baidu
磨损的机理： 磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
腐蚀磨损—当摩擦表面材料在环境的化学或电化学作 用下引起腐蚀，在摩擦副相对运动时所产 生的磨损即为腐蚀磨损。