1、第四章第四章 摩擦、磨損及潤滑概述摩擦、磨損及潤滑概述基本內容： (1)摩擦； (2)磨損； (3)潤滑劑、添加劑和潤滑方法； (4)流體潤滑原理簡介；基本要求： 了解摩擦、磨損及潤滑機理；磨損的防護措施，潤滑劑和添加劑的分類和選擇。重點難點： 流體潤滑原理。摩擦學摩擦學：研究相對運動的作用表面間的摩擦、研究相對運動的作用表面間的摩擦、磨損和潤滑，以及三者間相互關系的理論與應磨損和潤滑，以及三者間相互關系的理論與應用的一門邊緣學科。用的一門邊緣學科。 摩擦：摩擦：相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現象；相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現象； 磨損：磨損：由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉

2、移；由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉移； 潤滑：減輕摩擦和磨損所應采取的措施。潤滑：減輕摩擦和磨損所應采取的措施。世界上使用的能源大約有世界上使用的能源大約有 1/3-1/2 1/3-1/2 消耗于摩擦。消耗于摩擦。減少摩擦減少摩擦 節省能源；節省能源；減少磨損減少磨損 降低設備維修次數和費用，節省制造零降低設備維修次數和費用，節省制造零 件及其所需材料的費用。件及其所需材料的費用。一一、摩擦的分類摩擦的分類內內 摩摩 擦：在物質的內部發生的阻礙分子之間相對運擦：在物質的內部發生的阻礙分子之間相對運 動的現象。動的現象。外外 摩摩 擦：在相對運動的物體表面間發生的相互阻礙擦：在相對運動的

3、物體表面間發生的相互阻礙 作用現象。作用現象。靜靜 摩摩 擦：僅有相對運動趨勢時的摩擦。擦：僅有相對運動趨勢時的摩擦。動動 摩摩 擦：在相對運動進行中的摩擦。擦：在相對運動進行中的摩擦。滑動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滑動。滑動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滑動。滾動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滾動。滾動摩擦：物體表面間的運動形式是相對滾動。第一節第一節 摩擦摩擦1. 1. 干摩擦干摩擦 兩零件表面直接接觸后，因為微觀局部兩零件表面直接接觸后，因為微觀局部壓力高而形成許多冷焊點，運動時被剪切。壓力高而形成許多冷焊點，運動時被剪切。 不允許出現干摩擦！不允許出現干摩擦！2. 邊界摩擦邊

4、界摩擦二、二、 滑動摩擦狀態滑動摩擦狀態 運動副表面有一層厚度運動副表面有一層厚度1 m1 m的薄油膜，不足以的薄油膜，不足以將兩金屬表面完全分開，其表面部分微觀高峰部分仍將將兩金屬表面完全分開，其表面部分微觀高峰部分仍將相互搓削。相互搓削。vvv 干摩擦是指表面間無任何潤滑劑干摩擦是指表面間無任何潤滑劑或保護膜的純金屬接觸時的摩擦。或保護膜的純金屬接觸時的摩擦。 當運動副的摩擦表面被吸附在表面的邊當運動副的摩擦表面被吸附在表面的邊界薄膜隔開，摩擦性質取決于邊界薄膜和表界薄膜隔開，摩擦性質取決于邊界薄膜和表面的吸附性能時的摩擦，成為邊界摩擦。面的吸附性能時的摩擦，成為邊界摩擦。“機械嚙合理機械

5、嚙合理論論” “粘附理論粘附理論” “機械分子說機械分子說” 當運動副的摩擦表面被流體膜隔開，當運動副的摩擦表面被流體膜隔開，摩擦的性質取決于流體內部分子間粘性摩擦的性質取決于流體內部分子間粘性阻力的摩擦，稱為流體摩擦。阻力的摩擦，稱為流體摩擦。 有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，彼此不直接接觸。彼此不直接接觸。是理想的摩擦狀態是理想的摩擦狀態。摩摩擦和磨損極輕，擦和磨損極輕，f=0.001-0.01.f=0.001-0.01.3.3.流體摩擦流體摩擦v4.4.混合摩擦混合摩擦 混合摩擦是指摩擦表面間處于混合摩擦是指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態。邊界

6、摩擦和流體摩擦的混合狀態。 v 邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區分，常統稱為很難區分，常統稱為不完全液體摩擦不完全液體摩擦。 相應的潤滑狀態有邊界潤滑、混合潤滑、流體潤相應的潤滑狀態有邊界潤滑、混合潤滑、流體潤滑。可以用滑。可以用膜厚比膜厚比來大致估計兩滑動表面所處的摩來大致估計兩滑動表面所處的摩擦（潤滑）狀態，即：擦（潤滑）狀態，即：2/12221min)(qqRRh1331通常認為：通常認為：時呈邊界摩擦（潤滑）狀態時呈邊界摩擦（潤滑）狀態時呈流體摩擦（潤滑）狀態時呈流體摩擦（潤滑）狀態時呈混合摩擦（潤滑）狀態時呈混合摩擦（潤滑）狀態最小公稱油膜厚度最小公

7、稱油膜厚度作用：評定表面微觀峰尖與油膜分擔載荷的情況作用：評定表面微觀峰尖與油膜分擔載荷的情況機器的壽命機器的壽命磨損：由于摩擦而導致零件表面材料的逐漸喪失或遷磨損：由于摩擦而導致零件表面材料的逐漸喪失或遷 移。移。磨損曲線磨損曲線 磨合階段磨合階段 磨損量磨損量時間時間劇烈磨劇烈磨損階段損階段 穩定磨損階段穩定磨損階段 第二節第二節 磨損磨損磨損過程大致如圖所示：磨損過程大致如圖所示： 磨合階段：包括摩擦表面磨合階段：包括摩擦表面輪廓峰的形狀變化和表面材輪廓峰的形狀變化和表面材料被加工硬化兩個過程。料被加工硬化兩個過程。穩定磨損階段：零件在平穩定磨損階段：零件在平穩而緩慢的速度下磨損。穩而緩

8、慢的速度下磨損。劇烈磨損階段劇烈磨損階段：在經過穩定磨損階段后，零件表面遭在經過穩定磨損階段后，零件表面遭到破壞，運動副間隙增大引起額外的動載荷和振動。零到破壞，運動副間隙增大引起額外的動載荷和振動。零件即將進入報廢階段。件即將進入報廢階段。 設計機器時，要求縮短磨合期、延長穩定期、推遲劇烈設計機器時，要求縮短磨合期、延長穩定期、推遲劇烈磨損期的到來。磨損期的到來。磨粒磨損磨粒磨損 磨損的分類：磨損的分類： 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損磨損類型類型 按磨損機理分按磨損機理分 按磨損表面按磨損表面外觀可分為外觀可分為 點蝕磨損點蝕

9、磨損 膠合磨損膠合磨損 擦傷磨損擦傷磨損 重點掌握重點掌握 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 磨粒磨損磨粒磨損：也簡稱磨損，也簡稱磨損，外部進入摩擦面間的游離硬顆外部進入摩擦面間的游離硬顆 粒（如空氣中的塵土或磨損造成的金屬微粒）或硬的輪粒（如空氣中的塵土或磨損造成的金屬微粒）或硬的輪廓峰尖在軟材料表面上犁刨出很多溝紋時被移去的材料，廓峰尖在軟材料表面上犁刨出很多溝紋時被移去的材料，一部分流動到溝紋兩旁，一部分則形成一連串的碎片脫一部分流動到溝紋兩旁，一部分則形成一連串的碎

10、片脫落下來成為新的游離顆粒，這樣的微粒切削過程就叫磨落下來成為新的游離顆粒，這樣的微粒切削過程就叫磨粒磨損。粒磨損。潘存云教授研制 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 粘附磨損粘附磨損：也稱也稱膠合膠合，當摩擦表面的輪廓峰在相互作，當摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點處由于瞬時的溫升和壓力發生用的各點處由于瞬時的溫升和壓力發生“冷焊冷焊”后，在后，在相對運動時，材料從一個表面遷移到另一個表面，便形相對運動時，材料從一個表面遷移到另一個表面，便形成粘附磨損。成粘附磨損。嚴重的粘附

11、磨損會造成運動副咬死。嚴重的粘附磨損會造成運動副咬死。潘存云教授研制 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 疲勞磨損疲勞磨損：也稱點蝕，是由于摩擦表面材料微體積在也稱點蝕，是由于摩擦表面材料微體積在交變的摩擦力作用下，反復變形所產生的材料疲勞所交變的摩擦力作用下，反復變形所產生的材料疲勞所引起的機械磨損。點蝕過程：產生初始疲勞裂紋引起的機械磨損。點蝕過程：產生初始疲勞裂紋擴擴展展 微粒脫落，形成月牙形點蝕坑。微粒脫落，形成月牙形點蝕坑。 潘存云教授研制 磨損的機理：磨損的機理：

12、 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 沖蝕磨損沖蝕磨損：流動的液體或氣體中所夾帶的硬質物體或硬流動的液體或氣體中所夾帶的硬質物體或硬質顆粒沖擊零件表面所引起的機械磨損。質顆粒沖擊零件表面所引起的機械磨損。潘存云教授研制 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 腐蝕磨損腐蝕磨損：當摩擦表面材料在環境的化學或電化學作當摩擦表面材料在環境的化學或電化學作用下引起腐蝕，在摩擦副相對運動時所產生的

13、磨損即用下引起腐蝕，在摩擦副相對運動時所產生的磨損即為腐蝕磨損。為腐蝕磨損。 磨損的機理：磨損的機理： 磨粒磨損磨粒磨損 疲勞磨損疲勞磨損 粘附磨損粘附磨損 沖蝕磨損沖蝕磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 微動磨損微動磨損 磨損類型：磨損類型： 微動磨損微動磨損：是指摩擦副在微幅運動時，由上述各磨損是指摩擦副在微幅運動時，由上述各磨損機理共同形成的機理共同形成的復合磨損復合磨損。微幅運動可理解為不足以使。微幅運動可理解為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對運動。磨粒脫離摩擦副的相對運動。 應用實例應用實例：軸與孔的過盈配合面、滾動軸承套圈的配合面、：軸與孔的過盈配合面、滾動軸承套圈的配合面、旋合螺紋的工作面、鉚釘

14、的工作面等。旋合螺紋的工作面、鉚釘的工作面等。一、一、 潤滑劑潤滑劑 作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。分類分類液體潤滑劑液體潤滑劑-潤滑油潤滑油半固體潤滑劑半固體潤滑劑-潤滑脂潤滑脂固體固體潤滑劑潤滑劑1.1.潤滑油潤滑油 種類：種類：氣體潤滑劑氣體潤滑劑-空氣空氣有機油有機油-動、植物油動、植物油礦物油礦物油-石油產品石油產品化學合成油化學合成油 第四節第四節 潤滑劑、添加劑和潤滑方法潤滑劑、添加劑和潤滑方法 潘存云教授研制A=-dudy流體中任意點處的切應力與該處的速度梯度成正比。流體中任意點處的切應力與該處的速度梯度成正

15、比。-液體的動力粘度，簡稱粘度，液體的動力粘度，簡稱粘度，量綱：力量綱：力時間時間/ /長度長度2 2oxyydyduB1)1)粘度粘度粘度的種類粘度的種類動力粘度動力粘度運動粘度運動粘度條件粘度條件粘度(1) (1) 動力粘度動力粘度-牛頓液體流動定律牛頓液體流動定律 ”-”表示表示u隨隨y增大而減小增大而減小; 單位：單位：N s /m/m2 (Pa s s)1）動力粘度）動力粘度圖示圖示,長、寬、高各為長、寬、高各為1m的流體，如果使立方體頂面流的流體，如果使立方體頂面流體層相對底面流體層產生體層相對底面流體層產生1m/s的運動速度，所需要的外的運動速度，所需要的外力力F為為1N時，則流

16、體的粘度時，則流體的粘度為為1Ns/m，叫做，叫做“帕秒帕秒”，常用常用Pas表示。有時也用表示。有時也用“（dyn s/cm2）泊）泊P”、“厘泊厘泊cP”表示。表示。換算關系：換算關系：1Pa S=10P=1000cP達因達因=10-5N工程中常用運動粘度：工程中常用運動粘度： = 單位：單位： m m2 2 / / s s (2) (2) 運動粘度運動粘度 潘存云教授研制表表4-1 4-1 常用常用潤滑油的主要性質常用常用潤滑油的主要性質名名 稱稱全損耗全損耗系統用油系統用油GB443-89汽輪機油汽輪機油GB11120-89代代 號號40 的粘度的粘度mm2/sL- -AN7 6.12

17、7.48 - -10 110凝點凝點 C閃點閃點(開式開式) C用于高速低負荷機械、用于高速低負荷機械、精密機床、紡織紗錠的精密機床、紡織紗錠的潤滑和冷卻。潤滑和冷卻。普通機床的液壓油。普通機床的液壓油。用于一般滑動軸承、用于一般滑動軸承、齒輪、蝸輪的潤滑齒輪、蝸輪的潤滑用于重型機床導軌、用于重型機床導軌、礦山機械的潤滑。礦山機械的潤滑。用于汽輪機、發電機等用于汽輪機、發電機等高速高負荷軸承和各種高速高負荷軸承和各種小型液體潤滑軸承小型液體潤滑軸承L-AN100 90110 0 210L- -AN10 9.011.0 - -10 125L- -AN15 13.516.5 - -10 165L-

18、 -AN32 28.835.2 - -10 170L- -AN46 41.450.6 - -10 180L- -AN68 61.274.8 - -10 190L-TSA32 28.835.2- -7 180L-TSA46 41.450.6主要用途主要用途單位是單位是cm/s,叫做叫做“斯斯”,常用常用St表表示示換算關系：換算關系：1m2/s=104St=106cSt 礦物油礦物油=0.850.9g/cm3(3) (3) 條件粘度條件粘度 指在一定條件下，利用某種規格的粘度計，通過測指在一定條件下，利用某種規格的粘度計，通過測定潤滑油穿過規定孔道的時間來進行度量的粘度。定潤滑油穿過規定孔道的時

19、間來進行度量的粘度。常用的有：常用的有： 恩氏度（恩氏度（ E Et t） -中國慣用中國慣用 賽氏通用秒（賽氏通用秒（SUSSUS）-美國慣用美國慣用 雷氏秒雷氏秒(R) -(R) -英國慣用英國慣用 運動粘度與條件粘度之間的換算關系：運動粘度與條件粘度之間的換算關系： cStEEVEtttt64. 80 . 82 . 335. 1時，當cStEEVEtttt0 . 46 . 72 . 3 時，當cStEVEttt14. 72 .16 時，當 潤滑油的牌號與運動粘度有一定的對應關系，如：牌潤滑油的牌號與運動粘度有一定的對應關系，如：牌號為號為L-AN10L-AN10的油在的油在4040時的運

20、動粘度大約為時的運動粘度大約為10 cSt10 cSt。tV潤滑油的特性：潤滑油的特性： 粘粘-溫相關性溫相關性 溫度溫度 t t 壓力壓力p p 但但p 10Mpap 350 t 350 才開始氧化，可在水中工作。才開始氧化，可在水中工作。: :摩擦系數低，使用溫度范圍廣摩擦系數低，使用溫度范圍廣(-60-300 )(-60-300 )，但遇水性能下降。，但遇水性能下降。: :摩擦系數低，只有石墨的一半。摩擦系數低，只有石墨的一半。使用方式：使用方式：a.a.調和在潤滑油中；調和在潤滑油中；b.b.涂覆、燒結在摩擦表面形成覆蓋膜；涂覆、燒結在摩擦表面形成覆蓋膜；c.c.混入金屬或塑料粉末中燒

21、結成型。混入金屬或塑料粉末中燒結成型。油性添加劑油性添加劑 種類種類添加劑添加劑: :為了改善潤滑劑品質和性能而添加的物質。為了改善潤滑劑品質和性能而添加的物質。二、添加劑二、添加劑 非極性油非極性油軟化溫度軟化溫度t/ t/ 摩擦系數摩擦系數 f f含脂肪酸和極壓添加劑的油含脂肪酸和極壓添加劑的油含脂肪含脂肪酸的油酸的油含極壓添含極壓添加劑的油加劑的油作用作用-提高油性、極壓性、延長使用壽命、改善性能。提高油性、極壓性、延長使用壽命、改善性能。極壓添加劑極壓添加劑分散凈化劑分散凈化劑消泡添加劑消泡添加劑抗氧化添加劑抗氧化添加劑降凝劑降凝劑增粘劑增粘劑潤滑油潤滑在工程中的應用最普遍，其供油方式

22、有：潤滑油潤滑在工程中的應用最普遍，其供油方式有：三、潤滑方法及潤滑裝置三、潤滑方法及潤滑裝置潤滑方式潤滑方式 人工給油；人工給油； 油杯滴油；油杯滴油；浸油潤滑、飛濺給油；浸油潤滑、飛濺給油；用油泵強制潤滑和冷卻。用油泵強制潤滑和冷卻。低速傳動低速傳動高速傳動高速傳動甩油環甩油環噴油潤滑噴油潤滑 油泵油泵冷冷卻卻器器滴油潤滑滴油潤滑 浸油潤滑浸油潤滑 飛濺潤滑飛濺潤滑 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制針閥針閥式油式油杯杯旋蓋式油杯旋蓋式油杯 潘存云教授研制壓注式油杯壓注式油杯彈簧蓋油杯彈簧蓋油杯油杯油杯 潘存云教授研制潘存云教授研制油環油環 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研

23、制一、流體動力潤滑一、流體動力潤滑 FFFF v F第四節 流體潤滑原理簡介 流體動力潤滑是指兩個作相對運動物體的摩擦表面，流體動力潤滑是指兩個作相對運動物體的摩擦表面，借助于相對速度而產生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全借助于相對速度而產生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產生的壓力來平衡外載荷。隔開，由流體膜產生的壓力來平衡外載荷。動壓油膜動壓油膜-因運動而產生的壓力油膜。 v vvh1aah2ccvv兩平形板之間不能形成壓力油膜！兩平形板之間不能形成壓力油膜！ Fpmax潘存云教授研制F形成動壓油膜的必要條件：形成動壓油膜的必要條件：1.1.兩工件之間必須有楔形間隙；兩工件之間必須有

24、楔形間隙；2.2.兩工件表面之間必須連續充滿有一定粘度的潤滑油兩工件表面之間必須連續充滿有一定粘度的潤滑油 或其它液體；或其它液體；3.3.兩工件表面必須有相對滑動速度。其運動方向必兩工件表面必須有相對滑動速度。其運動方向必 須保證潤滑油從大截面流進，從小截面出來。須保證潤滑油從大截面流進，從小截面出來。 Fy =F Fx 0 Fy =F Fx = 0應用實例應用實例-向心滑動軸承動壓油膜的形成過程：向心滑動軸承動壓油膜的形成過程：靜止靜止 爬升爬升 將軸抬起將軸抬起轉速繼續升高質心左移質心左移 穩定運轉穩定運轉達到工作轉速達到工作轉速e e -偏心距偏心距e二、彈性流體動力潤滑二、彈性流體動力潤滑 彈性流體動力潤滑理論彈性流體動力潤滑理論-研究在點、線接觸條件研究在點、線接觸條件下，兩彈性物體間的流體動力潤滑膜的力學性質。下，兩彈性物體間的流體動力潤滑膜的力學性質。求解油膜壓力分布、潤滑油膜厚度分布等問題求解油膜壓力分布、潤滑油膜厚度分布等問題