机械设计基础第2章摩擦磨损及润滑概述精品PPT课件

2、边界摩擦
运动副的摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开,起到一定 润滑作用，但由于边界膜较薄，因此磨损不可避免。
摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能即化学性质。 边界摩擦摩擦系数f≈0.1；(膜厚比λ≤1)
按边界膜形成机理，边界膜分为： 物理吸附膜（极性分子） 化学吸附膜（化学键） 反应膜
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§2-3 润滑剂、添加剂和润滑办法
一、润滑剂 作用：减小摩擦、磨损；散热降温；缓冲、吸振；密封
液体（如油、水及液态金属）
分类
气体（如空气或其他气态工作介质） 半固体（如润滑脂）
固体（如石墨、二硫化钼、聚四氟乙稀）
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❖2、磨粒磨损 也简称磨损。外部进入的硬质颗 粒或摩擦表面上的硬质突出物在较软材料的表面上 进行微切削（犁刨出很多沟纹时被移去的材料）的 过程叫磨粒磨损 。
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3、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磨损。
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断损耗或转移，即形成磨损 ； 磨损是造成零件失效和材料损耗的主要原因
润滑——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)。
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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摩擦的二重性 • 消极影响： 消耗能源；
3、流体摩擦
流体摩擦：指运动副的摩擦表面 被润滑膜完全隔开（λ>3～4） 摩擦性质取决于流体内部分子间 粘性阻力的摩擦。 流体摩擦时的摩擦系数最小 （f=0.001～0.008），无磨损 产生。
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4、混合摩擦
摩 擦3
混合摩擦：摩擦表面间处于边 界摩擦和流体摩擦的混合状 态（=1～3） 。
破坏精度（包括磨损和爬行）； 增大噪声 • 积极作用： 驱动(摩擦轮、无级变速、带传动） 缓冲，如宇航员座椅； 自锁、制动，如汽车拖拉机的摩擦制动器等
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全世界工业部门使用的能源中，约有1/3～1/2 最终以各种形式损耗在摩擦上。
磨损造成的损失是摩擦损失的12倍。在失效的 机械零件中，大约有80是由于各种形式的磨损所 造成。
第2章 摩擦、磨损与润滑概述
§2-0 概 述 §2-1 摩 擦 §2-2 磨 损 §2-3 润滑剂、添加剂和润滑方法 §2-4 流体润滑原理简介 §2-5 密封
§2-0 概 述
摩擦——两个接触表面作相对运动或有相对运动趋势时，
阻止其产生相对运动的现象；摩擦是引起能量损耗的主要 原因
磨损——由于摩擦引起的摩擦能耗和导致表面材料的不
磨损分类： 磨损结果
磨损机理
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点蚀磨损 胶合磨损 擦伤磨损
粘附磨损 磨粒磨损 疲劳磨损 流体磨粒磨损和冲蚀磨损 机械化学磨损（腐蚀磨损） 微动磨损（微动损伤）
❖1、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。
滑动摩擦
干摩擦 边界摩擦 流体摩擦 混合摩擦
边界润滑 流体润滑 混合润滑
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通常用膜厚比来估计两滑动表面的摩擦状态
hm in/(R2q1R2q2)1/2
h —m in —两滑动表面间，最小公称油膜厚度； ( m ) Rq1 , R—q 2 —分别为两表面轮廓均方根偏差； ( m )
—1 —边界摩擦 1—~3—混合摩擦。
1、磨合阶段：
表面轮廓峰的形状变化 表面材料被加工硬化
▪2、稳定磨损阶段:
代表零件使用寿命的长短。
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▪3、剧烈磨损阶段:即将报废阶段。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 。
结论：
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力求缩短磨合期， 延长稳定磨损期， 推迟剧烈磨损的到来。
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。
磨损二重性
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。
另外，工程上也有不少利用磨损作业的场合，如精加工中的 磨削及抛光，机器的磨合等。
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零件的磨损过程：
混合摩擦能有效降低摩擦阻力， 其摩擦系数比边界摩擦时要小 得多。
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5、薄膜润滑状态
介于流体摩擦和边界摩擦之间，薄膜厚度仅几纳 米，在现代精密机械系统或MEMS（微机电系统） 中普遍存在。
随着科学技术的发展，关于摩擦学的研究已逐渐深入到微观研究领域，形 成了纳米摩擦学理论，引发出许多新的概念，比如提出了超润滑的概念等。
—3 —流体摩擦
越大，油膜承载比例越大，f也就越小。
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1、干摩 擦 表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的
摩擦。通常将未经人为润滑的摩擦状态当作“干摩 擦”处理。
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摩擦的机理
1、摩擦理论： 库仑公式 Ff f Fn
2、新理论：分子—机械理论、能量理论、粘 着理论。
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❖4、冲蚀磨损 流体中所夹带的硬质物质或颗粒， 在流体冲击力作用下而在摩擦表面引起的机械磨损。 ❖5、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。 ❖6、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。
在机械设计中若能很好地运用已有的研究成果 ，正确处理好摩擦、磨损和润滑中的各种问题，则 所取得的经济效益必将是巨大的,则既减少设备维修 次数和费用，又能节省制造零件及其所需材料的费 用。
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摩擦分类：
微观宏观
§2-1 摩擦
内摩擦 外摩擦
是否相对运动
静摩擦
滑动摩擦
动摩擦 位移形式 滚动摩擦
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从理论上讲，超润滑是实现摩擦系数为零的摩擦状态，但在实际研究中，一 般认为摩擦系数在0.001量级（或更低）的摩擦状态即可认为属于超润滑。
关于这方面的研究也是目前纳米摩擦学研究的一个重要方面，同学们应对此 给予关注。
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§2-2 磨损
磨损：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。