机械零件摩擦课件

,第,4,章 机械零件的摩擦、磨损、润滑及密封,4.1,摩擦,4.2,磨损,4.3,润滑剂、添加剂,4.4,润滑方式,4.5,流体润滑原理及方法,4.6,密封装置,第4章 机械零件的摩擦、磨损、润滑及密封 4.1,润滑,：在摩擦面内加入物质使两表面分开，以减速小摩擦、磨损的方法称为润滑。,摩擦是现象，磨损是结果，润滑是改善摩擦、磨损的手段。,摩擦,是自然界最普遍的现象之一。世界能源的,1/3,1/2,消耗在各种形式的摩擦中，机械中的零件因磨损报废，给社会生产造成极大的浪费；摩擦也有有利的一面，如：汽车行驶、飞机着陆、刹车、机械夹具、带传动、摩擦轮传动、无级变速器等等。,磨损,：摩擦导能量损耗或摩擦表面物质的流失或转移即磨损。,摩擦学：,研究摩擦、磨损与润滑的科学和技术的统称。,第,4,章 机械零件的摩擦、磨损、润滑及密封,润滑：在摩擦面内加入物质使两表面分开，以减速小摩擦、磨损的方,4.1,摩 擦,摩擦,内摩擦,发生在物质内部的阻碍分子运动的摩擦。,（分子之间）,外摩擦,接触的两个物体发生相对滑动或滑动趋势时，在接触表面产生的阻碍相对滑动的摩擦。（运动物体之间,),摩擦,静摩擦,：只有滑动趋势的摩擦。,动摩擦,滚动摩擦,滑动摩擦,干摩擦,边界摩擦,混合磨擦,流体摩擦,4.1 摩 擦摩擦内摩擦,一、四种摩擦状态,1,、干摩擦,两个接触表面无润滑剂，直接触，此时摩擦称为干摩擦。其理论主要有分子,-,机械理论、粘着理论。,粘着力,Fa,：,两金属表面间互相粘着的凸峰剪断力。,犁刨力,Fm,：,较硬的凸峰在较软的凸峰的犁刨作用,。,因此，摩擦力为：,干摩擦特点：,摩擦系数一般在,f=0.1,数量级，阻力大、磨损重、发热高、易胶合、寿命短。,4.1,摩 擦,一、四种摩擦状态 两个接触表面无润滑剂，直接触，此时摩,2,、边界摩擦：,两金属表面间由于润滑油与金属表面的吸附作用，在金属表面形成极薄的油膜（边界膜）将金属表面隔开，但高峰部分仍将相互搓削，此时的摩擦称为边界摩擦。,摩擦系数一般在,f,边,=10,-2,数量级，边界膜厚度,1,微米。,4.1,摩 擦,2、边界摩擦：两金属表面间由于润滑油与金属表面的吸附,边界膜,物理吸附膜,：润滑剂中的脂肪酸极性分子在金属表面分子的吸引力作用下吸附在金属表面上而形成的膜。,化学吸附膜,：润滑剂中分子受化学键力的作用而贴附在金属表面所形成的吸附膜。,化学反应膜,：润滑剂中含有以原子形式存在的硫、磷、氯时，高温下这些元素与金属起化学反应，在金属表面开成,S,、,P,、,Cl,化合物所形成的膜。,3,、流体摩擦,当两金属表面完全被液体隔开，只有液体间的摩擦。此时摩擦只发生在流体内部，摩擦系数很小，摩擦系数一般在,f,流,=10,-3,数量级,4.1,摩 擦,边界膜物理吸附膜：润滑剂中的脂肪酸极性分子在金属表面分子的吸,4,、混合摩擦,二、摩擦特性曲线,边界摩擦,混合摩擦,流体摩擦,动力粘度,p,平均压强,n,轴速,临界点,轴承特性系数,摩擦面间同时存在着边界摩擦和流体摩擦的混合状态。一般摩擦系数为,f,混,=0.01-0.001,数量级。,滑动摩擦的摩擦状态大致可以用膜厚比 估计。为边界摩擦状态；为混合摩擦状态；为流体摩擦状态。,左图为摩擦特性曲线，无量纲 称为轴承特性数。随着 的不同，摩擦副分别处于边界摩擦、混合摩擦和流体摩擦状态。,4.1,摩 擦,4、混合摩擦二、摩擦特性曲线边界摩擦混合摩擦流体摩擦动力,4.2,磨 损,一、磨损过程,磨损大致分为三个阶段：,磨损量,磨合阶段,稳定磨损阶段,剧烈磨损阶段,1,、磨合阶段,2,、稳定磨损阶段,3,、剧烈磨损阶段,二、磨损种类,按磨损机理分为以下几种：,1,、粘附磨损（胶合磨损）,4.2,2,、疲劳磨损（点蚀）,3,、磨粒磨损,这是最常见的磨损形式，占总磨损数的,50%,。,4.2,磨 损,2、疲劳磨损（点蚀）3、磨粒磨损这是最常见的磨损形式，占总磨,4,、腐蚀磨损,在摩擦过程中，与周围介质发生化学反应或电化学反应的磨损。,5,、流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损（冲蚀磨损）,流体磨粒磨损,是指由流动的液体或气流中所夹带的硬质颗粒作用引起的机械磨损。,侵蚀磨损（冲蚀磨损）,由液流或气流的冲蚀作用引的机械磨损。,、微动磨损,4.2,磨 损,4、腐蚀磨损、微动磨损,4.3,润滑剂、添加剂,一、润滑剂的作用,降低摩擦，减轻磨损，保护零件不受锈蚀，循环润滑油还能起到散热作用。因此，润滑油膜还具有缓冲、吸振作用。使用膏状的润滑脂，起到密封作用（即可以防止内部的润滑剂外泄，以可阻止外部杂质侵入）。,二、润滑剂,润滑剂,气体润滑剂,液体润滑剂,固体润滑剂,半固体润滑剂,4.3 润滑剂、添加剂一、润滑剂,润滑油,机油：动物油、植物油,矿物油：来源充足、价格低廉、用途广。,化学合成油,1,、润滑油,评定指标,1,）粘度,：,动力粘度,：,油呈层流分布，层与层之间的摩擦剪应力,应满足如下关系：,此式称为牛顿液体流动定律。,比例常数，即：流体动力粘度。表征液体内摩擦阻力大小。,单 位：,国际单位：,Pa.s,（帕,.,秒）,绝对单位：,称为,1P,（泊）,P=0.1Pa.s=100cP(,厘泊,),4.3,润滑剂、添加剂,润滑油机油：动物油、植物油 1、润滑油 评定指标,运动粘度,单 位：,St,（斯）。,换算关系：,1St=1cm,2,/s=100cSt=10,-4,m,2,/s,1cSt=1mm,2,/s,注：根据国家标准,GB443-84,规定，润滑油在,40,的运动粘度中心值作为润滑的牌号。,例如：牌号,L-AN5,润滑，在,40,时其运动粘度为,5.06cSt.,条件粘度,是在一定条件下，利用某种规格的粘度计，通过测定润滑穿过规定孔道的时间来进行计量的粘度。单位：恩氏度（,E,t,）,我国常用恩氏度（,Et,）作为条件粘度单位，美国习惯用赛氏通用秒（,SUS,），英国习惯用雷氏秒（,R,）作为条件粘度单位。,4.3,润滑剂、添加剂,动力粘度,：主要用于流体动力计算。,Pa,s,运动粘度,：使用中便于测量。,m,2,/s,运动粘度 单 位：St（斯）。注：,粘度与温度的关系：温度粘度 粘度与压力的关系：压力粘度，,2),润滑性（油性）,润滑性是指润滑油中极性分子与金属表面吸附形成一层边界油膜，以减小摩擦和磨损损性能。,适用于低速、重载或润滑不充分的场合。,物理膜,3,）极压性,极压性能是润滑油中加入硫、氯、磷的有机极性化合物事，油中极性分子在金属表面生成抗磨、耐高压的化学反应边界膜。,（化学膜）,4.3,润滑剂、添加剂,一是流体的密度随压力增高而加大，不过对于所有的润滑油来说，压力在,100MPa,以下时每增加,20MPa,的压力，油的密度增加约,1,，因此在实际润滑条件下这个影响可以不予考虑。,另一是压力对流体粘度的影响，这只有在压力超过,20 MPa,时，粘度才随压力的增高而加大，高压时则更为显著。,粘度与温度的关系：温度粘度,4,）闪点,油在标准仪器中加热蒸发出的油汽，一遇火焰即能发出闪光时的最低温度，称为油的闪点。,闪点是衡量油的易燃性。,通常使油的工作温度比油的闪点低,30,40,5,）凝点,指润滑油在规定的条件下，不能再自由流动时所达到的最高温度。是低温工作机器的重要指标。,6,）氧化稳定性,在高温气体中，油发生氧化生成硫、氯、磷的酸性化合物，这种物质腐蚀金属，加剧金属的磨损。,4.3,润滑剂、添加剂,4）闪点 4.3 润滑剂、,润滑脂,润滑脂,=,润滑油,+,稠化剂（如钙、锂、钠的金属皂）,分类：,钙基润滑脂：,良好抗水性、但耐热能力差，工作温度不宜超过,55,65,。,钠基润滑脂：,良好耐热性（工作温度可达,120,。），抗水性差。比钙基润滑脂防锈能力强。,锂基润滑脂：,能抗水，耐高温（不高于,145,。），是一种多用途润滑剂。,铝基润滑剂：,良好抗水性，对多属表面有吸附作用，很好的防锈功能。,润滑脂：,润滑脂是由润滑油加上稠化剂组成，是膏状物，不易流动，可保持在摩擦表面上。它由一种,(,或几种,),润滑油和一种,(,或几种,),稠化剂调合成具有可塑性的油膏。,4.3,润滑剂、添加剂,润滑脂分类：钙基润滑脂：良好抗水性、但耐热能力差，工作温度不,主要性能指标：,1,）锥入度（稠度）,重,1.5N,的标准锥体，于,25,恒温下，由润滑脂表面经,5s,后刺入的深度。,它标志着润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱。,2,）滴点,在规定的加热条件下，润滑脂从标准测量杯的孔口滴下第一滴时的温度叫润滑脂的滴点。,滴点决了润滑油的工作温度。,4.3,润滑剂、添加剂,主要性能指标：4.3 润滑,三、添加剂,有时为了改善某些性能还加入一些添加剂，添加剂可以改变润滑剂的各种性能，起到提高承载能力、降低摩擦和减少磨损的目的。目前世界各国都普遍使用加有添加剂的润滑油。,3,、固体润滑剂,如石墨、二硫化钼、氮化硼、石蜡、聚四氟乙烯、酚醛树脂等。石墨和二硫化相应用最广。,固体润滑剂一般用于不宜使用润滑油和润滑脂的特殊条件下。此外，它还可以作为润滑油或润滑脂的添加剂使用，以及与金属或塑料等混合制成自润滑复合材料使用。,4.3,润滑剂、添加剂,三、添加剂3、固体润滑剂 4.,一、润滑方法,润滑油润滑在工程中的应用最普遍，常用的供油方式有：,滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等,用于低速 用于高速,油脂润滑常用于运转速度较低的场合，将润滑脂涂抹于需润滑的零件上。润滑脂还可以用于简单的密封。,浸油与飞溅润滑,喷油润滑,4.4,润滑方法,一、润滑方法润滑油润滑在工程中的应用最普遍，常用的供油方式有,二、常见润滑装置,1,、间歇式供油装置,对于一些小型、低速或间歇运动的装置，可采用间歇式供油，在需润滑的部位安装油杯。一般采油壶或油杯将润滑油注入油杯。,4.3,润滑方法,二、常见润滑装置 4.3,二、常见润滑装置,2,、连续供油装置,对于重要的装置必须采用连续供油的方法。常用的连续供油如：针阀油杯和油芯油杯等。,4.3,润滑方法,二、常见润滑装置 4.,脂润滑,脂润滑只能采用间歇式供应润滑脂的方式。常用旋盖式油脂杯作为润滑装置。,4.3,润滑方法,脂润滑 4.3 润,流体动压润滑,两个作相对运动物体的摩擦表面，用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，由流体膜产生的动压力来平衡外载荷。,流体静压润滑,是将液压泵等外界设备提供的压力流体送入摩擦表面之间，以静压力来平衡外载荷,。,v,U,x,y,F,油压,p,分布曲线,v,流体静压润滑系统,示意图,4.5,流体润滑原理及方法,流体动压润滑两个作相对运动物体的摩擦表面，用借助于相对速,静密封,密封结合面间没有相对运动的密封,动密封,密封元件间彼此有相对运动的密封,对于动密封而言，根据轴的运动形式可分为两种基本类型，即旋转轴密封和往复轴密封。也可根据密封元件之间是否接触而分为接触密封和非接触密封。,1,直接接触密封,2,垫片、垫圈密封,4.6,密封装置,一、,静密封,静密封密封结合面间没有相对运动的密封 4.6,3,自紧式密封,(a),安装状态,(b),工作状态,图,4.18 O,型橡胶密封圈工作原理,图,4.19,各种自紧式密封,一、,静密封,4.6,密封装置,3自紧式密封 (a)安,1,、,毡圈密封,毡圈为标准件，密封结构简单，对轴的偏心或窜动不敏感，但摩擦、磨损较严重，只用于低速、脂润滑的场合。,2,、,油封密封,油封是依靠有弹性的唇部进行密封的标准密封件。油封密封，因结构简单、价格便宜、检修方便，是目前应用最广泛的一种接触式旋转轴的密封方式。,用于油封密封的旋转轴唇形密封圈,（,GB/T 13871,1992,）,有,6,种基本型式（见图,4.21,）,钢制骨架使密封圈刚性增大，可以直接装在安装孔内使用。安装时应使唇部朝向需密封的介质。,二、,接触式旋转轴密封,4.6,密封装置,1、毡圈密封2 、油封密封二、接触式旋转轴密,油封组合使用,无骨架唇形密封圈,二、,接触式旋转轴密封,4.6,密封装置,油封组合使用 无