第四章摩擦磨损及润滑
第4章 磨擦 磨损及润滑
工程中常用运动粘度，单位是：St(斯)或 cSt(厘斯)；
润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系，如：牌号为LAN10的油在40℃时的运动粘度大约为10 cSt。
润滑脂 ：润滑油+稠化剂 润滑脂的主要质量指标是：锥入度，反映其稠度大小。 滴点，决定工作温度。
固体润滑剂 ：石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。
二、添加剂
为了提高油的品质和性能，常在润滑油或润滑脂中加入一些 分量虽小但对润滑剂性能改善其巨大作用的物质，这些物质叫添 加剂。
添加剂的作用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
提高油性、极压性 延长使用寿命 改善物理性能
添加剂的种类
油性添加剂 极压添加剂 分散净化剂 消泡添加剂 抗氧化添加剂 降凝剂 增粘剂
三、润滑方法
润滑油润滑在工程中的应用最普遍，常用的供油方式有： 滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等
具体说明
三、流体静压润滑 流体静压润滑是指借助外部供入的压力油形成的流体膜来承
受外载荷的润滑方式。
具体说明
采用流体静压润滑可在两个静止且平行的摩擦表面间形 成流体膜，其承载能力不依赖于流体粘度，故能用粘度极低 的润滑剂，且既可使摩擦副有较高的承载能力，又可使摩擦 力矩降低。
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详细说明
在设计或使用机器时，应该力求缩短磨合期，延长稳定磨损 期，推迟剧烈磨损的到来。为此就必须对形成磨损的机理有所了 解。
二、磨损的分类
关于磨损机理与分类的见解颇不一致，大体上可概括为：
磨粒磨损 也简称磨损，是外部进入摩擦表面的游离硬颗粒或 硬的轮廓峰尖所引起的磨损。
疲劳磨损
粘附磨损 运
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，反复变形所产生的材料疲劳所引起的 磨损。 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“冷焊”后，在相对
机械设计第四章：摩擦、磨损与润滑概述
化学吸附膜（化学键）
度影响较大
反应膜:比较稳定
§4-1 摩擦
三、流体摩擦
流体摩擦：指运动副的摩擦表面被流体膜隔开（λ>3～4） 摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。 摩擦系数最小（f=0.001-0.008），无磨损产生，是理想的 摩擦状态。
四、混合摩擦
混合摩擦：摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状 态（=1～3） 。 混合摩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。 边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为 不完全液体摩擦。
汽车的磨合期如同运动员在参赛前的热身运动
目的:汽车磨合也叫走合。汽车磨合期是指新车
或大修后的初驶阶段。机体各部件机能适应环境的 能力得以调整提升。新车、大修车及装用大修发动 机的汽车在初期使用阶段都要经过磨合，以便相互 配合机件的磨擦表面进行吻合加工，从而顺利过渡
到正常使用状态。汽车磨合的优劣，会对汽车寿命、
滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等 用于低速 用于高速
§4-3 润滑剂、添加剂和润滑办法
三、润滑方法
滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等
用于低速
用于高速
浸油与飞溅润滑
喷油润滑
油脂润滑常用于运转速度较低的场合，将润滑脂涂抹于需润 滑的零件上。润滑脂还可以用于简单的密封。
思考题：
4—1 4—5 4—10 4—11
§4-1 摩擦
滑动摩擦分为：
干摩擦、边界摩擦、流体摩擦、混合摩擦
一、干摩擦 表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。通 常将未经人为润滑的摩擦状态当作“干摩擦”处理。
§4-1 摩擦
二、边界摩擦
第4章摩擦磨损润滑
② 稳定磨损阶段 磨损以平稳而缓慢的速度进行， 磨损以平稳而缓慢的速度进行，标志磨损条件 保持相对稳定。 保持相对稳定。 ③ 急剧磨损阶段 经过稳定磨损阶段，零件工作到寿命期，磨损 经过稳定磨损阶段，零件工作到寿命期， 速度加快。 速度加快。 设计或使用机器，要力求缩短磨合期、延长稳 缩短磨合期 设计或使用机器，要力求缩短磨合期、延长稳 急剧磨损期的到来。 定磨损期、推迟急剧磨损期的到来 定磨损期、推迟急剧磨损期的到来。
润滑（ 摩擦界面添加介质（ 脂等）， 润滑（lubrication）——摩擦界面添加介质（油、脂等）， ） 摩擦界面添加介质 以减小摩擦、磨损，降低材料消耗， 以减小摩擦、磨损，降低材料消耗，保证机器可靠 工作的现象。 工作的现象。 摩擦学（ 摩擦学（tribology）——研究相对运动的作用表面间的 ） 研究相对运动的作用表面间的 摩擦、磨损和润滑， 摩擦、磨损和润滑，以及三者间相互关系的理论与 应用的一门边缘学科。 应用的一门边缘学科。 消耗于摩擦。 世界上使用的能源大约有 1/3~1/2 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报废 和更换的。 和更换的。 减少摩擦 减少磨损 节省能源； 节省能源； 降低设备维修次数和费用， 降低设备维修次数和费用，节省制造零 件及其所需材料的费用。 件及其所需材料的费用。
2、磨损的分类： 磨损的分类：
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 点蚀磨损 按磨损表面 外观可分为 胶合磨损 擦伤磨损
按磨损机理分 磨损 类型
① 粘着磨损（adhesive wear） 粘着磨损（ ）
-----也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处由 也称胶合， 也称胶合 于瞬时的温升和压力发生“冷焊” 在相对运动时， 于瞬时的温升和压力发生 “ 冷焊 ” 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。 料从一个表面迁移到另一个表面 ， 便形成粘附磨损 。 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。 减轻粘着磨损的措施 a、合理选择配对摩擦副材料， 、合理选择配对摩擦副材料， 选择粘着倾向小的配对材料； 选择粘着倾向小的配对材料； b、采用油性、极压性好的润滑剂； 、采用油性、极压性好的润滑剂； c、限制摩擦表面的温度； 、限制摩擦表面的温度； d、控制压强。 、控制压强。
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第一节 摩擦 一、摩擦效果——能量损耗、发热、磨损
——利用摩擦 二、摩擦分类 内摩擦:发生在物质内部，阻碍分子间相对运动 外摩擦：
静摩擦 动摩擦——滚动摩擦
滑动摩擦——
1．干摩擦 机械传动中不允许
2．边界摩擦 边界油膜（十层分子厚度仅 为0.02μm），金属突峰接触，摩擦系数0.1 左右
油温 3．疲劳磨损（点蚀） 提高表面硬度、减小粗糙度值和控制接触应
力
4．流体体磨粒磨损、流体侵蚀磨损
流动所夹带的硬物质引起的机械磨损，管道 磨损
流体冲蚀作用引起的机械磨损，燃汽轮机叶 片、火箭发动机尾喷管的磨损。
5．腐蚀磨损
机械化学磨损是指由机械作用及材料与环境 的化学作用或电化学作用共同引起的磨损
2．流体静力润滑 3．弹性流体动力润滑 λ>3～4 4．边界润滑 5．混合润滑
1．如图所示，在 情况下，两相对运动的平 板间粘性流体不能形成油膜压力。
2．摩擦副接触面间的润滑状态判据参数膜厚 比值λ为 时，为混合润滑状态，值λ为 时，可达到流体润滑状态。
A．6.25; B. 1.0；C. 5.2； D. 0.35。
λ≤1——边界摩擦
λ>3——流体摩擦
1≤λ≤3——混合摩擦
第二节 磨损 一、磨损过程 ——磨合、 稳定磨损、 剧烈磨损。 二、磨损分类 1．磨粒磨损 开式齿轮传动 合理选择材料，提高表面硬度
2．粘着磨损 ——轻微磨损、胶合、咬死
齿轮传动、蜗杆传动滑动轴承等 合理选择摩擦副材料、润滑剂，限制压力和
3．各种油杯中， 可用于脂润滑。
A.针阀式油杯；B.油绳式油杯；C.旋盖式油杯。
4．为了减轻摩擦副的表面疲劳磨损，下列措施中， 是不合理的
第四章摩擦、磨损及润滑概述§4―1摩擦学发展概况§4―2
机械设计教案（68）第四章 摩擦、磨损及润滑概述大纲要求：了解机械零件的润滑状态；了解机械零件的摩擦与磨损规律；掌握常用润滑 材料和润滑方式；了解常用密封方法和密封件的性能与选用。
（2＋1 学时） 重点内容：机械零件的摩擦状态、磨损规律。
常用润滑油和润滑脂的主要性能指标及选 用原则。
常用润滑方式。
常用密封方法。
常用密封件的性能及选用。
§4―1 摩擦学发展概况Jost 的报告，Tribology诞生，摩擦学研究得到世界各国的广泛重视，成果丰硕。
§4―2 摩擦静摩擦 滚动摩擦摩擦 摩擦 干摩擦动摩擦 滑动摩擦 边界摩擦流体摩擦 混合摩擦边界摩擦 流体摩擦 混合摩擦膜厚比λ≤ 1 λ ＞ 3 1 ≤λ≤ 3F.P.Bowden ,Tabor在 1945年提出摩擦的粘着理论，1963 年又进一步提出修正的粘着 理论。
目前可以解释很多摩擦现象。
边界摩擦理论认为：边界膜 吸附膜 物理吸附膜 （靠润滑油中的极性分子形成――油性）化学吸附膜 （靠润滑油中的化学键结合形成）反应膜（靠润滑油中的 S、P、Cl等与金属表面的化学反应形成――极压性）维持边界膜是相互运动的摩擦表面所必需的，否则将会产生剧烈摩擦。
吸附膜 只在较低温度下存在。
反应膜 只在较高温度下（通常 150 o C～200 o C)才能生成。
反应膜牢固，但有腐蚀性。
添加剂的合理应用 ，见图4－10流体润滑（液体润滑） 动压液体润滑 （滑动轴承中讲述）静压液体润滑§4―3 磨损磨损的一般规律 ，图 4－6 ――磨合阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段 跑合（磨合）的重要性――有合适的磨合期，按一定的规程进行缓慢、逐级加载，并注 意润滑油的清洁，防止磨粒磨损。
磨损按其机理可分为：粘附磨损磨粒磨损机械设计教案（68）疲劳磨损冲蚀磨损（流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损）腐蚀磨损（机械化学磨损）§4－3 润滑剂、添加剂和润滑方法（一）润滑剂1．润滑油润滑油的种类润滑油的主要性质指标：⑴ 粘度――表征润滑油流动时的内部阻力。
第四章-摩擦磨损和润滑概述
1、按摩擦机理不同分为： 外摩擦
内摩擦：在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运动的现象。 外摩擦：在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍作用现象。
静摩擦 2、按运动的状态不同分为：
动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ擦
滑动摩擦 3、按运动的形式不同分为：
滚动摩擦
干摩擦
4、滑动摩擦按润滑状态不同分为： 边界摩擦 流体摩擦
二、磨损的分类：
磨损类型
按磨损机理分
按磨损表面外 观可分为
磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损
点蚀磨损 胶合磨损 擦伤磨损
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损
腐蚀磨损
微动磨损
磨粒磨损—也简称磨损，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）或硬的轮廓峰尖在软材 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。
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损
腐蚀磨损
微动磨损
粘附磨损—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“冷焊”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。严重的粘 附磨损会造成运动副咬死。
三、磨损的机理：
磨粒磨损
磨损类型：
（1）润滑是减小摩擦、减小磨损的最有效的方法； （2）合理选择摩擦副材料； （3）进行表面处理； （4）注意控制摩擦副的工作条件等。
§4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法
润滑：在两个摩擦表面之间加入润滑剂，以减小摩擦和磨损。 此外，润滑还可起到散热降温，防锈、防尘，缓冲吸振等作 用一。、 润滑剂 凡是能减小摩擦阻力，减小磨损的物质都可作为润滑剂。 1、润滑剂的分类
濮良贵《机械设计》章节题库(摩擦、磨损及润滑概述)【圣才出品】
第4章摩擦、磨损及润滑概述一、选择题1．温度升高时，滑润油的粘度（）。
A．随之升高B．随之降低C．保持不变D．可能升高也可能降低【答案】B【解析】润滑油的粘度随温度和压力而变化，润滑油的粘度一般随温度的升高而降低。
2．为了减轻摩擦表面的疲劳磨损，下列措施中（）不是正确的措施。
A．合理选择表面粗糙度B．合理选择润滑油粘度C．合理选择表面硬度D．合理控制相对滑动速度【答案】D【解析】疲劳磨损是指由于摩擦表面材料微体积在重复变形时疲劳破坏引起的机械磨损。
与相对滑动速度无关。
3．粘度较低的润滑油适合（）的场合。
A．载荷较大B．速度较高C．温度较高D．表面粗糙度较大【答案】B【解析】载荷较大，工作温度较高时宜选用高黏度的润滑油；速度较高的场合宜选用黏度较低的润滑油。
4．流体的粘度是指流体的（）。
A．强度B．刚度C．流动阻力D．油性【答案】C【解析】粘度是流体流动时内摩擦力的量度。
5．润滑油牌号L-AN100中的100是表示这种润滑油（）的平均值。
A．动力粘度B．条件粘度C．运动粘度D．闪点【答案】C【解析】牌号采用的是润滑油在40°C时的运动粘度中心值。
6．两相对滑动的接触表面，依靠吸附的油膜进行润滑的摩擦状态称为（）。
A．液体摩擦B．干摩擦C．混合摩擦D．边界摩擦【答案】D【解析】当运动副的摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开、摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦称为边界摩擦。
二、填空题1．根据磨损机理，磨损可分为______、______、______和______。
【答案】粘附磨损；磨粒磨损；疲劳磨损；流体侵蚀磨损【解析】粘着磨损是零件运转过程中，表面微凸体发生接触导致的材料转移；磨粒磨损是由于磨粒在金属表面产生微切削导致的磨损现象；疲劳磨损是摩擦表面材料微体积在重复变形时疲劳破坏而引起的机械磨损；流体侵蚀磨损是指由液流或气流的冲蚀作用引起的机械磨损。
2．一个零件的磨损大致可以分为______磨损、______磨损、______磨损三个阶段，在设计或使用时，应力求______、______、______。
第04章 摩擦
流体润滑1
流体动力润滑形成的必要条件： 楔形空间； 相对运动（保证流体由大口进入）； 连续不断地供油。
（动画）
流体润滑原理简介
二、弹性流体动力润滑
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干摩擦特点：摩擦系数一般在f干=0.1数量级，阻力大、 磨损重、发热高、易胶合、寿命短。
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2、边界摩擦： 两金属表面间由于润滑油与金属表面的吸附作用， 在金属表面形成极薄的油膜（边界膜）将金属表面隔 开，但高峰部分仍将相互搓削，此时的摩擦称为边界 摩擦。
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摩擦系数一般在 f边=10-2 数量级，边界膜厚度<1微米。
在规定的加热条件下，润滑脂从标准测量杯的孔口 滴下第一滴时的温度叫润滑脂的滴点。
滴点决了润滑油的工作温度。返 Nhomakorabea目录前一页
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3、固体润滑剂
如石墨、二硫化钼、氮化硼、石蜡、聚四氟乙烯、 酚醛树脂等。石墨和二硫化相应用最广。 固体润滑剂一般用于不宜使用润滑油和润滑脂的 特殊条件下。此外，它还可以作为润滑油或润滑脂的 添加剂使用，以及与金属或塑料等混合制成自润滑复 合材料使用。 三、添加剂 有时为了改善某些性能还加入一些添加剂，添 加剂可以改变润滑剂的各种性能，起到提高承载能 力、降低摩擦和减少磨损的目的。目前世界各国都 普遍使用加有添加剂的润滑油。
阻力大小。 单位：国际单位： Pa.s（帕.秒） 绝对单位：称为1P（泊）P=0.1Pa.s=100cP(厘泊)
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② 运动粘度
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§4—3 润滑
一、润滑剂及主要性能
1、润滑油 有机油、矿物油、合成油 性能指标： 1）粘度 2）油性 4）闪点和燃点
2、润滑脂
3）凝点
5）极压性能
6）氧化稳定性
钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑脂 2）滴点 3）安定性
性能指标： 1）针入度
3、固体润滑剂
石墨、二硫化钼、氮化硼 、蜡、 聚四氟乙烯、 酚醛树脂
7
4、润滑剂的添加
二、粘性定律与润滑油的粘度
1、粘性定律
u y
u=v
牛顿粘性定律 η——流体的动力粘度
A F =1N x u
O
y
u=0
B
8
2、粘度常用单位 （1）动力粘度η
F =1N
v=1m/s
单位：帕斯卡.秒—— （N· s/m2 ）
（2）运动粘度v
1m
v ( Pa s) / (kg / m )
3
矿物油的密度一般为：850~890kg/m3 物理单位：cm2/s，—1St（斯）Et 工程上一般采用厘斯(cSt)作为粘度的单位 ， 1斯等于 100厘斯。 （3）条件粘度（相对粘度）—各国有不同的规定；我国采 9 用恩格尔粘度又称为恩氏粘度（ ° Et ）。
1m
1m
国家标准（GB/T 314-1994规定用润滑油在40时的 运动粘度中心值作为润滑油的牌号。
b Fn A ri
F f Ar B
Fn
sy
B
a
B f Fn sy
Ff
3
二、边界摩擦（边界润滑λ <1）
物理吸附膜如图 常温、轻载、低速
(a)
化学吸附膜 中等载荷、速度和温度
化学反应膜 重载、高速和高温
三、混合摩擦（润滑） λ =1~3
膜厚比：
2 2 hmin / ( Rq R 1 q2 )
5
3、剧烈磨损阶段 经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大→动载振动 →润滑状态改变→温升↑→磨损速度急剧上升→直至零件失效。 在设计或使用机器时，应力求缩短磨合期，延长稳定磨损期， 推迟剧烈磨损的到来。必须对磨损的机理有所了解。
二、磨损的类型
1、粘着磨损 2、磨粒磨损 3、表面疲劳磨损 4、流体冲蚀磨损 5、机械化学磨损（腐蚀磨损 ）
10
3、影响润滑油粘度的主要因素 （1）温度 润滑油的粘度随着温度的 升高而降低 （2）压力
p 0 ep
P>10MP时，随P↑→ηP↑
三、流体润滑简介
1 、 流体动力润滑 液体动力润滑 、气体动力润滑
11
实现条件： 1）两滑动表面沿运动方向的间隙是由大至小的形状 2）相对速度v足够大，油楔中有足够的油量 3） 润滑剂有一定的粘度
雷诺方程：
dp hh 6U 3 dx h
12
2、弹性流体动力润滑
R1
p 弹性流体动力
润滑油压分布
v1 v2
R
2
赫兹压力分布
v1
O v2
缩颈
h0
hmin
x
13
3、流体静力润滑
节流间隙 (油膜厚度 )
油腔
节流器 (补偿元件) 油泵
油箱Biblioteka 14第四章§4—1
摩擦、磨损及润滑
摩擦
摩擦 ： 内摩擦、外摩擦 静摩擦、动摩擦
1
金属摩擦副的滑动摩擦： 干摩擦—最不利
弹性变形
流体摩擦
塑性变形
边界膜
边界膜
液体
液
边界摩擦—最低要求
混合摩擦
边界膜
液体
2
一、干摩擦
摩擦理论： 库仑公式
F f f Fn
新理论：分子—机械理论、能量理论、粘着理论 简单粘着理论：
(b)
λ越大，油膜承载比例大，f 越小；Rq1 与Rq2为两表面轮廓的均方根偏差。
四、流体摩擦（润滑）
膜厚比λ >3 全液体摩擦
4
§4—2 磨损
一、典型的磨损过程
1、磨合磨损阶段
在一定载荷作用下形成 一个稳定的表面粗糙度， 且在以后过程中，此粗糙 度不会继续改变，所占时 间比率较小
2、稳定磨损阶段 经磨合的摩擦表面加工硬 化，形成了稳定的表面粗 糙度，摩擦条件保持相对稳定，磨损较缓,该段时间长短反映 零件的寿命 3、剧烈磨损阶段