机械原理及设计 上 作者 马履中 第三章 摩擦、磨损和润滑.ppt

机械原理与设计 制作 杨德勇 电 子 教 案 机械工业出版社 主编 马履中 在线教务辅导网： 教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网 QQ:349134187 或者直接输入下面地址： （下册） 第三章 摩擦、磨损和润滑 第一节 摩 擦 第二节 磨 损 第三节 润 滑 第四节 流体润滑原理简介 在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力的影响而发生相互滑动，或有相对滑动的趋势时，在接触面上产生抵抗滑动阻力的现象称为摩擦，此阻力称为摩擦力。 摩擦是一种不可逆过程，其结果使摩擦表面的物质丧失或转移，即发生磨损。过度磨损会使机器丧失应有的精度，产生振动和噪声，缩短使用寿命。 适当的润滑是减小摩擦、减轻磨损和降低能量消耗的有效手段。 第一节 摩 擦 摩擦的种类 　　1）内摩擦：发生在物质内部，阻碍分子间相对运动的摩擦。 　　2）外摩擦：当相互接触的两个物体发生相对滑动或有相对滑动的趋势时，在接触表面上产生的阻碍相对滑动的摩擦。 静摩擦——仅有相对滑动趋势时的摩擦 外摩擦 滑动摩擦 动摩擦——相对滑动进行中的摩擦 滚动摩擦 滑动摩擦又分为四大类：干摩擦、边界摩擦(润滑)、液体摩擦(润滑)和混合摩擦(润滑) 一、干摩擦 定义：两摩擦表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。 由库仑公式知，摩擦力F与法向正压力N成正比，即 式中 f——摩擦因数 在工程实际中并不存在真正的干摩擦，通常把未经人为添加润滑剂的摩擦状态，当作干摩擦处理。 摩擦力主要由两方面因素构成：一是摩擦表面间的粘着作用，另一是相对运动时较硬表面的微凸体尖峰对较软表面的犁刨作用。 单位接触面上的压力很容易达到材料的抗压强度?bc而使材料产生塑性流动，使接触面积进一步增大。因此真实接触面积Ar应为： 接触区产生塑性变形后，两接触表面的金属就很容易发生粘着，形成冷焊结点，如图 2-3-2。当外力驱使该两表面发生相对运动时，冷焊结点遭到剪断。设结点的剪切强度极限为?b，于是可得粘着摩擦力为： a)结点 b)界面 c)软金属剪切剪切 界面 界面 软金属 硬金属 τB τf b 当有相对运动时，较硬材料表面的微凸体尖峰便对较软表面起犁刨作用犁出沟槽，从而产生犁刨摩擦力F2。 因此，接触表面上的总摩擦力F可如下近似确定： 若两接触表面的硬度相差不大或表面经过跑合，则干摩擦的摩擦力主要为粘着摩擦力，即F≈Fl。这时，摩擦因数为: 大多数金属材料的比值?b/?sc较为接近(?b ? ?sc/5)，所以干摩擦的摩擦因数数值变化不大。 两个相互接触的物体，在切向力作用下开始相对滑动之前，由于粘着力的影响，接触表面上的微凸体峰部会产生一定的弹性变形。当切向力达到极限静摩擦力时，结点遭到剪断，物体产生相对滑动，于是极限静摩擦力便减小为动摩擦力，接触界面上微凸体峰部的弹性变形也随之相应减小。物体将产生突变位移才能进而成为稳定滑移，如图2.3.3所示。 若该两物体的相对运动较为缓慢(例如拉床的拉削运动、机床的进给运动)，这种突变位移可能破坏机械运动的连续性，而使接触表面间的摩擦力始终处于静摩擦力和动摩擦力的反复交迭变更之中，这种现象称为“爬行’。 爬行不仅破坏了所要求的运动规律，而且产生冲击和振动，对精密机械的危害极大。提高接触表面的切向刚度并减小极限静摩擦力与动摩擦力之间的差值，有利于避免发生“爬行”现象。 实践表明，合理选择摩擦副的材料匹配，采用减摩性良好和不易产生互溶的材料，选择合适的表面粗糙度和采取良好的润滑措施等，均有助于减小摩擦因数。在机械中，摩擦与机械效率密切相关，因此，摩擦副不允许出现干摩擦状态。 二、 边界摩擦 摩擦表面之间的润滑剂与金属表面形成的能保护金属不致粘着的一层极薄的薄膜称为边界膜，这时两摩擦表面的摩擦状态称为边界摩擦。 边界膜有两大类：吸附膜和化学反应膜。吸附膜又分为物理吸附膜与化学吸附膜。 化学吸附膜是润滑油分子以其化学键力作用在金属表面形成保护膜，它的剪切强度与抗粘着能力较低，但熔点较高(约120°C)。所以，能在中等速度及中等载荷下起润滑作用。 物理吸附膜是由分子引力所形成的。吸附膜吸附在金属表面的模型如图2.3.4所示。 在高速重载的摩擦副中，常用具有极压添加剂的润滑油。在较高的温度(约150°C-200°C)下，润滑油分子中含有的以活性原子形式存在的硫、氯、磷元素与金属起化学反应，生成较厚的无机物膜覆盖在金属表面，称为化学反应膜。这种反应膜有低剪切强度和高熔点，比前两种膜更为稳定，因此，可在高压、大滑