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1、第四章摩擦、磨损及润滑概述本讲稿第一页，共四十一页4-0 4-0 概概概概 述述述述 引引 言言 摩擦现象是自然界中普遍存在的物理现象。对于机器来讲，摩摩擦现象是自然界中普遍存在的物理现象。对于机器来讲，摩擦会使效率降低，温度升高，表面磨损。过大的磨损会使机器丧失擦会使效率降低，温度升高，表面磨损。过大的磨损会使机器丧失应有的精度，进而产生振动和噪音，缩短使用寿命。应有的精度，进而产生振动和噪音，缩短使用寿命。世界上使用的能源大约有世界上使用的能源大约有 1/31/31/2 1/2 消耗于摩擦。如果能够尽力消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗，便可大量节省能源。减少无用的摩擦消耗，便可大
2、量节省能源。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。润滑是减小摩擦、减少磨损、提高机械效率的最常用最有效方法。润滑是减小摩擦、减少磨损、提高机械效率的最常用最有效方法。研究摩擦、磨损与润滑的科学与技术构成了摩擦学。研究摩擦、磨损与润滑的科学与技术构成了摩擦学。当在正压力作用下相互接触的两个物体受切向力的影响而发生相对当在正压力作用下相互接触的两个物体受切向力的影响而发生相对运动或相对运动的趋势时，在接触表面上会产生抵抗运动的阻力，这运动或相对运动的趋势时，在接触表面上会产生抵抗运动的阻力，这种自然现象叫做摩擦。种自然现象叫做摩擦。本讲
3、稿第二页，共四十一页摩擦学的发展摩擦学的发展 摩擦、磨损、润滑是一种古老的技术，但一直未成为一门独立的学科。摩擦、磨损、润滑是一种古老的技术，但一直未成为一门独立的学科。1964年英国以乔斯特为首的一个小组，受英国科研与教育部的委托，调查了润滑年英国以乔斯特为首的一个小组，受英国科研与教育部的委托，调查了润滑方面的科研与教育状况及工业在这方面的需求。于方面的科研与教育状况及工业在这方面的需求。于1966年提出了一项调查报告。年提出了一项调查报告。这项报告提到，通过充分运用摩擦学的原理与知识，就可以使英国工业每年节约这项报告提到，通过充分运用摩擦学的原理与知识，就可以使英国工业每年节约510,0
4、00,000英镑，相当于英国国民生产总值的英镑，相当于英国国民生产总值的1%。这项报告引起了英国政府和工。这项报告引起了英国政府和工业部门的重视，同年英国开始将摩擦、磨损、润滑及有关的科学技术归并为一门业部门的重视，同年英国开始将摩擦、磨损、润滑及有关的科学技术归并为一门新学科新学科-摩擦学（摩擦学（Tribology）。）。本讲稿第三页，共四十一页4-1 4-1 4-1 4-1 摩擦摩擦摩擦摩擦“机械说机械说”-摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用；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附力作用；摩擦原因是表面材料分子间的吸附力作用；一、摩擦的机理一
5、、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。二二、摩擦的分类摩擦的分类内内 摩摩 擦擦外外 摩摩 擦擦1 1、按摩擦机理不同分为：、按摩擦机理不同分为：内摩擦内摩擦：在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运动的现象。：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。：在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍作用现象。本讲稿第四页，共四十一页静静 摩摩 擦擦动动 摩摩 擦擦2 2、按运动的状态不同分为：、按运动的状态不同分为：滑动摩擦滑动摩擦滚动摩擦滚动摩擦3 3、按运动的形式不同分为：、按运动的形式不同分为：干摩擦干摩擦边界
6、摩擦边界摩擦流体摩擦流体摩擦混合摩擦混合摩擦4 4、滑动摩擦按润滑状态不同分为：、滑动摩擦按润滑状态不同分为：本讲稿第五页，共四十一页1.干摩擦干摩擦 表面间无任何润滑剂或保护膜，表面金属直接接触表面间无任何润滑剂或保护膜，表面金属直接接触时的摩擦时的摩擦。2.边界摩擦边界摩擦1三、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 运动副表面有一层厚度运动副表面有一层厚度350 才开始氧化，才开始氧化，可在水中工作。可在水中工作。-摩擦系数低，使用温度范围广摩擦系数低，使用温度范围广 (-60300)，但遇水性能下降。，但遇水性能下降。-摩擦系数低，只有石墨的一半。摩擦系数低，只有石
7、墨的一半。使用方式：使用方式：a.a.调和在润滑油中；调和在润滑油中；b.b.涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；c.c.混入金属或塑料粉末中烧结成型。混入金属或塑料粉末中烧结成型。本讲稿第三十一页，共四十一页添加剂添加剂-为了改善润滑剂品质和性能而添加的物质。为了改善润滑剂品质和性能而添加的物质。五、添加剂五、添加剂 作用作用-提高油性、极压性、延长使用寿命、改善性能。提高油性、极压性、延长使用寿命、改善性能。油性添加剂油性添加剂 种类种类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粘剂非极压油非极压油软
8、化温度软化温度t/t/摩擦系数摩擦系数 f含脂肪酸和极压添加剂的油含脂肪酸和极压添加剂的油含脂肪含脂肪酸的油酸的油含极压添含极压添加剂的油加剂的油本讲稿第三十二页，共四十一页润滑油润滑在工程中的应用最普遍，其供油方式有：润滑油润滑在工程中的应用最普遍，其供油方式有：六、润滑方法六、润滑方法润滑方式润滑方式 人工给油；人工给油；油杯滴油；油杯滴油；浸油润滑、飞溅给油；浸油润滑、飞溅给油；用油泵强制润滑和冷却。用油泵强制润滑和冷却。低速传动低速传动高速传动高速传动甩油环甩油环喷油润滑喷油润滑 油泵油泵冷冷却却器器滴油润滑滴油润滑 浸油润滑浸油润滑 飞溅润滑飞溅润滑 本讲稿第三十三页，共四十一页针阀
9、式针阀式油杯油杯旋盖式油杯旋盖式油杯压注式油杯压注式油杯弹簧盖油杯弹簧盖油杯七、润滑装置七、润滑装置 1.油杯油杯 本讲稿第三十四页，共四十一页2.油环油环 本讲稿第三十五页，共四十一页一、流体动力润滑一、流体动力润滑 FFFF v F4-4 4-4 4-4 4-4 流体润滑原理简介流体润滑原理简介 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。压力来平衡外载荷。动压油膜动压油膜-因运动而产生的压
10、力油膜。v vvh1aah2ccvv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！Fpmax本讲稿第三十六页，共四十一页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。其运动方方向必两工件表面必须有相对滑动速度。其运动方方向必 须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。须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应用实例应用实例-向心滑动轴承动压油膜的形成
11、过程：向心滑动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质心质心左移左移稳定运转稳定运转e-偏心距偏心距e本讲稿第三十七页，共四十一页二、弹性流体动力润滑二、弹性流体动力润滑 弹性流体动力润滑理论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。流体动力润滑膜的力学性质。求解油膜求解油膜压力分布压力分布、润滑膜、润滑膜厚度分布厚度分布等问题等问题 在油膜压力下，摩擦表面的变形的弹性方程；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；表述润滑剂粘度与压力间关系的粘压方程；流体动
12、力润滑的主要方程。流体动力润滑的主要方程。流体动力润滑理论的前提：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，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；润滑剂粘度不随压力变化；零件摩擦表面为刚体；零件摩擦表面为刚体；本讲稿第三十八页，共四十一页 依靠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。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，个平行缝隙，在出油口
13、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。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。V2FV1V1V2F赫兹接触区赫兹接触区V1V2FV1V2F赫兹接触区赫兹接触区hminh0第二个峰值压力第二个峰值压力 干摩擦接触干摩擦接触弹性流体动力润滑的机理：弹性流体动力润滑的机理：本讲稿第三十九页，共四十一页节节流流器器节流器节流器D工作原理：工作原理：依靠供油装依靠供油装置，将高压油压入轴承置，将高压油压入轴承间隙中，强制形成油膜。间隙中，强制形成油膜。特点：特点：静压轴静压轴承承承载承载任何工况下都能胜任任何工况下都能胜任工作。工作。d0d0常用节流器常用节流器关键器件：关键器件：节流器节流器节流器作用：节流器作用：根据外载荷的变化根据外载荷的变化自动调节各油腔内的压力。自动调节各油腔内的压力。油台油台三、流体静力润滑三、流体静力润滑1)静压轴承静压轴承本讲稿第四十页，共四十一页本讲稿第四十一页，共四十一页