机械设计第4章-摩擦.ppt

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1、第四章 摩擦、磨损及润滑概述4-14-1、摩擦、摩擦4-24-2、磨损、磨损4-24-2、润滑剂、添加剂和润滑方法、润滑剂、添加剂和润滑方法通过本章的学习：通过本章的学习：n n了解摩擦、磨损的分类与机理；了解摩擦、磨损的分类与机理；了解摩擦、磨损的分类与机理；了解摩擦、磨损的分类与机理；n n了解润滑剂的主要性能指标和润滑方法了解润滑剂的主要性能指标和润滑方法了解润滑剂的主要性能指标和润滑方法了解润滑剂的主要性能指标和润滑方法 1 1第四章 摩擦、磨损及润滑概述 本章对本章对本章对本章对摩擦学摩擦学摩擦学摩擦学所研究的对象作简单扼要的介绍所研究的对象作简单扼要的介绍所研究的对象作简单扼要的介

2、绍所研究的对象作简单扼要的介绍 摩擦学：摩擦学：研究摩擦、磨损和润滑的科学与技术统称摩擦学。研究摩擦、磨损和润滑的科学与技术统称摩擦学。摩擦、磨损和润滑的关系：摩擦、磨损和润滑的关系：两个物体接触并有两个物体接触并有相对滑动或趋势相对滑动或趋势摩擦摩擦磨损磨损造成物体表面材料造成物体表面材料的损失或转移的损失或转移（1/31/3 1/21/2的能源消耗于摩擦中）的能源消耗于摩擦中）（超过限度而导致机械零件报废）（超过限度而导致机械零件报废）采取措施减轻摩擦和磨损采取措施减轻摩擦和磨损润滑润滑2 2滑动摩擦：运动形式是相对滑动滑动摩擦：运动形式是相对滑动外摩擦：在物体表面发生，阻碍相对运动外摩擦

3、：在物体表面发生，阻碍相对运动第四章 摩擦、磨损及润滑概述一、分类一、分类内摩擦：在物质内部发生，阻碍分子间相对运动内摩擦：在物质内部发生，阻碍分子间相对运动静摩擦：仅有相对运动趋势时静摩擦：仅有相对运动趋势时动摩擦：在相对运动进行中动摩擦：在相对运动进行中滚动摩擦：运动形式是相对滚动滚动摩擦：运动形式是相对滚动4-14-1、摩擦、摩擦干摩擦干摩擦边界摩擦边界摩擦流体摩擦流体摩擦混合摩擦混合摩擦3 3干摩擦干摩擦边界摩擦边界摩擦混合摩擦混合摩擦流体摩擦流体摩擦第四章 摩擦、磨损及润滑概述1.干摩擦干摩擦 2.边界摩擦边界摩擦二、二、滑动摩擦状态滑动摩擦状态 :摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开的

4、状态。摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开的状态。vv :表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触状态。表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触状态。f0.300.35 通常，把未经人为润滑的摩擦状态当作干摩擦。通常，把未经人为润滑的摩擦状态当作干摩擦。摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能。摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能。f 0.1 0.3:有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不直接接触。有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不直接接触。3.流体摩擦流体摩擦f 0.001 0.01 vv4.4.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边界摩擦和和流体摩擦流体摩擦的的混合混合状态。状

5、态。f 0.1 0.3实际中很难区分实际中很难区分分类分类不完全液体摩擦不完全液体摩擦4 4第四章 摩擦、磨损及润滑概述如何判断润滑状态：如何判断润滑状态：摩擦特性曲线摩擦特性曲线 f n/p o o边界摩擦边界摩擦混合摩擦混合摩擦流体摩擦流体摩擦轴承特性数轴承特性数（无量纲无量纲）5 5第四章 摩擦、磨损及润滑概述磨损：磨损：4-24-2、磨损、磨损磨损过程：磨损过程：设计机器时，要求缩短磨合阶段、延长稳定磨损阶段。设计机器时，要求缩短磨合阶段、延长稳定磨损阶段。机器的寿命机器的寿命磨损量磨损量时间时间磨合阶段磨合阶段稳定磨损阶段稳定磨损阶段剧烈磨损阶段剧烈磨损阶段由于摩擦而导致零件表面材料

6、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。6 6 按磨损机理分按磨损机理分 第四章 摩擦、磨损及润滑概述磨损的分类磨损的分类磨粒磨损（磨损）磨粒磨损（磨损）疲劳磨损（点蚀）疲劳磨损（点蚀）粘附磨损（胶合）粘附磨损（胶合）冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 按磨损外观分按磨损外观分 外部进入摩擦面间的游离硬颗粒，在较软外部进入摩擦面间的游离硬颗粒，在较软材料表面上犁刨出很多沟纹的材料表面上犁刨出很多沟纹的微切削过程微切削过程。当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点因当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点因瞬时的温升和压力发生瞬时的温升和压力发生“冷焊冷焊”后，在相对

7、后，在相对运动时，材料发生迁移。运动时，材料发生迁移。严重造成运动副咬死。严重造成运动副咬死。摩擦表面材料的微体积在交变的摩擦力作摩擦表面材料的微体积在交变的摩擦力作用下，反复变形所引起的材料疲劳脱落。用下，反复变形所引起的材料疲劳脱落。流动的液体或气体中所夹带的硬质物体流动的液体或气体中所夹带的硬质物体或颗粒冲击零件表面所引起的磨损。或颗粒冲击零件表面所引起的磨损。在化学或电化学作用下引起腐蚀，在相在化学或电化学作用下引起腐蚀，在相对运动时引起的磨损。对运动时引起的磨损。在微幅运动时，由上述各磨损机理共同在微幅运动时，由上述各磨损机理共同形成的复合磨损。形成的复合磨损。7 7第四章 摩擦、磨

8、损及润滑概述一、一、润滑剂润滑剂 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。分类分类液体润滑剂（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1.1.润滑油润滑油 种类种类气体润滑剂气体润滑剂有机油（动、植物油）有机油（动、植物油）矿物油（石油产品）矿物油（石油产品）化学合成油化学合成油 4-34-3、润滑剂、添加剂和润滑方法、润滑剂、添加剂和润滑方法 含硬脂肪酸，边界润滑时性能含硬脂肪酸，边界润滑时性能很好；很好；稳定性差、来源有限稳定性差、来源有限 使用较少使用较少 来源充足、成本低廉；

9、来源充足、成本低廉；稳定性好；稳定性好；使用最广使用最广 能达到矿物油不能达到的特殊能达到矿物油不能达到的特殊要求（耐高温、高速等）要求（耐高温、高速等）成本高、应用面窄；成本高、应用面窄；使用较少使用较少8 8第四章 摩擦、磨损及润滑概述主要质量指标主要质量指标粘度的种类粘度的种类动力粘度动力粘度运动粘度运动粘度条件粘度条件粘度（1）粘）粘 度度（2）润）润 滑滑 性性（3）极）极 压压 性性（4）闪）闪 点点（5）凝）凝 点点（6）氧化稳定性）氧化稳定性（1 1）粘度）粘度可定性地定义为润滑油的流动阻力，是最重要的性能之一。可定性地定义为润滑油的流动阻力，是最重要的性能之一。9 9第四章

10、摩擦、磨损及润滑概述A AB B1)1)动力粘度动力粘度voxyydydudu 液体层与层之间存在摩擦切应力液体层与层之间存在摩擦切应力动力粘度（简称粘度）动力粘度（简称粘度）（量纲：力（量纲：力时间时间/长度长度2 2）单位：单位：实验结果：实验结果：（牛顿粘性液体摩擦定律）（牛顿粘性液体摩擦定律）服从该定律的流体称服从该定律的流体称牛顿液体牛顿液体 国际单位：国际单位：Pas（帕（帕秒）秒）长宽高各为长宽高各为1米的液体，上下米的液体，上下两表面发生两表面发生1m/s的相对滑动的相对滑动时，切向力为时，切向力为1N时的粘度时的粘度绝对单位：绝对单位：P（泊泊）,cP（厘（厘泊泊）1P=10

11、0cP1Pas=10P=1000cP1010第四章 摩擦、磨损及润滑概述工程中常用：工程中常用：单位：单位：2)运动粘度运动粘度 国际单位：国际单位：m2/s绝对单位：绝对单位：st（斯），（斯），cst（厘斯）（厘斯）1st=100cst1 m2/s=104st=106cst 国标规定国标规定:润滑油在润滑油在40时的时的运动粘度运动粘度的的中心值中心值作为润滑油作为润滑油的的牌号牌号。实际运动粘度应在中心值的。实际运动粘度应在中心值的10%偏差内。偏差内。表表4-1 常用常用润滑油的主要性质（节录）常用常用润滑油的主要性质（节录）名名 称称全损耗全损耗系统用油系统用油GB443-89代代

12、号号40 的粘度的粘度mm2/sL-AN7 6.127.48 -10 110凝点凝点 C闪点闪点(开式开式)C用于高速底负荷机械、用于高速底负荷机械、精密机床、纺织纱锭的精密机床、纺织纱锭的润滑和冷却。润滑和冷却。用于一般滑动轴承、齿用于一般滑动轴承、齿轮、蜗轮的润滑轮、蜗轮的润滑L-AN10 9.011.0 -10 125L-AN15 13.516.5 -10 165L-AN32 28.832.2 -10 170主要用途主要用途1111第四章 摩擦、磨损及润滑概述3)3)条件粘度条件粘度 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

13、过规定孔道的时间来进行度量的粘度。油穿过规定孔道的时间来进行度量的粘度。常用的有常用的有 恩氏度（恩氏度（Et）-中国惯用中国惯用 赛氏通用秒（赛氏通用秒（SUS）-美国惯用美国惯用 雷氏秒（雷氏秒（R）-英国惯用英国惯用 运动粘度运动粘度与与条件粘度条件粘度之之间的换算：间的换算：润滑油粘度与温度压力的关系：润滑油粘度与温度压力的关系：温度对润滑油粘度的影响十分明显，见图温度对润滑油粘度的影响十分明显，见图4-74-7的的粘粘-温曲线温曲线。压力大于压力大于20Mpa20Mpa时，粘度随压力的加大而增加。时，粘度随压力的加大而增加。1212第四章 摩擦、磨损及润滑概述（2 2）润滑性（油性）

14、润滑性（油性）指润滑油中的分子与金属表面吸附形成一边界油膜，以减小摩擦和磨损指润滑油中的分子与金属表面吸附形成一边界油膜，以减小摩擦和磨损的性能。的性能。（3 3）极压性）极压性 指加入含硫、氯、磷的有机极性化合物后，油中极性分子在金属表面生指加入含硫、氯、磷的有机极性化合物后，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的性能。成抗磨、耐高压的化学反应边界膜的性能。（4 4）闪点）闪点 在标准容器中加热所蒸发的油气，遇火焰即能发出闪光时的最低温度，是在标准容器中加热所蒸发的油气，遇火焰即能发出闪光时的最低温度，是衡量易燃性的指标。衡量易燃性的指标。对低速重载、润滑不充分的场合具有特

15、别重要的意义。对低速重载、润滑不充分的场合具有特别重要的意义。在重载、高速、高温条件下，可改善边界润滑性能。在重载、高速、高温条件下，可改善边界润滑性能。一般要求工作温度比油的闪点低一般要求工作温度比油的闪点低3030 40 40。（5 5）凝点）凝点 在规定条件下，不再自由流动时的最在规定条件下，不再自由流动时的最高高温度。润滑油在低温下工作的重温度。润滑油在低温下工作的重要指标，直接影响到机器的启动性能和磨损情况。要指标，直接影响到机器的启动性能和磨损情况。（6 6）氧化稳定性）氧化稳定性 当润滑油暴露在高温气体中时，会发生氧化并生成硫、氯、磷的酸性化合当润滑油暴露在高温气体中时，会发生氧

16、化并生成硫、氯、磷的酸性化合物。这是一种胶状沉积物，不但腐蚀金属，而且加剧零件的磨损。物。这是一种胶状沉积物，不但腐蚀金属，而且加剧零件的磨损。1313第四章 摩擦、磨损及润滑概述2.2.润滑脂润滑脂 润滑油与各种稠化剂（钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠润滑油与各种稠化剂（钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成。化而成。优点：优点：缺点：缺点：密封简单、不需要经常添加、不易流失；密封简单、不需要经常添加、不易流失；对速度和温度不敏感，适用范围广。对速度和温度不敏感，适用范围广。摩擦损耗较大、机械效率低，不适宜高速场合。摩擦损耗较大、机械效率低，不适宜高速场合。润滑脂的主要质量指标：润滑脂的主要质量

17、指标：（2 2）滴点）滴点（1）锥入度）锥入度(稠度稠度)：一个重一个重1.5N的标准锥体，于的标准锥体，于25恒温下，由润滑脂表面经恒温下，由润滑脂表面经5s刺入的深度刺入的深度(以以0.lmm计计)。标志着润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱。标志着润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱。润滑脂的牌号就是该润滑脂锥入度的等级。润滑脂的牌号就是该润滑脂锥入度的等级。温度升高时，润滑脂第一滴掉下时的温度。温度升高时，润滑脂第一滴掉下时的温度。表征润滑脂耐高温的性能表征润滑脂耐高温的性能1414第四章 摩擦、磨损及润滑概述钠基润滑脂钠基润滑脂锂基润滑脂锂基润滑脂铝基润滑脂铝基润滑脂钙基润滑脂钙基润滑脂 分

18、类分类 抗水性抗水性良好良好 耐热能力差，耐热能力差，t 5565 耐热性较高，耐热性较高，t 120 抗水性较差抗水性较差 能与少量水乳化而保护金属免遭腐蚀能与少量水乳化而保护金属免遭腐蚀抗水性好抗水性好耐高温，耐高温，t 145 有较好的机械安定性有较好的机械安定性 是一种多用途的润滑脂是一种多用途的润滑脂抗水性良好抗水性良好在金属表面吸附能力强（起到防锈作用）在金属表面吸附能力强（起到防锈作用）1515第四章 摩擦、磨损及润滑概述油性添加剂油性添加剂 种类种类（二）添加剂（二）添加剂 极压添加剂极压添加剂分散净化剂分散净化剂消泡添加剂消泡添加剂抗氧化添加剂抗氧化添加剂降凝剂降凝剂增粘剂增

19、粘剂 普通润滑油、润滑脂在一些十分恶劣的工作条件下普通润滑油、润滑脂在一些十分恶劣的工作条件下(如高温、如高温、低温、重载、真空等低温、重载、真空等)会很快劣化变质，失去润滑能力。会很快劣化变质，失去润滑能力。为了提高油的品质和使用性能，常加入某些分量虽少但对润为了提高油的品质和使用性能，常加入某些分量虽少但对润滑剂性能改善起巨大作用的物质滑剂性能改善起巨大作用的物质添加剂添加剂。1616第四章 摩擦、磨损及润滑概述1.1.润滑油润滑润滑油润滑（三）润滑方法（三）润滑方法 压配式注油杯压配式注油杯 滴油润滑滴油润滑油环润滑油环润滑油泵强制润滑油泵强制润滑 间歇式间歇式 连续式连续式 旋套式注油杯旋套式注油杯飞溅润滑飞溅润滑1717第四章 摩擦、磨损及润滑概述油泵强制润滑油泵强制润滑飞溅润滑飞溅润滑2.2.润滑脂润滑润滑脂润滑 旋盖式油杯旋盖式油杯 间歇式间歇式 油油 枪枪1818THE END 1919