第四章 摩擦、磨损及润滑

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2· b图：
进口流量 t
出口流量 > t
两形成收敛的楔形的板内部由于进入油量大于流 出的油量，油必将由进口a和出口c两处的截面被挤出 ，内部就产生了一定的压力，这种有一定粘性的流体 流入楔形收敛间隙而产生压力的效应叫流体动力润滑 的楔效应。
建立条件：两表面形成收敛油楔；润滑油有一定的
黏度，且供油充分；两表面有一定的相对运动速度 且使润滑油从大口进小口出。
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2．弹性流体动力润滑—针对高副运动表面
收敛油楔
v1
v2
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◐◐必须考虑以下两个方面：
①弹性体的弹性变形 ②高压下油的粘度变化
◐◐油膜形状特点：
摩 擦 分 类
静摩擦
滑动摩擦 动摩擦
干摩擦 边界摩擦（边界润滑） 混合摩擦（混合润滑）
流体摩擦（流体润滑）
滚动摩擦（弹性流体动力润滑）
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一．干摩擦（最差状态）
定义：两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。 特点： f 很大，磨损很严重，应力求避免 机理： 1．机械摩擦啮合理论 Fn
1N s m
2
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Ⅱ．运动粘度ν：
( pa s ) (kg cm3 )
2 6
m2 s
4
●物理单位：st(斯)
cst(厘斯) 1m s 10 cst 10 st
●润滑油的牌号：
旧标准：GB443—64规定，以50 oC或100 oC的运动粘度 的中心值划分等级，确定牌号。 新标准：GB3141—82规定，以40 oC的运动粘度中心值 分级 例：32号润滑油的含义如何？
答 : 40 c 32mm2 s 32106 m2 s
Ⅲ．条件粘度(恩氏度oEt)
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(2)粘度的影响因素：主要有二个 ◎温度的影响： 随温度增加而减小；粘度指数VI 越
大，粘度随温度变化小。粘温效应 压粘效应 p
◎压力的影响： 当p≥20Mpa时，随压力增加而增大
收敛油楔
v1 v2
=12/(12)

7· 综合弹性模量
2 2 1 1 1 1 2 E 2 E1 E2
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道森无量纲参数群：
速度参数 载荷参数
U
0 u E E
w W E G H h mi n
原因：轮廓峰塑变成冷焊结点而粘着
现象：轻微磨损、涂抹、划伤、撕脱、咬死 措施：限制温度、压力；选择合适的润滑剂、添 加剂；摩擦副的材料；提高表面质量、跑合。
2．表面疲劳磨损
原因：sＨ的反复作用
现象：金属表面产生麻点、麻坑，又叫点蚀
措施：提高[σ]H ；提高表面质量；提高硬度； 提高润滑油的黏度、加入极压添加剂。
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爬 行 曲 线
问题：爬行现象是怎样产生的？
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二．边界摩擦（边界润滑：最低要求）
定义：当金属表面间存在一层极厚的的边界油膜时 的摩擦
特点：ｆ较小，磨损较小，寿命有所提高。 机理：边界膜可分三种
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小结
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§4-３
一．概述
A．润滑的作用：
1．降低摩擦、磨损 2．防锈 3．冷却 4．缓冲吸振 5．密封
润
滑
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B．润滑剂的种类：主要有四大类
1．液体润滑剂：各种润滑油（植物油、 动物油、矿物油、合成油） 2．半固体润滑剂：各种润滑脂 3．固体润滑剂：石墨、二硫化钼 4．气体润滑剂：各种气体（空气、CO2）
积并非公称接触面积A0，而是由一些表面轮廓峰相接触所形成 的接触斑点的微面积的总和（真实接触面积Ar）。由于Ar很小 ，轮廓峰接触区压力很高，产生塑性变形，发生粘附现象，形 成冷焊结点。相对运动时，冷焊结点被割开。
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计算公式
Ff
由
Art B
Ar
一．磨损过程: (分三个阶段)
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说明
Ⅰ 跑合磨损(磨合)阶段 Ⅱ稳定磨损阶段 Ⅲ剧烈磨损阶段
◐◐◐设计或使用机器的原则：力求缩短磨合期， 延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损到来。
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二．磨损机理（或分类）主要四种基本类型 1．粘附磨损
式中：τBj为界面的剪切强度极限 σ’Sy为较软基体材料的压缩屈服极限 ●应用：爬行现象
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定义：当相对运动速度较小时，两表面的摩擦力在 静因：粘附理论（ 即 凸峰 粘着弹性变形剪断反复变化） 后果：造成机器运动不规则冲击、振动 措施：提高表面质量，改善润滑条件
Ff = f * F n
式中 ：Ff —— 摩擦力; f —— 摩擦系数;
公式表明： (1) Ff与Fn成正比；(2) 动摩擦系数的大 小与相对滑动速度无关； (3) 摩擦力的大小与名义接 触面积的大小无关。
Fn —— 法向载荷
Fn
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2．粘附理论 A· 简单粘附理论：1945年由鲍登等人提出，认为接触面
p e
式中：
α—粘度系数，pa-1； p —压强， pa ； ηo —大气压下油的粘度， pa · s； e —自然对数的底，e=2.718； ηp—压力p下的粘度， pa · s；
2．润滑油的油性及极压性 3．其他指标：油：凝点、闪点；脂：滴点、针入度
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s sy
Fn
tB
s sy
Fn
知 当Fn 增加
s sy 不变
f

Ff Fn

tB s sy
Ar 增加
说明
式中：
A r — 真实接触面积
s sy — 较软材料压缩屈服极限 t B — 较软材料的剪切强度极
限
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简单的粘附理论认为：真实的接触面积Ar决定于软
①高压接触区，膜厚相同为ho ②油膜出口处有缩颈，产生hmin（压力有突变）
◐◐油压分布特点：
①高压接触区，压力分布同赫兹应力 ②缩颈处产生很大的压力高峰
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3. 润滑状态图
七个影响因素：
1· 最小油膜厚度hmin
2· 单位宽载荷w=F/B 3· 卷油速度u=(v1+v2)/2 4· 粘度0 5· 粘压系数 6· 综合曲率半径
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四．混合摩擦（混合润滑：最常见的状态）
定义：介于边界摩擦和液体摩擦之间 特点：f 较小，介于边界摩擦和液体摩擦之间 一般 f=0.001~0.01 问题：滑动摩擦一般分为哪四种状态？哪种最理想？
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§4-２ 磨 损
有摩擦现象存在，就会有磨损产生。摩擦、磨 损既有利也有弊。据统计：由摩擦而造成的能量 损耗占世界工业能量消耗的1/3；有80%的零件 失效是由磨损而引起的。
◐汽车靠摩擦制动，皮带靠摩擦传动，磨床靠 磨损加工。
◐各运动副间又因摩擦而损耗功率。
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摩擦
不利方面：消耗能量，转化为热能，引起温升
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C．润滑剂的主要指标 1．润滑油的粘度 (1)分类∶主要分为三类 Ⅰ．动力粘度η
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动力粘度η：牛顿的粘性定律 F t A
t
F A

y
式中：τ—— 油层之间的剪应力 v —— 油层沿y方向的速度梯度 y v—— 油层速度 “-”—— 表示v随y增大而减小 η—— 动力粘度 国际单位： pa· s(帕· 秒 )， 1 pa 物理单位：p(泊)，cp(厘泊)， 1 pa· s =10p=1000cp
1．物理吸附膜：润滑剂中脂肪酸的极性分子牢固的吸附在金 属表面上 应用场合：常温（≤70℃）、轻载、低速 2．化学吸附膜：润滑剂中分子受化学键的作用而贴附在金属 表面上 应用场合：中等载、中速、中温度（ ≤120℃） 3．化学反应膜：s、p、cl等与金属化学反应在油与金属界 面处形成薄膜 应用场合：重载、高速、高温（150 ℃～200℃）
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第四章
摩擦、磨损及润滑
擦 损 滑
§ 4－ 1 摩 §4－２ 磨 §4－３ 润
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知识准备：
摩擦的概念：在正压力作用下，相互接触的物 体表面间有相对运动（或其趋势）时，在接触表 面上就会产生抵抗运动的阻力，这一自然现象被 称为摩擦，阻力叫作摩擦力。
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3．磨粒磨损
原因：灰尘、杂质等硬颗粒 现象：较软表面的沟纹 措施：提高表面质量与硬度；提高润滑油的 清洁度 4．其它类型：◎腐蚀磨损；◎微动磨损； ◎流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损。 磨损的类型随工作条件的改变而转化，实际 上大多数的磨损是上述磨损型式的复合型式。如 微动磨损就是典型的复合磨损，粘附磨损与疲劳 磨损而产生的颗粒会引起磨粒磨损。