第4章摩擦与润滑状态汇编.ppt

第四章 摩擦、磨损和润滑 合肥学院 王学军 第四章 摩擦、磨损和润滑 摩擦磨损润滑和密封失效是现代机械系统的主要失效原因。 消极影响：消耗能源； 破坏精度（包括磨损和爬行）； 增大噪声 积极作用：驱动(摩擦轮、无级变速) 缓冲，如宇航员座椅； 自锁，如钉子等。 4.1 摩擦与润滑状态 摩擦分类： 外摩擦（存在于两物体表面之间） 内摩擦（流体内部产生的粘剪力） 按照两表面的润滑状况，摩擦分为： 1)干摩擦——无润滑状态 2)边界摩擦——边界润滑状态 3)流体摩擦——流体润滑状态 4)混合摩擦——混合润滑状态 5)薄膜摩擦——薄膜润滑状态 一、干摩擦 不加润滑剂时，相对运动的零件表面直接接触，这样产生的摩擦称为干摩擦 (如真空中)。摩擦力的计算公式： 摩擦力的组成可表示为： 二、边界摩擦 两表面加入润滑油后，在金属表面会形成一层边界膜，它可能是物理吸附膜，也可能是化学反应膜。不满足流体动压形成条件，或虽有动压力，但压力较低，油膜较薄时，在载荷的作用下，边界膜互相接触，横向剪切力比较弱，这种摩擦状态称为边界摩擦。 三、流体摩擦 当两摩擦表面被流体（液体或气体）完全隔开时，摩擦表面不会产生金属间的直接摩擦，流体分子层间的粘剪阻力就是摩擦力，这种摩擦称为流体摩擦。 三、流体摩擦 实现流体摩擦有下列三种方法: 1)流体动压润滑 楔形空间，油膜厚度最大 三、流体摩擦 2）弹性流体动压润滑 考虑了接触区弹性变形和压力对接触区润滑油粘度的影响的动压润滑称为弹性流体动力润滑,简称为弹流润滑。 三、流体摩擦 3) 流体静压润滑 用油泵将润滑油经过节流器以所需要压力注入被润滑表面的油室,再由油室的封油边流回油箱。 四、混合摩擦 当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时，就会出现流体摩擦、边界摩擦和干摩擦同时存在的现象，这种摩擦状态称为混合摩擦。 五、薄膜润滑状态 介于干摩擦和边界摩擦之间，薄膜厚度仅几纳米，在现代精密机械系统(Ra很小)或MEMS中普遍存在。 4.2 磨损 磨损：运动副表面材料不断损失。 磨损率: 单位时间内材料的磨损体积或重量。 一、磨损过程（三阶段）: 1)跑合磨损阶段 2)稳定磨损阶段 3)剧烈磨损阶段 4.2 磨损 二、磨损分类（根据磨损机理） 1）粘着磨损： 形成：边界摩擦，载荷大，速度高，边界膜破坏，表面尖峰接触。 现象：形成材料转移。 影响因素：材料硬度，表面粗糙度，载荷、速度、温度，不同材料配副。 2）磨粒磨损 形成：表面微峰或外界硬质颗粒进入摩擦面。 现象：表面划伤或犁沟现象。 影响因素：环境，表面硬度、粗糙度。 4.2 磨损 3）疲劳磨损（也称疲劳点蚀） 形成：接触应力反复作用。轴承、齿轮。 现象：表层金属剥落，形成点蚀凹坑。 影响因素：表面硬度、粗糙度，润滑油粘度。 4）冲蚀磨损 形成：一定速度的硬质微粒反复作用，表面受法向力及切向力。燃气涡轮机叶片、水轮机叶片。 现象：表面疲劳，材料损失。 影响因素：材料硬度 4.2 磨损 5）腐蚀磨损-电化学作用 形成：空气中的酸、润滑油中的无机酸产生化学作用或电化学作用。 现象：表面腐蚀并磨损。 影响因素：环境、润滑油的腐蚀性。 6）微动磨损 形成：小振幅、大频率、点或线接触。 现象：磨损面积小。 影响因素：载荷。 4.3 润滑剂和添加剂 润滑剂：润滑油、润滑脂和固体润滑剂 一、润滑油的粘度 润滑油的粘度反映了润滑油在外力作用下抵抗剪切变形的能力，也是内摩擦力大小的标志。 式中： A－流体剪切面积 τ－流体剪切应力 一、润滑油的粘度 剪切应力τ与流体沿y方向速度的梯度成正比，即 ----η定义为流体的动力粘度 上式称为牛顿流体粘性定律,凡符合此定律的流体称为牛顿流体,否则称为非牛顿流体。 ----除此以外，还有运动粘度和相对粘度（恩氏粘度） 一、润滑油的粘度 1）动力粘度η 图示,长、宽、高各为1m的流体，如果使立方体顶面流体层相对底面流体层产生1m/s的运动速度，所需要的外力F为1N时，则流体的粘度η为1N?s/m2，叫做“帕秒”，常用Pa?s表示。有时也用“（dyn ?s/cm2）泊P”、“厘泊cP”表示。 换算关系：1Pa? S=10P=1000cP 一、润滑油的粘度 2）运动粘度 流体的动力粘度与同温度下的密度ρ的比值,称为运动粘度: 单位是cm2/s,叫做“斯”,常用St表示 换算关系：1m2/s=104St=106cSt 矿物油ρ=0.85~0.9 3) 相对粘度°Et 恩氏粘度是相对粘度的一种,它是用200ml的粘性流体,在给定的温度t下流经一定直径和长度的毛细管所需的时间,与同体积的蒸馏水在20℃时流经同样的毛细管所需时间的比值来衡量流体的粘性。恩氏粘度用°Et表示 二、润滑油的特性 1、粘温特性 润滑油的粘度随温度的变