摩擦磨损与润滑
摩擦、磨损和润滑
摩擦、磨损和润滑§1 摩擦在一定的压力下，表面间摩擦阻力的大小与两表面间的摩擦状态有密切关系，不同摩擦状态下，产生摩擦的物理机理是不同的。
一、摩擦状态按摩擦状态，即表面接触情况和油膜厚度，可以将滑动摩擦分为四大类，干摩擦、边界摩擦（润滑）、液体摩擦（润滑）和混合摩擦（润滑），如图所示。
1.干摩擦两摩擦表面间无任何润滑剂或保护膜的纯净金属接触时的摩擦，称为干摩擦。
在工程实际中没有真正的干摩擦，因为暴露在大气中的任何零件的表面，不仅会因氧气而形成氧化膜，且或多或少也会被润滑油所湿润或受到"污染"，这时，其摩擦系数将显著降低。
在机械设计中，通常把不出现显著润滑的摩擦，当作干摩擦处理。
2.边界摩擦两摩擦表面各附有一层极薄的边界膜，两表面仍是凸峰接触的摩擦状态称为边界摩擦。
与干摩擦相比，摩擦状态有很大改善，其摩擦和磨损程度取决于边界膜的性质、材料表面机械性能和表面形貌。
3.液体摩擦两摩擦表面完全被液体层隔开、表面凸峰不直接接触的摩擦。
此种润滑状态亦称液体润滑，摩擦是在液体内部的分子之间进行，故摩擦系数极小。
这时的摩擦规律已有了根本的变化，与干摩擦完全不同。
关于液体摩擦（液体润滑）的问题，将在滑动轴承中进一步讨论。
4.混合摩擦两表面间同时存在干摩擦、边界摩擦和液体摩擦的状态称为混合摩擦。
二、干摩擦理论干摩擦理论主要有：（1）机械理论认为摩擦力是两表面凸峰的机械啮合力的总和，因而可解释为什么表面愈粗糙，摩擦力愈大；（2）和表面分子相互吸引分子-机械理论认为摩擦力是由表面凸峰间的机械啮合力F1两部分组成，因而这一理论可解释为什么当接触表面光滑时，摩擦力也会力F2很大。
但上述两种理论不能解释能量是如何被消耗的；（3）粘着理论；（4）能量理论等。
a) 结点b) 界面剪切c) 软金属剪切a) 结点b) 界面剪切c) 软金属剪切大量的试验表明，工程表面的实际接触面积约为名义接触面积的10-2～10-3，这样接触区压力很高，使材料发生塑性变形，表面污染膜遭到破坏，从而使基体金属发生粘着现象，形成冷焊结点（如图a 所示）。
《机械设计》第三节-摩擦-磨损-润滑
t
度不会继续改变，所占时
间比率较小
O
时间t
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、急剧磨损阶段 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
二、磨损的类型
弹性变形
流体摩擦（润滑）
塑性变形
边界膜
边界摩擦（润滑）—最低要求
边界膜 液体
液
混合摩擦（润滑）
边界膜
液体
一、干摩擦
摩擦理论： 库仑公式 Ff 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：
Ff
Ar B
Fn
sy
B
a
n
Ar Ari i 1
f () Ff B Fn sy
（3）条件粘度（相对粘度）—恩氏粘度
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
粘度指数VI ，35，85，110
（2）压力
p 0 ep
P>10MP时，随P↑→ηP↑
4、配油计算
K v vB vA vB
配油比
1、根据摩擦面间存在润滑剂的状况，滑动摩擦分
为哪几种？ 2、获得流体动力润滑的基本条件是什么？
3、典型的磨损分哪三个阶段？磨损按机理分哪几 种类型？
4、什么是流体的粘性定律？
5、粘度的常用单位有哪些？影响粘度的主要因素是 什么？如何影响？
6、评价润滑脂和润滑油性能的指标各有哪几个？
润滑油压分布
v1
v2
机械零件的摩擦磨损和润滑
流体静力润滑
流体润滑 流体动力润滑
润
弹性流体动力润滑
滑 边界润滑
混合润滑
§0－3 机械零件旳摩擦、磨损和润滑
1、流体润滑 （1）流体静力润滑是利用外部供油系统
将 高压油强行输入摩擦副表面之间，依托 静压承载油膜把两表面完全隔开，从而取 得流体润滑。
§0－3 机械零件旳摩擦、磨损和润滑
2、流体动力润滑是借助于相对速度而产生旳粘性流体 膜将摩擦副旳两摩擦表面完全隔开，由润滑油本身产 生旳压力来平衡外载荷。
§0－3 机械零件旳摩擦、磨损和润滑
（4）腐蚀磨损 接触表面受到腐蚀性旳气体、液体旳侵
蚀而产生旳表面破坏，如化工行业制酸、 碱设备旳零件损坏是因为酸碱腐蚀反应而 造成旳。所以一般化工企业采用不锈钢材 料作为机器旳零件 。
§0－3 机械零件旳摩擦、磨损和润滑
2、磨损过程
任何相对运动，虽然润滑条件再好，也不可防止地 会出现正常旳磨损。磨损分为三个阶段：即阶段磨合、 稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段。经过机械加工后旳表面， 不论其表面粗糙度值很小，也达不到磨合后旳原则，所 以相对运动旳表面必然要经过正常旳磨合阶段。 如新出厂汽车旳磨合期为2023km，表白2023km之后，各 运动表面进入正常磨损阶段，该阶段旳长短标志着机器 旳使用寿命。机器旳质量越高，其稳定磨损阶段越长， 使用旳寿命越长。
§0－4本课程旳学习任务和要求
一、学习任务
1、掌握机械基本知识和技能； 2、为学习专业技术知识作准备； 3、养成严谨、敬业旳工作作风。
二、学习要求
1、能对构件作受力分析，判断基本变形； 2、了解常用材料旳性能、牌号、特点； 3、熟悉机构旳构造、特征； 4、熟悉常用零件旳特点，读懂精度旳标注； 5、熟悉气、液压传动旳特点，读懂元件苻号、基本回 路。 6、理论联络实践。
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。
机械零件的摩擦、磨损和润滑
磨损的原因和影响因素
1 表面间相对运动
表面间相对运动会导致 磨损，特别是在高压和 高温环境下。
2 材料硬度差异
硬度差异大的材料更容 易磨损，以及表面光滑 度和润滑情况。
3 外部环境条件
外部环境条件，如温度、 湿度和污染物等，也会 影响磨损。
磨损和材料选择
合理选择磨损较小的耐磨材料 可以减少零件磨损和更好地保 护机械零件。
常见的机械零件摩擦、磨损和润滑问题
1
齿轮磨损
齿轮因长时间高速运动摩擦会导致磨
轴承润滑
2
损，需要定期润滑和维护。
轴承需要良好的润滑来减少摩擦和磨
损，保持稳定的工作状态。
3
链条润滑
链条需要适量的润滑剂以减少链环之 间的摩擦和磨损。
机械零件的摩擦、磨损和润滑
在机械工程中，摩擦、磨损和润滑是至关重要的概念。了解它们的定义、原 因和方法可以帮助我们更好地设计和维护零件。
摩擦的定义和类型
摩擦定义
摩擦是指两个物体之间因接触而产生的阻碍相对运动的力。
静摩擦和动摩擦
静摩擦是物体相对静止时的摩擦力，动摩擦是物体相对运动时的摩擦力。
滚动摩擦和滑动摩擦
是机械零件不可避免的现象，要注意减少磨 损并延长零件使用寿命。
是最常用的减少摩擦和磨损的方法，选择适 当的润滑剂和方式很关键。
有效减少摩擦、磨损和提高润滑的技巧 和方法
正确润滑
选择适合的润滑剂和方法， 根据工作条件和需求进行定 期润滑。
பைடு நூலகம்
合理设计
在设计阶段考虑摩擦和磨损 因素，合理选择材料和结构。
第4章摩擦与润滑状态
三、润滑脂及其主要性能
组成：基础油+稠化剂+添加剂+澎润土 润滑脂的性能指标主要有针入度、滴点、 析油量、机械杂质、灰分、水分等 1）针入度
软硬程度 H(mm)/0.1 阻力大小、流动性强弱 标准锥体，150g，25 ℃ ，5s
h
三、润滑脂及其主要性能
2）滴点----固体流体的温度转折点，表示耐 热性 3）防水性能； 4）静音性能； 5）种类
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。
A)钙基脂：抗水，适于轻中重载荷； B)钠基脂：高温，但不抗水； C)锂基脂：多用途，最好； D)铝基脂：高度耐水性，航运机械 E)其它特种润滑脂（特种合成油、添加剂、稠化剂 等）
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
二、润滑油的特性
1、粘温特性
润滑油的粘度随温 度的变化存在指数 关系:
t 0 t0 / t
m
2、润滑油的粘压 特性
粘度和压力的关系 近似表示为: