第四章 摩擦、磨损及润滑概述

分类
1.润滑油 1.润滑油
1)粘度 1)粘度 动力粘度 粘度的种类 运动粘度 条件粘度
A
y dy du
o
潘存云教授研制
x
(1) 动力粘度 du τ=η --牛顿液体流动定律 dy --牛顿液体流动定律
B
y
流体中任意点处的切应力与该处的速度梯度成正比。 流体中任意点处的切应力与该处的速度梯度成正比。 时间/ --液体的动力粘度 简称粘度， 量纲： 时间 液体的动力粘度， η--液体的动力粘度，简称粘度， 量纲：力·时间/长度2
三、 滑动摩擦状态 1. 干摩擦 干摩擦是指表面间无任何润滑剂 或保护膜的纯金属接触时的摩擦。 或保护膜的纯金属接触时的摩擦。 两零件表面直接接触后， 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， 部压力高而形成许多冷焊点，运动时被剪 切。 不允许出现干摩擦！ 不允许出现干摩擦！ 2. 边界摩擦
润滑油的特性： 润滑油的特性： ----温相关性 粘----温相关性 温度 t ↑ η ↓ → 压力p 压力p ↑ → η ↑ <10Mpa时可忽略 时可忽略。 但p <10Mpa时可忽略。 粘度值的大小不仅影响 摩擦副的运动阻力， 摩擦副的运动阻力，而且 对润滑油膜的形成及承载 能力具有决定性的作用。 能力具有决定性的作用。 选用原则： 选用原则：
主要用途
用于高速底负荷机械、 用于高速底负荷机械、 精密机床、 精密机床、纺织纱锭的 润滑和冷却。 润滑和冷却。
全损耗 系统用油 GB443-89
潘存云教授研制
普通机床的液压油。 普通机床的液压油。 用于一般滑动轴承、 用于一般滑动轴承、 齿轮、 齿轮、蜗轮的润滑 用于重型机床导轨、 用于重型机床导轨、 矿山机械的润滑。 矿山机械的润滑。
机器的寿命
剧烈磨 损阶段
在经过稳定磨损阶段后， ▲剧烈磨损阶段：在经过稳定磨损阶段后，零件表面遭 剧烈磨损阶段 在经过稳定磨损阶段后 到破坏，运动副间隙增大引起而外的动载荷和振动。 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。 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、 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。 磨损期的到来。
3.液体摩擦 3.液体摩擦 当运动副的摩擦表面被流体膜隔开， 当运动副的摩擦表面被流体膜隔开， 摩擦的性质取决于流体内部分子间粘性阻 力的摩擦，称为流体摩擦。 力的摩擦，称为流体摩擦。 有一层压力油膜将两金属表面隔开， 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Hale Waihona Puke Baidu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擦和磨损极轻，f=0.001-0.01. 4.混合摩擦 4.混合摩擦 混合摩擦是指摩擦表面间处于 边界摩擦和流体摩擦的混合状态。 边界摩擦和流体摩擦的混合状态。 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。 很难区分，常统称为不完全液体摩擦。 v
vv
v
当运动副的摩擦表面被吸附在表面的边 界薄膜隔开， 界薄膜隔开，摩擦性质取决于边界薄膜和表 面的吸附性能时的摩擦，成为边界摩擦。 面的吸附性能时的摩擦，成为边界摩擦。 运动副表面有一层厚度<1 μm的薄油膜 的薄油膜， 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， 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。 互搓削。
摩擦、 第四章 摩擦、磨损及润滑概述
基本内容： (1)摩擦； (2)磨损； (3)润滑剂、添加剂和润滑方法； (4)流体润滑原理简介； 基本要求： 了解摩擦、磨损及润滑机理；磨损的防护 措施，润滑剂和添加剂的分类和选择。 重点难点： 流体润滑原理。
研究相对运动的作用表面间的摩擦、 摩擦学：研究相对运动的作用表面间的摩擦、 磨损和润滑， 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。 用的一门边缘学科。
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磨损类型： 磨损类型：
磨损的机理： 磨损的机理： 磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 也称点蚀， 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， 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→ 引起的机械磨损。点蚀过程：产生初始疲劳裂纹→扩 微粒脱落，形成点蚀坑。 展→ 微粒脱落，形成点蚀坑。
(2) 运动粘度 ν 工程中常用运动粘度： 工程中常用运动粘度： =
表4-1 名 称 代号
L-AN7 L-AN10 L-AN15 L-AN32 L-AN46 L-AN68 -
η ρ
单位： 单位： m2 / s
常用常用润滑油的主要性质
40 ℃的粘度 凝点 闪点 开式 闪点(开式 开式) ≤C mm2/s ≥C 6.12~7.48 9.0~11.0 13.5~16.5 28.8~32.2 41.4~50.6 61.2~74.8 -10 -10 -10 -10 -10 -10 0 -7 110 125 165 170 180 190 210 180
磨损类型： 磨损类型：
磨损的机理： 磨损的机理： 磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 是指摩擦副在微幅运动时， 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。 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。 磨粒脱离摩擦副的相对运动。 轴与孔的过盈配合面、滚动轴承套圈的配合面、 应用实例：轴与孔的过盈配合面、滚动轴承套圈的配合面、
当 1.35 < ° Et ≤ 3.2时，Vt = 8.0° Et − 当 ° Et > 3.2时， 8.64 ° Et 4.0 Vt = 7.6° Et − ° Et cSt cSt
当 ° Et > 16.2时，
Vt = 7.14° Et
cSt
润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系， 润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系，如：牌 号为L AN10的油在40℃时的运动粘度大约为 cSt。 的油在40℃时的运动粘度大约为10 号为L-AN10的油在40℃时的运动粘度大约为10 cSt。
潘存云教授研制
磨损类型： 磨损类型：
磨损的机理： 磨损的机理： 磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 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。 质颗粒冲击零件表面所引起的机械磨损。
磨损类型： 磨损类型：
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磨损的机理： 磨损的机理： 磨粒磨损 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， 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。 为腐蚀磨损。
v
相应的润滑状态有边界润滑、混合润滑、 相应的润滑状态有边界润滑、混合润滑、流体润 滑。可以用膜厚比来大致估计两滑动表面所处的摩 润滑）状态， 擦（润滑）状态，即：
hmin λ= 2 2 ( Rq1 + Rq 2 )1 / 2
时呈边界摩擦（润滑） 通常认为： 通常认为： λ ≤ 1 时呈边界摩擦（润滑）状态 时呈流体摩擦（润滑） λ > 3 时呈流体摩擦（润滑）状态 时呈混合摩擦（润滑） 1 ≤ λ ≤ 3 时呈混合摩擦（润滑）状态
旋合螺纹的工作面、铆钉的工作面等。 旋合螺纹的工作面、铆钉的工作面等。
磨损类型： 磨损类型：
润滑剂、 第四节 润滑剂、添加剂和润滑方法
一、 润滑剂 作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。 作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。 气体润滑剂----空气 气体润滑剂----空气 ---液体润滑剂-------润滑油 液体润滑剂----润滑油 半固体润滑剂----润滑脂 半固体润滑剂----润滑脂 ---固体润滑剂 固体润滑剂 有机油----动 有机油----动、植物油 ---种类： 种类： 矿物油----石油产品 矿物油----石油产品 ---化学合成油
用于汽轮机、 用于汽轮机、发电机等 高速高负荷轴承和各种 小型液体润滑轴承
汽轮机油 GB11120-89 L-TSA46 41.4~50.6
L-AN100 90~110 L-TSA32 28.8~35.2
(3) 条件粘度 指在一定条件下，利用某种规格的粘度计， 指在一定条件下，利用某种规格的粘度计，通过测 定润滑油穿过规定孔道的时间来进行度量的粘度。 定润滑油穿过规定孔道的时间来进行度量的粘度。 ----中国惯用 恩氏度（ 恩氏度（˚ Et） ----中国惯用 常用的有： 赛氏通用秒（SUS）----美国惯用 常用的有： 赛氏通用秒（SUS）----美国惯用 雷氏秒 ----英国惯用 ----英国惯用 运动粘度与条件粘度之间的换算关系： 运动粘度与条件粘度之间的换算关系：
第二节 磨损
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。
磨损过程大致如图所示： 磨损过程大致如图所示： 磨合阶段： ▲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。 料被加工硬化两个过程。
磨合阶段 磨损量
磨损曲线
时间 稳定磨损阶段
▲稳定磨损阶段：零件在平 稳定磨损阶段： 稳而缓慢的速度下磨损。 稳而缓慢的速度下磨损。
摩擦：相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象； 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； 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。 润滑：减轻摩擦和磨损所应采取的措施。 1/3消耗于摩擦。 世界上使用的能源大约有 1/3-1/2 消耗于摩擦。 减少摩擦 减少磨损 节省能源； 节省能源； 降低设备维修次数和费用， 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。 件及其所需材料的费用。
第一节
一、摩擦的机理 “机械说” 机械说” 机械说 “分子说” 分子说” 分子说
摩 擦
“机械－分子说” 机械－分子说” 机械
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。 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。 作用现象。 仅有相对运动趋势时的摩擦。 静 摩 擦：仅有相对运动趋势时的摩擦。 在相对运动进行中的摩擦。 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。 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。 滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动。
磨损类型： 磨损类型：
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磨损的机理： 磨损的机理： 磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 也称胶合， 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” 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， 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。 成粘附磨损。严重的粘附磨损会造成运动副咬死。
磨损的分类： 磨损的分类： 磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 按磨损表面 外观可分为 点蚀磨损 胶合磨损 擦伤磨损
按磨损机理分 磨损 类型
磨损的机理： 磨损的机理： 磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 也简称磨损， 磨粒磨损：也简称磨损，外部进入摩擦面间的游离硬颗 如空气中的尘土或磨损造成的金属微粒） 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， 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， 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。 粒磨损。
η
0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01