摩擦磨损及润滑概述(12)课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,湖南建材专用,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,湖南建材专用,*,4-1 摩擦,4-2 磨损,4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法,4-4 流体润滑原理简介,4-0 概述,第4章 机械零件设计概论,湖南建材专用,1,4-1 摩擦4-2 磨损4-3 润滑剂、添加剂和润,4-0 概 述,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。,关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学(Tribology)。,世界上使用的能源大约有 1/31/2 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 节省能源；,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。,随着科学技术的发展，摩擦学的理论和应用必将由宏观进入微观，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。,湖南建材专用,2,4-0 概 述 摩擦学-研究相对运动,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。,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。,“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；,一、摩擦的机理,“机械分子说”两种作用均有。,4-1 摩擦,湖南建材专用,3,二、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,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。,不允许出现干摩擦！,2. 边界摩擦,三、 滑动摩擦状态,功耗,磨损,温度,烧毁轴瓦,运动副表面有一层厚度,1 m,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,v,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。,3. 液体摩擦,摩擦和磨损极轻,，,f,0.001 0.01,v,v,v,湖南建材专用,4,1. 干摩擦 两零件表面直接接触后，因为微观局部压力高而,4. 混合摩擦,v,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。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。,在一般机器中，处于后三种情况的混合状态。,f,n/p,o,边界摩擦,混合摩擦,液体摩擦,摩擦特性曲线,称无量纲参数,n/p,为轴承,特性数,。,-,动力粘度，p-压强 ，n-每秒转数,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。,摩擦学研究的最新进展：,微纳米摩擦学理论,可实现：,f,0.001,-超润滑摩擦状态。,湖南建材专用,5,4. 混合摩擦 v 混合摩擦是指摩擦表面间处,机器的寿命,磨损,由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。,磨损曲线,磨合阶段,磨损量,时间,剧烈磨损阶段,稳定磨损阶段,4-2 磨损,磨损过程大致如图所示：,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。,稳定磨损阶段,-零件在平稳而缓慢的速度下磨损。,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。,后果,降低机器的效率和可靠性，甚至促使机器提前报废。,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。,它是磨损的不稳定阶段，在整个寿命周期内时间很短。,湖南建材专用,6,机器的寿命磨损由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。,磨粒磨损,磨损的分类：,疲劳磨损,粘附磨损,冲蚀磨损,腐蚀磨损,微动磨损,磨损类型,按磨损机理分,按磨损表面外观可分为,点蚀磨损,胶合磨损,擦伤磨损,两种不同的称谓,湖南建材专用,7,磨粒磨损 磨损的分类： 疲劳磨损 粘附磨损 冲蚀磨损 腐,磨损的机理：,磨粒磨损,疲劳磨损,粘附磨损,冲蚀磨损,腐蚀磨损,微动磨损,磨损类型：,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。,湖南建材专用,8,磨损的机理： 磨粒磨损 疲劳磨损 粘附磨损 冲蚀磨损 腐,磨损的机理：,磨粒磨损,疲劳磨损,粘附磨损,冲蚀磨损,腐蚀磨损,微动磨损,磨损类型：,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。,湖南建材专用,9,磨损的机理： 磨粒磨损 疲劳磨损 粘附磨损 冲蚀磨损 腐,磨损的机理：,磨粒磨损,疲劳磨损,粘附磨损,冲蚀磨损,腐蚀磨损,微动磨损,磨损类型：,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。,湖南建材专用,10,磨损的机理： 磨粒磨损 疲劳磨损 粘附磨损 冲蚀磨损 腐,磨损的机理：,磨粒磨损,疲劳磨损,粘附磨损,冲蚀磨损,腐蚀磨损,微动磨损,磨损类型：,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,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,湖南建材专用,11,磨损的机理： 磨粒磨损 疲劳磨损 粘附磨损 冲蚀磨损 腐,磨损的机理：,磨粒磨损,疲劳磨损,粘附磨损,冲蚀磨损,腐蚀磨损,微动磨损,磨损类型：,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。,湖南建材专用,12,磨损的机理： 磨粒磨损 疲劳磨损 粘附磨损 冲蚀磨损 腐,磨损的机理：,磨粒磨损,疲劳磨损,粘附磨损,冲蚀磨损,腐蚀磨损,微动磨损,磨损类型：,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。,湖南建材专用,13,磨损的机理： 磨粒磨损 疲劳磨损 粘附磨损 冲蚀磨损 腐,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,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,矿物油来源充足、成本低廉、稳定性好、因而应用最广。,种类：,气体,润滑剂-,空气,有机油-,动、植物油,矿物油-,石油产品，,化学合成油,4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法,湖南建材专用,14,一、 润滑剂 作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防,A,在轴承中，润滑油最重要的物理参数是粘度，它是选择润滑油的主要依据。粘度表征液体流动的内摩擦特性。,A、B两板之间充满了液体，B板静止，A板水平移动速度为v。由于液体与金属表面的吸附作用，A板表面的液体速度为v，而B板表面的液体速度为0。两板之间的速度呈线性分布。,液体层与层之间摩擦切应力：,=,du,dy,-流体中任意点处的切应力与该处的速度梯度成正比。,-液体的,动力粘度，,简称,粘度,量纲：,力,时间,/,长度,2,单位：,N,s,/m,2,(Pa,s,) 称为泊 。,或厘泊：,1P=1 dyn,s,/cm,2,实验结果：,o,x,y,y,dy,du,分析位置y处薄层的受力,B,粘度,-重要指标，,粘度值越高，油越稠，反之越稀；,粘度的种类,动力粘度,运动粘度,条件粘度,1) 动力粘度,- 牛顿液体流动定律,1泊=100厘泊,湖南建材专用,15,A在轴承中，润滑油最重要的物理参数是粘度，它是选择润滑油的主,工程中常用,运动粘度：,=,单位：,m,2,/,s,称为斯,St,：,cm,2,/,s,或厘斯,cSt,：,1St=100 cSt,2) 运动粘度,表4-1 常用常用润滑油的主要性质,名 称,全损耗,系统用油,GB443-89,汽轮机油,GB11120-89,代 号,40,的粘度,mm,2,/s,L,-,AN7 6.127.48,-,10 110,凝点,C,闪点(开式),C,用于高速底负荷机械、精密机床、纺织纱锭的润滑和冷却。,普通机床的液压油。用于一般滑动轴承、齿轮、蜗轮的润滑,用于重型机床导轨、矿山机械的润滑。,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,L-AN100 90110 0 210,L,-,AN10 9.011.0,-,10 125,L,-,AN15 13.516.5,-,10 165,L,-,AN32 28.832.2,-,10 170,L,-,AN46 41.450.6,-,10 180,L,-,AN68 61.274.8,-,10 190,L-TSA32 28.835.2,-,7 180,L-TSA46 41.450.6,主要用途,湖南建材专用,16,工程中常用运动粘度： = 单位： m2 / s 称,3) 条件粘度,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。,常用的有：,恩氏度（,E,t,）,-中国惯用,赛氏通用秒（SUS）,-美国惯用,雷氏秒,-英国惯用,运动粘度与条件粘度之间的换算关系：,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,10 cSt,。,湖南建材专用,17,3) 条件粘度 指在一定条件下，利用某种规格的粘度,润滑油的特性：,1）粘-温相关性,温度,t,压力,p, ,但,p,350,才开始氧化， 可在水中工作。,-摩擦系数低，使用温度范围广,(,-,60300,)，但遇水性能下降。,-摩擦系数低，只有石墨的一半。,使用方式：,1.调和在润滑油中；,2.涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；,3.混入金属或塑料粉末中烧结成型。,其应用日渐广泛,湖南建材专用,23,3. 固体润滑剂聚氟乙烯树脂用于润滑油不能胜任工作的场合：高,油性添加剂,种类,添加剂,-为了改善润滑剂品质和性能而添加的物质。,二、添加剂,非极压油,软化温度t/,摩擦系数,f,含脂肪酸和极压添加剂的油,含脂肪酸的油,含极压添加剂的油,作用,-,提高油性、极压性、延长使用寿命、改善性能。,极压添加剂,分散净化剂,消泡添加剂,抗氧化添加剂,降凝剂,增粘剂,湖南建材专用,24,油性添加剂 种类添加剂-为了改善润滑剂品质和性能而添加,润滑油润滑在工程中的应用最普遍，其供油方式有：,三、润滑方法,润滑方式,人工给油；,油杯滴油；,浸油润滑、飞溅给油；,用油泵强制润滑和冷却。,低速传动,高速传动,甩油环,喷油润滑,油泵,冷却器,滴油润滑,浸油润滑,飞溅润滑,湖南建材专用,25,润滑油润滑在工程中的应用最普遍，其供油方式有：三、润滑方法润,针阀式油杯,旋盖式油杯,脂用,压注式油杯,弹簧盖油杯,四、润滑装置,1. 油杯,湖南建材专用,26,针阀式油杯旋盖式油杯 脂用压注式油杯弹簧盖油杯四、润滑装置,2. 油环,湖南建材专用,27,2. 油环 湖南建材专用 27,一、流体动力润滑,F,F,F,F,先分析平行板的情况。板B静止，板A以速度向左运动，板间充满润滑油，无载荷时， 液体各层的速度呈三角形分布，近油量与处油量相等，板A不会下沉。但若板A有载荷时，油向两边挤出，板A逐渐下沉，直到与B板接触。,v,F,4-4 流体润滑原理简介,流体动力润滑是指两个作相对运动物体的摩擦表面，借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷。,动压油膜,-,因运动而产生的压力油膜。,v,v,v,h,1,a,a,h,2,c,c,v,v,两平形板之间不能形成压力油膜！,如两板不平行板。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布，且板A有载荷， 当板A运动时，两端速度若程虚线分布，则必然进油多而出油少。由于液体实际上是不可压缩的，必将在板内挤压而形成压力，迫使进油端的速度往内凹，而出油端的速度往外鼓。进油端间隙大而速度曲线内凹，出油端间隙小而速度曲线外凸，进出油量相等，同时间隙内形成的压力与外载荷平衡，板A不会下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动而产生的压力油膜称为动压油膜。各截面的速度图不一样，从凹三角形过渡到凸三角形，中间必有一个位置呈三角形分布。,F,p,max,湖南建材专用,28,一、流体动力润滑 FFFF先分析平行板的情况。板B静止，板,F,形成动压油膜的必要条件：,1.,两工件之间的间隙必须有楔形间隙；,2.,两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；,3.,两工件表面必须有相对滑动速度。其运动芳方向必,须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。,F,y,=F,F,x,0,F,y,=F,F,x,=,0,应用实例-,向心滑动轴承动压油膜的形成过程：,静止,爬升,将轴起抬,转速继续升高,质心,左移,稳定运转,达到工作转速,e,-,偏心距,e,湖南建材专用,29,F形成动压油膜的必要条件：1.两工件之间的间隙必须有楔形间隙,二、弹性流体动力润滑,弹性流体动力润滑理论,-研究在点、线接触条件下，两弹性物体间的流体动力润滑膜的力学性质。,求解油膜,压力分布,、润滑膜,厚度分布,等问题,在油膜压力下，摩擦表面的变形的弹性方程；,表述润滑剂粘度与压力间关系的粘压方程；,流体动力润滑的主要方程。,流体动力润滑理论的前提：,-,适应于低副中两零件之间的润滑问题，,润滑剂粘度不随压力变化；,零件摩擦表面为刚体；,湖南建材专用,30,二、弹性流体动力润滑 弹性流体动力润滑理论-研,依靠,润滑剂的粘附作用，两圆柱体相互滚动时将润滑剂带入间隙。由于接触压力较高使接触面发生局部变形，接触面积增大，并形成了一个平行缝隙，在出油口处的接触面边缘出现了使间隙变小的突出部分，称为缩颈现象，此处形成了最小油膜厚度，出现了第二个峰值压力。,V,2,F,V,1,V,1,V,2,F,赫兹接触区,V,1,V,2,F,V,1,V,2,F,赫兹接触区,h,min,h,0,第二个峰值压力,干摩擦接触,弹性流体动力润滑的机理：,与干摩擦进行对比分析,湖南建材专用,31,依靠润滑剂的粘附作用，两圆柱体相互滚动时将润,节流器,节流器,D,工作原理：,依靠供油装置，将高压油压入轴承间隙中，强制形成油膜。,特点：,静压轴承载任何工况下都能胜任工作。,d,0,d,0,常用节流器,关键器件：,节流器,节流器作用：,根据外载荷的变化自动调节各油腔内的压力。,油台,起密封作用,三、流体静力润滑,1) 静压轴承,湖南建材专用,32,节流器节流器D工作原理：依靠供油装置，将高压油压入轴承间隙,2) 空气轴承,空气也是一种流体润滑剂，其粘度只有,L-AN7,润滑油的,1/4000,， 摩擦力小到可忽略不计，因此可用于数十万转的超高速轴承。,空气轴承的工作原理与液体润滑轴承本质上是一样。,分静压和动压两种。,气膜厚度-,-20,m,制造精度,严格过滤,优点：,1)不随温度变化，可用于高温或低温；,2)没有油污染的危险；,3)回转精度高，运行噪音低。,缺点：,承载能力不大，密封困难。,湖南建材专用,33,2) 空气轴承 空气也是一种流体润滑剂，其粘度只有L-AN7,个人观点供参考，欢迎讨论！,个人观点供参考，欢迎讨论！,