1、第一节第一节 摩擦与磨损摩擦与磨损第二节第二节 润滑润滑 第十四章第十四章 机械零件设计概论机械零件设计概论青岛科技大学专用 潘存云教授研制 概 述 摩擦学摩擦学-研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。缘学科。摩擦摩擦-相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象；相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象；磨损磨损-由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；润滑润滑-减轻摩擦和磨损所应采取的措施。减轻摩擦和磨损所应采取的措施。关
2、于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学(Tribology)。世界上使用的能源大约有世界上使用的能源大约有 1/31/2 消耗于摩擦。消耗于摩擦。机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的。报废和更换的。减少摩擦减少摩擦 节省能源；节省能源；减少磨损减少磨损 降低设备维修次数和费用，节省制造降低设备维修次数和费用，节省制造零零 件及其所需材料的费用。件及其所需材料的费用。随着科学技术的发展，摩擦学的理论和应用必将由宏观进入微观，由静态进入动态，由定性进入定量，成为系统综合研究的领域。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 二二、摩擦的分类摩擦的
3、分类内内 摩摩 擦：擦：在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运 动的现象。动的现象。外外 摩摩 擦：擦：在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍 作用现象。作用现象。静静 摩摩 擦：擦：仅有相对运动趋势时的摩擦。仅有相对运动趋势时的摩擦。动动 摩摩 擦：擦：在相对运动进行中的摩擦。在相对运动进行中的摩擦。滑动摩擦：滑动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滑动。物体表面间的运动形式是相对滑动。滚动摩擦：滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动。物体表面间的运动形式是相对滚动。“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
4、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力作用；摩擦原因是表面材料分子间的吸力作用；一、摩擦的机理一、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。第一节摩擦与磨损第一节摩擦与磨损青岛科技大学专用 潘存云教授研制 1.干摩擦干摩擦 两零件表面直接接触后，因为微观局部压两零件表面直接接触后，因为微观局部压力高而形成许多冷焊点，运动时被剪切。力高而形成许多冷焊点，运动时被剪切。不允许出现干摩擦！不允许出现干摩擦！2.边界摩擦边界摩擦三、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 烧毁轴瓦烧毁轴瓦 运动副表面有一层厚度运动副表面有一
5、层厚度1 m的薄油膜，的薄油膜，不足以将两金属表面完全分开，其表面不足以将两金属表面完全分开，其表面部分微观高峰部分仍将相互搓削。部分微观高峰部分仍将相互搓削。比干摩擦的磨损轻比干摩擦的磨损轻，f 0.1 0.3v有一层压力油膜将两金属表面隔开，有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不直接接触。彼此不直接接触。是理想的摩擦状态。3.液体摩擦液体摩擦摩擦和磨损极轻摩擦和磨损极轻，f 0.001 0.01 vv v青岛科技大学专用 潘存云教授研制 4.混合摩擦混合摩擦 v 混合摩擦是指摩擦表面间处于边界混合摩擦是指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状态。混合摩摩擦和流体摩擦的混合状态。混合摩擦能
6、有效降低摩擦阻力，其摩擦系数擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。比边界摩擦时要小得多。在一般机器中，处于后三种情况的混合状态。f n/p o边界摩擦边界摩擦混合摩擦混合摩擦液体摩擦液体摩擦摩擦特性曲线摩擦特性曲线称无量纲参数称无量纲参数n/p为轴承为轴承特特性数性数。-动力粘度，p-压强，n-每秒转数 边界摩擦和混合摩擦在边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统工程实际中很难区分，常统称为称为不完全液体摩擦。不完全液体摩擦。摩擦学研究的最新进展：摩擦学研究的最新进展：微纳米摩擦学理论微纳米摩擦学理论可实现：可实现：f 0.001 -超润滑摩擦状态。超润滑摩擦状态。青岛科技
7、大学专用 潘存云教授研制 机器的寿命机器的寿命磨损磨损由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。磨损曲线磨损曲线 磨合阶段磨合阶段 磨损量磨损量时间时间剧烈磨剧烈磨损阶段损阶段 稳定磨损阶段稳定磨损阶段 磨损磨损磨损过程大致如图所示：磨损过程大致如图所示：磨合阶段磨合阶段-包括摩擦表包括摩擦表面轮廓峰的形状变化和表面面轮廓峰的形状变化和表面材料被加工硬化两个过程。材料被加工硬化两个过程。稳定磨损阶段稳定磨损阶段-零件在零件在平稳而缓慢的速度下磨损。平稳而缓慢的速度下磨损。它标志着磨擦条件相对稳定。剧烈磨损阶段剧烈磨损阶段-在经过稳定磨损阶段后，零件
8、表面遭在经过稳定磨损阶段后，零件表面遭到破坏，运动副间隙增大引起而外的动载荷和振动。零到破坏，运动副间隙增大引起而外的动载荷和振动。零件即将进入报废阶段。件即将进入报废阶段。后果后果降低机器的效率和可靠性，甚至促使机器提前报废。降低机器的效率和可靠性，甚至促使机器提前报废。设计机器时，要求缩短磨合期、延长稳定期、推迟剧烈设计机器时，要求缩短磨合期、延长稳定期、推迟剧烈磨损期的到来。磨损期的到来。它是磨损的不稳定阶段，在整个寿命周期内时间很短。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 磨粒磨损磨粒磨损 磨损的分类：磨损的分类：疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨
9、损微动磨损 磨损磨损类型类型 按磨损机理分按磨损机理分 按磨损表面按磨损表面外观可分为外观可分为 点蚀磨损点蚀磨损 胶合磨损胶合磨损 擦伤磨损擦伤磨损 两种不同的称谓 青岛科技大学专用 潘存云教授研制 磨损的机理：磨损的机理：磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型：磨粒磨损磨粒磨损也简称磨损，也简称磨损，外部进入摩擦面间的游离硬颗外部进入摩擦面间的游离硬颗 粒（如空气中的尘土或磨损造成的金属微粒）或硬的轮粒（如空气中的尘土或磨损造成的金属微粒）或硬的轮廓峰尖在软材料表面上犁刨出很多沟纹时被移去的材料，廓峰尖
10、在软材料表面上犁刨出很多沟纹时被移去的材料，一部分流动到沟纹两旁，一部分则形成一连串的碎片脱一部分流动到沟纹两旁，一部分则形成一连串的碎片脱落下来成为新的游离颗粒，这样的微粒切削过程就叫磨落下来成为新的游离颗粒，这样的微粒切削过程就叫磨粒磨损。粒磨损。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 磨损的机理：磨损的机理：磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型：粘附磨损粘附磨损也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作 用的各点处由于瞬时的温升和压力发生用的各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷
11、冷 焊焊”后，在相对运动时，材料从一个表面迁后，在相对运动时，材料从一个表面迁 移到另一个表面，便形成粘附磨损。移到另一个表面，便形成粘附磨损。严重严重 的粘附磨损会造成运动副咬死。的粘附磨损会造成运动副咬死。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 磨损的机理：磨损的机理：磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型：疲劳磨损疲劳磨损也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在 交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的 材料疲劳所引起的机械磨损。点蚀过程：材料
12、疲劳所引起的机械磨损。点蚀过程：产生初始疲劳裂纹产生初始疲劳裂纹扩展扩展 微粒脱落，形微粒脱落，形 成点蚀坑。成点蚀坑。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 磨损的机理：磨损的机理：磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型：冲蚀磨损冲蚀磨损流动的液体或气体中所夹带的硬质物体或硬流动的液体或气体中所夹带的硬质物体或硬 质颗粒冲击零件表面所引起的机械磨损。利质颗粒冲击零件表面所引起的机械磨损。利 用高压空气输送型砂或高压水输送碎石时，用高压空气输送型砂或高压水输送碎石时，管道内壁所产生的机械磨损是实例之一。管道内壁所
13、产生的机械磨损是实例之一。近年来，由于燃气涡轮机的叶片、火箭发动机的尾喷管这样一些部位的破坏，才引起人们对这种磨损形式的特别注意青岛科技大学专用 潘存云教授研制 磨损的机理：磨损的机理：磨粒磨损磨粒磨损 疲劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型：腐蚀磨损腐蚀磨损当摩擦表面材料在环境的化学或电化学作当摩擦表面材料在环境的化学或电化学作 用下引起腐蚀，在摩擦副相对运动时所产用下引起腐蚀，在摩擦副相对运动时所产 生的磨损即为腐蚀磨损。生的磨损即为腐蚀磨损。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 磨损的机理：磨损的机理：磨粒磨损磨粒磨损 疲
14、劳磨损疲劳磨损 粘附磨损粘附磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 磨损类型：磨损类型：微动磨损微动磨损是指摩擦副在微幅运动时，由上述各磨损是指摩擦副在微幅运动时，由上述各磨损 机理共同形成的复合磨损。微幅运动可理机理共同形成的复合磨损。微幅运动可理 解为不足以使磨粒脱离摩擦副的相对运动。解为不足以使磨粒脱离摩擦副的相对运动。应用实例应用实例：轴与孔的过盈配合面、滚动轴承套圈的配合面、：轴与孔的过盈配合面、滚动轴承套圈的配合面、旋合螺纹的工作面、铆钉的工作面等。旋合螺纹的工作面、铆钉的工作面等。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 一、一、润滑剂润滑剂 作用：作用：降低摩擦功耗
15、、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。分类分类液体液体润滑剂润滑剂-润滑油润滑油半固体半固体润滑剂润滑剂-润滑脂润滑脂固体固体润滑剂润滑剂1.润滑油润滑油 矿物油来源充足、成本低廉、稳定性好、因而应用最广。矿物油来源充足、成本低廉、稳定性好、因而应用最广。种类：种类：气体气体润滑剂润滑剂-空气空气有机油有机油-动、植物油动、植物油矿物油矿物油-石油产品，石油产品，化学合成油化学合成油 第二节第二节 润滑润滑青岛科技大学专用 潘存云教授研制 A在轴承中，润滑油最重要的物理参数是粘度，它是选择润滑油的主要依据。粘度表征液体流动的内摩擦特性。A、B两板之间充满了
16、液体，B板静止，A板水平移动速度为v。由于液体与金属表面的吸附作用，A板表面的液体速度为v，而B板表面的液体速度为0。两板之间的速度呈线性分布。液体层与层之间摩擦切应力：液体层与层之间摩擦切应力：=dudy-流体中任意点处的切应力与该处的速度梯度成正比。流体中任意点处的切应力与该处的速度梯度成正比。-液体的液体的动力粘度，动力粘度，简称简称粘度粘度量纲：量纲：力力时间时间/长度长度2单位：单位：N s/m/m2 (Pa s s)称为泊称为泊。或厘泊：或厘泊：1P=1 dyn s/cm/cm2 实验结果：实验结果：oxyydydu分析位置y处薄层的受力 B粘度粘度-重要指标，重要指标，粘度值越高
17、，油越稠，反之越稀；粘度值越高，油越稠，反之越稀；粘度的种类粘度的种类动力粘度动力粘度运动粘度运动粘度条件粘度条件粘度1)动力粘度动力粘度-牛顿液体流动定律牛顿液体流动定律 1泊泊=100厘泊厘泊青岛科技大学专用 潘存云教授研制 工程中常用工程中常用运动粘度：运动粘度：=单位：单位：m m2/s 称为斯称为斯St：cmcm2/s 或厘斯或厘斯cSt：1St=100 cSt1St=100 cSt2)运动粘度运动粘度 表表4-1 常用常用润滑油的主要性质常用常用润滑油的主要性质名名 称称全损耗全损耗系统用油系统用油GB443-89汽轮机油汽轮机油GB11120-89代代 号号40 的粘度的粘度mm
18、2/sL-AN7 6.127.48 -10 110凝点凝点 C闪点闪点(开式开式)C用于高速底负荷机械、用于高速底负荷机械、精密机床、纺织纱锭的精密机床、纺织纱锭的润滑和冷却。润滑和冷却。普通机床的液压油。普通机床的液压油。用于一般滑动轴承、用于一般滑动轴承、齿轮、蜗轮的润滑齿轮、蜗轮的润滑用于重型机床导轨、用于重型机床导轨、矿山机械的润滑。矿山机械的润滑。用于汽轮机、发电机等用于汽轮机、发电机等高速高负荷轴承和各种高速高负荷轴承和各种小型液体润滑轴承小型液体润滑轴承L-AN100 90110 0 210L-AN10 9.011.0 -10 125L-AN15 13.516.5 -10 165
19、L-AN32 28.832.2 -10 170L-AN46 41.450.6 -10 180L-AN68 61.274.8 -10 190L-TSA32 28.835.2-7 180L-TSA46 41.450.6主要用途主要用途青岛科技大学专用 潘存云教授研制 3)条件粘度条件粘度 指在一定条件下，利用某种规格的指在一定条件下，利用某种规格的粘度计，通过测粘度计，通过测定润滑油穿过规定孔道的时间来进行度量的粘度。定润滑油穿过规定孔道的时间来进行度量的粘度。常用的有：常用的有：恩氏度（恩氏度（Et）-中国惯用中国惯用 赛氏通用秒（赛氏通用秒（SUS）-美国惯用美国惯用 雷氏秒雷氏秒-英国惯用英
20、国惯用 运动粘度与条件粘度之间的换算关系：运动粘度与条件粘度之间的换算关系：cStEEVEtttt64.80.82.335.1时，当cStEEVEtttt0.46.72.3 时，当cStEVEttt14.72.16 时，当 润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系，如：牌润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系，如：牌号为号为L-AN10的油在的油在40时的运动粘度大约为时的运动粘度大约为10 cSt。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 润滑油的特性：润滑油的特性：1）粘）粘-温相关性温相关性 温度温度 t 压力压力p 但但p 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
21、，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，只有石墨的一半。使用方式：使用方式：1.1.调和在润滑油中；调和在润滑油中；2.2.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；3.3.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。其应用日渐广泛青岛科技大学专用 潘存云教授研制 油性添加剂油性添加剂 种类种类添加剂添加剂-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。二、添加剂二、添加剂 非极压油非极压油软化温度软化温度t/t/摩擦系数摩擦系数
22、 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。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青岛科技大学专用 潘存云教授研制 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：三、润滑方法三、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 青岛科技大学专用 潘存云教授研制 针阀针阀式油式油杯杯旋盖式油杯旋盖式油杯 脂用压注式油杯压注式油杯弹簧盖油杯弹簧盖油杯四、润滑装置四、润滑装置 1.油杯油杯 青岛科技大学专用 潘存云教授研制
