03第三章 摩擦、磨损和润滑.ppt

第三章 摩擦、磨损和润滑(Friction, Wear and Lubrication) 第一节 机械中的摩擦 一、摩擦概述 两个物体表面在外力作用下发生相互接触并作相对运动(或运动趋势)时，在接触面之间产生的切向运动阻力称为摩擦力，这种现象就是摩擦。 产生摩擦和摩擦阻力的原因主要是:接触点的粘着作用、表面微凸体间啮合的机械作用、表面间边界膜的剪切作用、表面间流体的剪切作用和滚动接触中的弹性迟后作用等。 影响摩擦阻力的因素：接触表面的运动情况、外载荷、环境条件（温度、润滑等）、表面形貌和材料性质。 二、摩擦的分类 1.按摩擦副的运动状态可分为： 静摩擦：两物体表面产生接触，有相对运动趋势但尚未产生相对运动时的摩擦。 动摩擦：两相对运动表面之间的摩擦。 2.按摩擦副相对运动的位移特征分类： 滑动摩擦：两接触物体接触点具有不同速度和(或)方向时的摩擦。 滚动摩擦：两接触物体接触点的速度之大小和方向相同时的摩擦。 自旋摩擦：两接触物体环绕其接触点处的公法线相对旋转时的摩擦。 ? 上述摩擦方式即运动方式可以叠加，就构成摩擦的复合方式，如滑动滚动摩擦。 3.按摩擦发生的位置可分为 外摩擦：发生于物体的接触界面，阻碍宏观的相对运动。 内摩擦：发生于物体的内部，阻碍分子的运动。 4. 按表面润滑状态分类： 干摩擦：两摩擦表面之间即无润滑剂又无湿气的摩擦。 边界摩擦（即边界润滑）：以具有边界膜隔开相对运动表面时的摩擦。 边界膜可分为吸附膜和反应膜，吸附膜又分为物理吸附膜和化学吸附膜。 流体摩擦（即流体润滑）：以流体层隔开相对运动表面时的摩擦，即由流体的粘性阻力或流变阻力引起的摩擦。 混合摩擦（即混合润滑）：流体摩擦和边界摩擦或流体摩擦和干摩擦同时发生的摩擦。 不同状态下的摩擦系数参见P55表3-1。 三、机械设计中摩擦约束的利弊 摩擦具有二重性：　　一方面，摩擦是有害的，会带来能量损耗、工作温度上升，还会产生振动和噪声；　　此时摩擦约束条件是：摩擦系数、温升不超过许用值，效率不低于许用值或摩擦的能耗不超过许用值等。 　 另一方面，摩擦是有利的；　　此时摩擦约束条件是：摩擦必须足够大，即摩擦系数或摩擦力矩或摩擦力应大于规定的许用值，以保证机器工作的可靠性. 四、影响摩擦的主要因素 (1)表面膜的影响：用自然或人工的方法在金属表面上形成一层很薄的膜，可以降低摩擦；　(2)摩擦副材料性质的影响：互溶性较大的金属摩擦副，摩擦系数较大；反之，摩擦系数较小。材料的硬度对摩擦系数也有一定的影响，一般而言，硬度越高，摩擦系数越小。　(3)摩擦副表面粗糙度的影响：表面粗糙度数值减小，摩擦系数越低。　(4)摩擦表面间润滑的影响：干摩擦的摩擦系数一般大于0.1；边界摩擦、混合摩擦次之，通常约在0.01～0.1之间；液体摩擦的摩擦系数最小，油润滑时最小可达0.001～0.008。 第二节 机械中的磨损 1、磨损的定义和分类 磨损：由于表面的相对运动而使物体工作表面的物质不断损失或转移的现象。 　　按磨损的损伤机理磨损可分为：粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损等。 粘着磨损：摩擦表面的微凸体在相互作用的各点发生粘着作用，使材料由一表面转移到另一表面的磨损。 磨粒磨损：摩擦表面间的游离硬颗粒或硬的微凸体峰间在较软的材料表面上犁刨出很多沟纹的微切削过程。 　 表面疲劳磨损：摩擦表面受循环接触应力作用到达一定程度时，就会在零件工作表面形成疲劳裂纹，随着裂纹的扩展与相互连接，会造成许多微粒从零件表面上脱落下来，致使表面上出现许多浅坑，这种磨损过程即为疲劳磨损。 腐蚀磨损：在摩擦过程中金属与周围介质发生化学反应或电化学反应而引起的磨损。　　　　 2、磨损过程 一个零件的磨损过程大体可分为三个阶段：磨合磨损阶段、 稳定磨损阶段及剧烈磨损阶段。 在磨合磨损阶段开始磨损速度很快，随后逐渐减慢，最后进入稳定磨损阶段。磨合磨损可将原始粗糙度逐渐磨平，使两摩擦表面贴合得更好，因而，有利于延长机器的使用寿命。稳定磨损阶段是摩擦副的正常工作阶段，此时，磨损缓慢而稳定。当磨损达到一定量时，进入剧烈磨损阶段。此时，摩擦条件将发生很大的变化，温度急剧升高，磨损速度大大加快，机械效率 明显降低，精度丧失，并出现异常 的噪声和振动，最后导致完全失效。 3、机械设计中磨损约束的利弊 磨损有利的一面，如：为了降低表面粗糙度对机械零件进行磨削、研磨和抛光等精加工以及刀具的刃磨等，均利用了磨损的原理； 但磨损也有害的一面，会降低机器的