第四章 机械零件的摩擦、磨损与润滑

第四章机械零件的摩擦、磨损和润滑

摩擦现象是自然界中普遍存在的物理现象。对于机器来讲，摩擦会使效率降低，温度升高，表面磨损。过大的磨损会使机器丧失应有的精度，进而产生振动和噪音，缩短使用寿命。世界上使用的能源大约有 1/3--1/2 消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗，便可大量节省能源。机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过度而报废。

润滑是减小摩擦、减小磨损、提高机械效率的最常用最有效方法。关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学。本章主要介绍有关摩擦、磨损和润滑的一些基础知识

第一节机械零件的摩擦

一、摩擦的分类：

1、按运动的状态不同分为：静摩擦、动摩擦。

2、按运动的形式不同分为：滚动摩擦、滑动摩擦。

其中滑动摩擦按润滑状态不同分为：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦、混合摩擦。

二、滑动摩擦的四种摩擦状态

1、干摩擦：

（1）、定义：是指两摩擦面之间无任何润滑剂和保护膜，表面金属直接接触时产生的摩擦称为干摩擦。见图4-1。

图4-1 干摩擦

（2）、特点：摩擦阻力最大，磨损最严重。

2、边界摩擦：

（1）、定义：是指两摩擦面之间被吸附在表面的边界膜隔开，摩擦性质取决于边界膜和表面吸附性能的摩擦称为边界摩擦。见图4-2.

图4-2 边界摩擦

（2）、特点：摩擦性质决定于边界膜，边界膜不发生破坏时，摩擦阻力小，磨损不严重；边界膜发生破坏，摩擦为干摩擦，摩擦阻力最大，磨损最严重。

3、流体摩擦

（1）、定义：是指摩擦表面完全被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。见图4-3

图4-3 流体摩擦

（2）、性质：其摩擦系数最小，且不会产生磨损，是理想的摩擦状态。

4、混合摩擦

（1）、定义：是指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状态。见图4-4

图4-4 混合摩擦

（2），特点：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。

第二节机械零件的磨损

一、定义：磨损是机械零件在工作过程中，由摩擦引起的零件表面表层材料的破坏，称为磨

损。

二、磨损种类：按磨损产生的原因和磨损过程的本质可分为：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨

损和腐蚀磨损。根据磨损延续时间的长短，可分为自然磨损和事故磨

损。

1、按磨损产生的原因和磨损过程的本质可分为：

（1）、磨料磨损：

①、定义：物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物（包括硬金属）相互摩擦引起表面

材料损失的现象称为磨料磨损。

②、危害：磨料磨损是最常见的，同时也是危害最为严重的磨损形式。统计表明

在各类磨损形式中，磨料磨损大约占总消耗的50%

③、预防措施：保持零件表面清洁，及表面的润滑。

（2）、粘着磨损：

①、定义：粘着磨损又称咬合磨损，它是指滑动摩擦时摩擦副接触面局部发生金

属粘着，在随后相对滑动中粘着处被破坏，有金属屑粒从零件表面

被拉拽下来或零件表面被擦伤的一种磨损形式。

②、分类：按照粘着结点的强度和破坏位置不同，粘着磨损有不同的形式。

A、轻微粘着磨损：当粘结点的强度低于摩擦副两材料的强度时，剪

切发生在界面上，此时虽然摩擦系数增大，但磨

损却很小，材料转移也不显著。通常在金属表面

有氧化膜、硫化膜或其它涂层时发生这种粘着磨

损。

B、一般粘着磨损：当粘结点的强度高于摩擦副中较软材料的剪切强

度时，破坏将发生在离结合面不远的软材料表层

内，因而软材料转移到硬材料表面上。这种磨损的

摩擦系数与轻微粘着磨损的差不多，但磨损程度加

重。

C、擦伤磨损：当粘结点的强度高于两对磨材料的强度时，剪切破坏

主要发生在软材料的表层内，有时也发生在硬材料表层

内。转移硬材料上的粘着物又使软材料表面出现划痕，

所以擦伤主要发生在软材料表面。

D、胶合磨损：如果粘结点的强度比两对磨材料的剪切强度得多，而

且粘结点面积较大时，剪切破坏发生在对磨材料的基体

内。此时，两表面出现严重磨损，甚至使摩擦副之间咬

死而不能相对滑动。

③、防止措施：适当地选择摩擦副的配对材料；进行表面处理（如表面热处理、

化学热处理和表面涂层等）；选择合理的润滑剂和润滑方法。

（3）、疲劳磨损：

①、定义：疲劳磨损也叫接触疲劳，是指当两个接触体相对滚动或滑动，在接触区形

成的循环应力超过材料的疲劳强度的情况下，表面层将引发裂纹，并逐

步扩展，最后导致裂纹区域的材料剥落的现象称为疲劳磨损。

②、特点：疲劳磨损一般一般都经历裂纹的萌生、扩展、断裂三个过程，也可以说是

材料疲劳断裂的一种特殊形式。

（4）、腐蚀磨损：

①、定义:腐蚀磨损是指摩擦副对偶表面在相对滑动过程中，表面材料与周围介

质发生化学或电化学反应，并伴随机械作用，而引起的材料损失现

象，称为腐蚀磨损。腐蚀磨损通常是一种轻微磨损，但在一定条件

下也可能转变为严重磨损。

②、常见类型：常见的腐蚀磨损有氧化磨损和特殊介质腐蚀磨损。

A、氧化磨损：除金、铂等少数金属外，大多数金属表面都被氧化膜覆盖着，

纯净金属瞬间即与空气中的氧起反应而生成单分子层的氧化

膜，且膜的厚度逐渐增长，增长的速度随时间以指数规律减小，

当形成的氧化膜被磨掉以后，又很快形成新的氧化膜，可见氧

化磨损是由氧化和机械磨损两个作用相继进行的过程。同时应

指出的是，一般情况下氧化膜能使金属表面免于粘着，氧化磨

损一般要比粘着磨损缓慢，因而可以说氧化磨损能起到保护摩

擦副的作用。

B、特殊介质腐蚀磨损：在摩擦副与酸、碱、盐等特殊介质发生化学腐

蚀的情况下而产生的磨损，称为殊殊介质腐蚀磨

损。其磨损机理与氧化磨损相似，但磨损率较大，

磨损痕迹较深。金属表面也可能与某些特殊介质

起作用而生成耐磨性较好的保护膜。

C、防治措施：为了防止和减轻腐蚀磨损，可从表面处理工艺、润滑材

料及添加剂的选择等方面采取措施。

2、根据磨损延续时间的长短，可分为自然磨损和事故磨损。

（1）、自然磨损（正常磨损）：零件在正常工作状况下的磨损成为自然磨损。

（2）、事故磨损（非正常磨损）：零件在非正常工作状况下的磨损成为事故磨损。

三、磨损规律：自然磨损的过程，一般分为3个阶段，即初磨损阶段(磨合阶段)、稳定磨损

阶段和急剧磨损阶段。(见图4-1)。

1、初磨阶段（磨合阶段）：设备各零部件表面宏观几何形状和微观几何形状都发生明显变

化。原因是零件在加工制造过程中，其表面不可避免地具有一

定的粗糙度，用放大镜观察可发现其表面有许多“凸峰”。当

零件相互配合作相对运动时，由于摩擦“凸峰”很快被磨平，

因此设备的初期磨损速度很快，且主要发生在调试和初期使用

阶段。