摩擦磨损与润滑课件

摩擦磨损与润滑第四章 摩擦、磨损及润滑概述摩擦磨损与润滑概述：概述：q摩擦摩擦是相对运动的物体表面间的相互阻碍作用是相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象现象q磨损磨损是由于摩擦而造成的能量损失和物体表面是由于摩擦而造成的能量损失和物体表面材料的损失或转移；材料的损失或转移；q润滑润滑是减轻摩擦和磨损所应采取的措施。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关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学( (Tribology)Tribology)。摩擦磨损与润滑概述：概述： 世界上使用的能源大约有世界上使用的能源大约有 1/3 1/3 1/2 1/2 消耗于摩消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗，便可大量擦。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗，便可大量节省能源。另外，机械产品的易损零件大部分是由节省能源。另外，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，如果能控制和减于磨损超过限度而报废和更换的，如果能控制和减少磨损，则既减少设备维修次数和费用，又能节省少磨损，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。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。进入定量，成为系统综合研究的领域。 摩擦磨损与润滑第一节 摩 擦摩擦磨损与润滑一、摩擦的机理一、摩擦的机理q“机械说机械说”产生摩擦的原因是表面微凸体的相互产生摩擦的原因是表面微凸体的相互阻碍作用；阻碍作用；q“分子说分子说”产生摩擦的原因是表面材料分子间的产生摩擦的原因是表面材料分子间的吸力作用；吸力作用；q“机械分子说机械分子说”两种作用均有。两种作用均有。摩擦磨损与润滑二、摩擦的分类二、摩擦的分类内内 摩摩 擦：擦：在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运动在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运动的现象。的现象。外外 摩摩 擦：擦：在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍作在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍作用现象。用现象。静静 摩摩 擦：擦：仅有相对运动趋势时的摩擦。仅有相对运动趋势时的摩擦。动动 摩摩 擦：擦：在相对运动进行中的摩擦。在相对运动进行中的摩擦。滑动摩擦：滑动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滑动，常用。物体表面间的运动形式是相对滑动，常用。滚动摩擦：滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动，高速、物体表面间的运动形式是相对滚动，高速、高精度、重载。高精度、重载。摩擦磨损与润滑三、三、 种滑动摩擦状态种滑动摩擦状态干摩擦干摩擦：表面间：表面间无任何润滑剂或保护膜无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的纯金属接触时的摩擦。的摩擦。不允许出现干摩擦！不允许出现干摩擦！功耗功耗 磨损磨损 温度温度 烧毁轴瓦烧毁轴瓦 摩擦磨损与润滑三、三、 种滑动摩擦状态种滑动摩擦状态 边界摩擦边界摩擦：摩擦表面被吸附在表面的：摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开边界膜隔开，其摩擦性，其摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦f 0.1 0.3 。流体摩擦流体摩擦：摩擦表面被：摩擦表面被流体膜隔开流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内，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，且部分子间粘性阻力的摩擦。流体摩擦时的摩擦系数最小，且不会有磨损产生，是理想的摩擦状态不会有磨损产生，是理想的摩擦状态f 0.001 0.01 。混合摩擦混合摩擦：摩擦表面间处于：摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合边界摩擦和流体摩擦的混合状态。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。小得多。边界摩擦边界摩擦和和混合摩擦混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为不完在工程实际中很难区分，常统称为不完全液体摩擦。全液体摩擦。摩擦磨损与润滑第二节 磨 损摩擦磨损与润滑一、典型的磨损过程一、典型的磨损过程 O时间tt磨损量qq稳定磨损阶段磨合磨损阶段III剧烈磨损阶段III摩擦磨损与润滑一、典型的磨损过程一、典型的磨损过程1 1、磨合磨损过程、磨合磨损过程2 2、稳定磨损阶段、稳定磨损阶段 3 3、急剧磨损阶段、急剧磨损阶段 新的零件在开始使用时一般处于这一阶段，磨损率新的零件在开始使用时一般处于这一阶段，磨损率较高，所占时间比率较小较高，所占时间比率较小 经磨合的摩擦表面加工硬化，形成了稳定的表面粗经磨合的摩擦表面加工硬化，形成了稳定的表面粗糙度，摩擦条件保持相对稳定，磨损较缓糙度，摩擦条件保持相对稳定，磨损较缓, ,该段时间长该段时间长短反映零件的寿命短反映零件的寿命 经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大动载振动动载振动润滑状态改变润滑状态改变温升温升磨损速度急剧上磨损速度急剧上升升直至零件失效直至零件失效 摩擦磨损与润滑二、磨损的机理二、磨损的机理 关于磨损机理与分类的见解颇不一致，大体上可关于磨损机理与分类的见解颇不一致，大体上可概括为：概括为：磨粒磨损磨粒磨损也简称磨损，是也简称磨损，是外部外部进入摩擦表面的进入摩擦表面的游离游离硬颗粒或硬的轮廓峰尖硬颗粒或硬的轮廓峰尖所引起的磨损。所引起的磨损。疲劳磨损疲劳磨损也称点蚀，是由于摩擦表面材料也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积微体积在在交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的材料疲劳材料疲劳所所引起的磨损。引起的磨损。粘附磨损粘附磨损也称也称胶合胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作，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用的各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊冷焊”后，后，在相对运动时，材料从一个表面在相对运动时，材料从一个表面迁移迁移到另一个表面，到另一个表面，便形成粘附磨损。便形成粘附磨损。摩擦磨损与润滑二、磨损的机理二、磨损的机理冲蚀磨损冲蚀磨损流体流体中所夹带的中所夹带的硬质物质或颗粒硬质物质或颗粒，在流体，在流体冲击力作用下而在摩擦表面引起的磨损。冲击力作用下而在摩擦表面引起的磨损。腐蚀磨损腐蚀磨损当摩擦表面材料在环境的当摩擦表面材料在环境的化学或电化学化学或电化学作作用下引起腐蚀，在摩擦副相对运动时所产生的磨损即用下引起腐蚀，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。微动磨损微动磨损是指摩擦副在微幅运动时，由上述各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机理共同形成的复合磨损复合磨损。微幅运动可理解为不足以。微幅运动可理解为不足以使磨粒脱离摩擦副的相对运动。使磨粒脱离摩擦副的相对运动。摩擦磨损与润滑第三节 润 滑 摩擦磨损与润滑一、润滑剂分类一、润滑剂分类润滑剂润滑剂液体（如油、水及液态金属）液体（如油、水及液态金属）气体（如空气或其他气态工作介质）气体（如空气或其他气态工作介质）半固体（如润滑脂）半固体（如润滑脂）固体（如石墨、二硫化钼、聚四氟乙稀）固体（如石墨、二硫化钼、聚四氟乙稀）摩擦磨损与润滑二、润滑剂及主要性能二、润滑剂及主要性能 1. 1. 润滑油润滑油 动植物油、矿物油、合成油。动植物油、矿物油、合成油。1 1）粘度）粘度 粘度是润滑油的主要质量指标，粘度值越高，粘度是润滑油的主要质量指标，粘度值越高，油越稠，反之越稀。油越稠，反之越稀。 粘度的种类有很多，如：动力粘度、运动粘度、粘度的种类有很多，如：动力粘度、运动粘度、条件粘度等。条件粘度等。 工程中常用工程中常用运动粘度运动粘度，单位是：，单位是：St(St(斯斯) )或或 cSt(cSt(厘斯厘斯) )，量纲为，量纲为( (m m2 2/s)/s)；摩擦磨损与润滑二、润滑剂及主要性能二、润滑剂及主要性能2 2）润滑性（油性）润滑性（油性）: :与被润滑件形成油膜的能力。与被润滑件形成油膜的能力。3 3）凝点：在特定条件下，润滑油不能自由流动的最）凝点：在特定条件下，润滑油不能自由流动的最高温度；高温度；4 4）闪点：蒸发油气运到火焰发出闪光的最低温度，）闪点：蒸发油气运到火焰发出闪光的最低温度，衡量其易燃性；衡量其易燃性；5 5）氧化稳定性：高温气体中发生氧化、沉积的现象）氧化稳定性：高温气体中发生氧化、沉积的现象摩擦磨损与润滑二、润滑剂及主要性能二、润滑剂及主要性能2 2、润滑脂、润滑脂 钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑性能指标：性能指标：1 1）针入度针入度 ，反映其稠度大小。，反映其稠度大小。2 2）滴点）滴点 ，决定工作温度。，决定工作温度。3.3.固体润滑剂固体润滑剂石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。摩擦磨损与润滑三、润滑装置三、润滑装置1. 油杯油杯 针阀针阀式油式油杯杯旋盖式油杯旋盖式油杯 脂用压注式油杯压注式油杯弹簧弹簧盖油盖油杯杯摩擦磨损与润滑2. 油环油环 摩擦磨损与润滑一、动压润滑的形成和原理和条件一、动压润滑的形成和原理和条件第四节第四节 流体动压润滑基本原理流体动压润滑基本原理FFFF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。两平形板之间不能形成压力油膜！两平形板之间不能形成压力油膜！ v vvh1aah2cc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。动压油膜动压油膜-因运动而产生的压力油膜。 v vvh0bbF摩擦磨损与润滑F形成动压油膜的必要条件：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；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；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。其运动方向必须两工件表面必须有相对滑动速度。其运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。 Fy =F Fx 0 Fy =F Fx = 0向心轴承动压油膜的形成过程：向心轴承动压油膜的形成过程：静止静止 爬升爬升 将轴起抬将轴起抬转速继续升高质心质心左移左移稳定运转稳定运转达到工作转速e -偏心距偏心距e摩擦磨损与润滑B二、流体动压润滑的基本方程二、流体动压润滑的基本方程假设条件：假设条件：1.Z向无限长，润滑油在向无限长，润滑油在Z向没有流动；向没有流动；2.压力压力 p 不随不随 y 值的大小而变化；值的大小而变化；3.润滑油粘度润滑油粘度 不随压力而变化；不随压力而变化；4.润滑油处于层流状态。润滑油处于层流状态。取微单元进行受力分析取微单元进行受力分析: +dp+dppAxzypdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0=dd ydxdpdydu=整理后得：整理后得：又有：又有：=dxdpd2ud y2得：得：任意一点的油膜压力p沿x方向的变化率，与该点y向的速度梯度的导数有关。对对y积分得：积分得：u= y2+C1y+C2 21dxdp边界条件：边界条件：当当y=0时，时，u=- -v C2 = - -v当当y=h时，时，u=0 0 C1= h +h +21dxdphv摩擦磨损与润滑vvFaaccxzy代入得：代入得： u= (y2- - hy) +21dxdpv vhy- -h212130hvhdxdpudyqhx任意截面内的流量：任意截面内的流量：依据流体的连续性原理，通过不同截面的流量是相等的021vhqxb- -b截面内的流量：截面内的流量：该处速度呈三角形分布，间隙厚度为h0负号表示流速的方向与x方向相反，因流经两个截面的流量相等，故有：=6vdxdph0- -hh3得：得：- 一维雷诺方程一维雷诺方程由上式可得压力分布曲线由上式可得压力分布曲线: p=f(x)在在b-b处：处：h=h0， p=pmax速度梯度速度梯度du/dy呈线性分布，其余呈线性分布，其余位置呈非线性分布。位置呈非线性分布。流量相等，阴影面积相等。液体动压润滑的基本方程，它描述了油膜压力p的变化与动力粘度、相对滑动速度及油膜厚度h之间的关系。pmaxxph0bb