摩擦磨损及润滑概述机械设计课件精.ppt
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1、摩擦磨损及润滑概述机械设计课件青岛科技大学专用 潘存云教授研制 第1页,本讲稿共33页青岛科技大学专用 潘存云教授研制 4-0 概 述 摩擦学摩擦学-研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损和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润滑,以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。科。摩擦摩擦-相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象;相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象;磨损磨损-由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移;由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移;润滑润滑-减轻摩擦和磨损所应采取的措施。减轻摩擦和磨损所应采取的措施。关于摩擦、磨损与
2、润滑的学科构成了摩擦学(Tribology)。世界上使用的能源大约有世界上使用的能源大约有 1/31/2 消耗于摩擦。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。和更换的。减少摩擦减少摩擦 节省能源;节省能源;减少磨损减少磨损 降低设备维修次数和费用,节省制造零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。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。第2页,本讲稿共33页青岛科技大学专用 潘存云教授研制 二二、摩擦的分
3、类摩擦的分类内内 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。外外 摩摩 擦:擦:在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍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。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。物体表面间的运动形式是相对滑动。滚动摩擦:滚动摩擦:物体表面间的运动形式是相对滚动。物体表面间的运动形式是相对滚动。“机械说机械说”-摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用
4、;摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用;“分子说分子说”-摩擦原因是表面材料分子间的吸力作用;摩擦原因是表面材料分子间的吸力作用;一、摩擦的机理一、摩擦的机理 “机械分子说机械分子说”两种作用均有。两种作用均有。4-1 摩擦摩擦第3页,本讲稿共33页青岛科技大学专用 潘存云教授研制 1.干摩擦干摩擦 两零件表面直接接触后,因为微观局部压力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。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.边界摩擦边界摩擦三、三、滑动摩擦状态滑动摩擦状态 功耗功耗 磨损磨损 温度温度 烧毁轴瓦烧毁轴瓦 运动副表面有一层厚
5、度运动副表面有一层厚度1 m的薄油膜,不的薄油膜,不足以将两金属表面完全分开,其表面部分微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。观高峰部分仍将相互搓削。比干摩擦的磨损轻比干摩擦的磨损轻,f 0.1 0.3v有一层压力油膜将两金属表面隔开,彼此有一层压力油膜将两金属表面隔开,彼此不直接接触。不直接接触。是理想的摩擦状态。3.液体摩擦液体摩擦摩擦和磨损极轻摩擦和磨损极轻,f 0.001 0.01 vv v第4页,本讲稿共33页青岛科技大学专用 潘存云教授研制 4.混合摩擦混合摩擦 v 混合摩擦是指摩擦表面间处于边界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。
6、混合摩擦能有效降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低摩擦阻力,其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。得多。在一般机器中,处于后三种情况的混合状态。f n/p o边界摩擦边界摩擦混合摩擦混合摩擦液体摩擦液体摩擦摩擦特性曲线摩擦特性曲线称无量纲参数称无量纲参数n/p为轴承为轴承特性特性数数。-动力粘度,p-压强,n-每秒转数 边界摩擦和混合摩擦在工边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分,常统称为程实际中很难区分,常统称为不完全液体摩擦。不完全液体摩擦。摩擦学研究的最新进展:摩擦学研究的最新进展:微纳米摩擦学理论微纳米摩擦学理论可实现:可实现:f 0.001 -超
7、润滑摩擦状态。超润滑摩擦状态。第5页,本讲稿共33页青岛科技大学专用 潘存云教授研制 机器的寿命机器的寿命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。由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。磨损曲线磨损曲线 磨合阶段磨合阶段 磨损量磨损量时间时间剧烈磨剧烈磨损阶段损阶段 稳定磨损阶段稳定磨损阶段 4-2 磨损磨损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-包括摩擦表面包括摩擦表面轮廓峰的形状变化和表面材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。稳定磨损阶段稳定磨损阶段-零件在平零件在平稳而缓慢的速度下磨损。稳而缓慢的速度下磨损。它标志着磨
8、擦条件相对稳定。剧烈磨损阶段剧烈磨损阶段-在经过稳定磨损阶段后,零件表面遭到破坏,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。阶段。后果后果降低机器的效率和可靠性,甚至促使机器提前报废。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。到来。它是磨损的不稳定阶段,在整个寿命周期内时间很短。第6页,本讲稿共33页青岛科技大学专用 潘存云教授研制 磨粒磨损磨粒磨损 磨损的分类:
9、磨损的分类:疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损磨损类型类型 按磨损机理分按磨损机理分 按磨损表面外按磨损表面外观可分为观可分为 点蚀磨损点蚀磨损 胶合磨损胶合磨损 擦伤磨损擦伤磨损 两种不同的称谓 第7页,本讲稿共33页青岛科技大学专用 潘存云教授研制 磨损的机理:磨损的机理:磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型:磨损类型:磨粒磨损磨粒磨损也简称磨损,也简称磨损,外部进入摩擦面间的游离硬颗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)
10、或硬的轮廓峰尖粒(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。离颗粒,这样的微粒切削过程就叫磨粒磨损。第8页,本讲稿共33页青岛科技大学专用 潘存云教授研制 磨损的机理:磨损的机理:磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型:磨损类型:粘附磨损粘附磨损也称胶合,当
11、摩擦表面的轮廓峰在相互作也称胶合,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用的各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷冷 焊焊”后,在相对运动时,材料从一个表面迁后,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。移到另一个表面,便形成粘附磨损。严重严重 的粘附磨损会造成运动副咬死。的粘附磨损会造成运动副咬死。第9页,本讲稿共33页青岛科技大学专用 潘存云教授研制 磨损的机理:磨损的机理:磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型:磨损类型:疲劳磨损疲劳磨损也称点蚀,是由于摩擦表面材料微体
12、积在也称点蚀,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:材料疲劳所引起的机械磨损。点蚀过程:产生初始疲劳裂纹产生初始疲劳裂纹扩展扩展 微粒脱落,形微粒脱落,形 成点蚀坑。成点蚀坑。第10页,本讲稿共33页青岛科技大学专用 潘存云教授研制 磨损的机理:磨损的机理:磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型:磨损类型:冲蚀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
13、引起的机械磨损。利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,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。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第11页,本讲稿共33页青岛科技大学专用 潘存云教授研制 磨损的机理:磨损的机理:磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型:磨损类型:腐蚀磨损腐蚀磨损当摩擦表面材料在环境的化学或电化学作当摩擦表面材料在环境的化学或电
14、化学作 用下引起腐蚀,在摩擦副相对运动时所产用下引起腐蚀,在摩擦副相对运动时所产 生的磨损即为腐蚀磨损。生的磨损即为腐蚀磨损。第12页,本讲稿共33页青岛科技大学专用 潘存云教授研制 磨损的机理:磨损的机理:磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型:磨损类型: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 机理共同形成的复合磨损。微幅运动可理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。解为不足以使磨粒脱离摩擦副的相对运动。应用实例应用实例:轴与孔
15、的过盈配合面、滚动轴承套圈的配合面、旋合: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。螺纹的工作面、铆钉的工作面等。第13页,本讲稿共33页青岛科技大学专用 潘存云教授研制 一、一、润滑剂润滑剂 作用:作用:降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。分类分类液体液体润滑剂润滑剂-润滑油润滑油半固体半固体润滑剂润滑剂-润滑脂润滑脂固体固体润滑剂润滑剂1.润滑油润滑油 矿物油来源充足、成本低廉、稳定性好、因而应用最广。矿物油来源充足、成本低廉、稳定性好、因而应用最广。种类:种类:气体气体润滑剂润滑剂-空气空气有机油有机油
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- 摩擦 磨损 润滑 概述 机械设计 课件
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