第2章摩擦、磨损及润滑概述
机械设计基础 课后习题答案 第三版 高等教育出版社课后答案(1-18章全)
机械设计基础课后习题答案第三版高等教育出版社课后答案(1-18章全)机械设计基础课后习题答案第三版高等教育出版社目录第 1 章机械设计概述??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 1第 2 章摩擦、磨损及润滑概述??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????? 3第 3 章平面机构的结构分析??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????? 12第 4 章平面连杆机构??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 16第 5 章凸轮机构??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????36第 6 章间歇运动机构??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 46第7 章螺纹连接与螺旋传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????? 48第8 章带传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????60第9 章链传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????73第10 章齿轮传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????80第11章蜗杆传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????112第12 章齿轮系??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????124第13 章机械传动设计???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 131第14 章轴和轴毂连接??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 133第15 章轴承??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????????138第16 章其他常用零、部件??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????? 152第17 章机械的平衡与调速??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????? 156第18 章机械设计CAD 简介??????????????????????????????????????????????????????????????????? ???????????????????????163第1章机械设计概述1.1 机械设计过程通常分为哪几个阶段?各阶段的主要内容是什么?答:机械设计过程通常可分为以下几个阶段:1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。
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）。
第2章摩擦、磨损及润滑概述2知识分享
（4）飞溅润滑装置
• 当回转件的圆周速度较大 （5m/s<v<12m/s）时，润 滑油飞溅雾化成小滴飞起 ，直接散落到需要润滑的 零件上，或先溅到集油器 中，然后经油沟流入润滑 部位，这种润滑方式称为 飞溅润滑。
• 齿轮减速器中的轴承常采 用这种润滑方法
粘度与温度和压力的关系
1. 粘度与温度的关系
• 粘度随温度的升高而降低 • 粘度随温度变化小，粘-温性
能好。
2. 粘度与压力的关系
• 只有在压力超过20MPa时，粘 度才随压力的增大而增大， 高压时更明显。
2.2.1.2 润滑脂的分类和主要质量 指标
• 润滑脂是在润滑油中加入稠化剂(如钙、钠、锂等 金属皂基）而形成的脂状润滑剂，又称为黄油或 干油。
2.2.2 润滑方法和润滑装置
• 机械设备的润滑，主要集中在传动件和支承 件上，各零部件的润滑将在相关章节中学习 ，这里仅介绍常见的润滑方法和润滑装置
• 机器的润滑方法有分散润滑和集中润滑两大 类。
• 分散润滑是各个润滑点各自单独润滑，这种 润滑可以是间断的或连续的，压力润滑或无 压力润滑
• 集中润滑是一台机器的许多润滑点由一个润 滑系统同时润滑
恩氏度（˚ Et） ——中国惯用 常用的有： 赛氏通用秒（SUS） ——美国惯用
雷氏秒 ——英国惯用
运动粘度与条件粘度之间的换算关系：
当 1 .3 5 E t≤ 3 .2 时 V t ， 8 .0 E t 8 .E 6 t 4cSt 当 E t 3 .2 时， V t 7 .6 E t 4 E .0 t cSt 当 ° E t> 1 .2 时 6 ， V t= 7 .1 ° E t4 cSt
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。
第二章 摩擦学概论(共84张PPT)
❖ 自旋摩擦：两接触物体环绕其接触点处的公法线相对旋 转时的摩擦。
3. 按外表润滑状态分类：
干摩擦：两外表之间即无润滑剂又无湿气的摩擦。 边界摩擦：边界膜隔开相对运动外表时的摩擦。 流体摩擦：以流体层隔开相对运动外表时的摩擦，即由流体的粘性
阻力或流变阻力引起的摩擦。
混合摩擦：半干摩擦和半流体摩擦的统称。
第二章 摩擦学概论
第一节 物体外表的性质 任何摩擦外表都是由许多不同形态的微凸峰和凹谷组成 。外表几何特性对于混合润滑和干摩擦状态下的摩擦磨损和 润滑起着决定性影响，因此，了解和研究外表形貌及其参数 是十分有必要的。 一、物体的外表
物体的外表总是凹凸不平的。外表粗糙度是表示外表凹凸 不平的程度，外表愈粗糙，实际接触面积愈小，单位面积压力愈 大，要求油膜厚度愈大。反之．粗糙度愈小，实际接触面积愈大 ，单位面积压力愈小，要求油膜厚度也就可以小一些。
〔7〕如果硬外表不是静止的，而是相对于静外表运动的 ，那么硬外表将始终是粗糙的，后两个阶段不可能实 现。
五、影响摩擦的因素
1．润滑条件
在不同的润滑条件下，摩擦因数差异很大，如洁净无润滑 的外表摩擦因数为0.3～0.5；而在液体动压润滑的外表上摩擦 因数为0.001～0.01。
2．外表氧化膜
在一般情况下，由于外表氧化膜的塑性和机械强度比金属 材料差，在摩擦过程中，膜先被破坏，金属外表不易发生粘着 ，使摩擦因数降低，磨损减少。纯洁金属材料的摩擦副不存在 外表氧化膜，摩擦因数都较高。在摩擦外表上涂上铟、镉、铅 等软金属，能有效地降低摩性，其 接触也同样具有离散性。
〔2〕实际接触点是由塑性变形和弹性 变形共同作用的结果。
〔3〕实际接触面积随载荷的增大而 增大，接触点处的平均面积几乎保 持不变。
机械设计基础第二章摩擦、磨损及润滑
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2020/5/29
课件
3、表面疲劳磨损
两摩擦表面为点或线接触时、由于局部的弹性变 形形成了小的接触区。这些小的接触区形成的摩擦副 如果受变化接触应力的作用，则在其反复作用下，表 层将产生裂纹。随着裂纹的扩展与相互连接，表层金 属脱落，形成许多月牙形的浅坑，这种现象称为疲劳 磨损，也称点蚀。
第二章 摩擦、磨损及润滑
§2—1 摩擦与磨损
各类机器在工作时，其各零件相对运动的接触部分都存在着 摩擦，摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象。摩擦不仅消 耗能量，而且使零件发生磨损，甚至导致零件失效。据统计，世 界上l／3~1／2的能源消耗在摩擦上，而各种机械零件因磨损失 效的也占全部失效零件的一个以上。磨损是摩擦的结果，润滑则 是减少摩擦和磨损的有力措施，这三者是相互联系不可分割的。
h0 hmin
2、弹性流体动力润滑 v1 v2
p 弹性流体动力
润滑油压分布
赫兹压力分布
v1
x O
v2 缩颈
节流间隙 (油膜厚度 )
3、流体静力润滑
油腔 节流器 (补偿元件)
油泵 油箱
四、润滑方法和润滑装置
油润滑的方法多种多样，其分类标准大概有两种：集中润滑 或分散润滑。
分散润滑比集中润滑简便。集中润滑需要一个多出口的润滑 装置供油，而分散润滑中各摩擦剔的润滑装置则是各自独立的。
粘着磨损按程度不同可分为五级：轻微磨损、涂抹、擦伤、 撕脱、咬死。
合理地选择配对材料(如选择异种金属)，采用表面处理(如 表面热处理、喷镀、化学处理等)，限制摩擦表面的温度，控制 压强及采用含有油性极压添加剂的润滑剂等，都可减轻粘着磨 损。
摩擦、磨损、润滑概述
Et
粘温特性
• 定义：粘度随温度变化的特性
图1-5 几种国产油液粘温图
润滑油粘度对温度的变化十分敏感，温度升高，粘度快速 下降。
2.油性
• 是指润滑油中极性分子湿润或吸附于摩擦表面形成边 界油膜的性能。 • 吸附能力越强，油性越好
3.闪点和燃点
• 闪点又叫闪燃点，是指可燃性液体表面上的蒸汽和空气的混 合物与火接触而初次发生闪光时的温度。 • 燃点又叫着火点，是指可燃性液体表面上的蒸汽和空气的混 合物与火接触而发生火焰能继续燃烧不少于5s时的温度。
2)运动粘度ν • 定义：动力粘度μ与密度ρ之比
• 由于ν的单位中只有运动学要素，故称为 法定计量单位为m2/s,以前沿用St（斯）和cSt 运动粘度。 1 m2/s＝104St＝ 106 cSt （厘斯） • 液压油的粘度等级就是以其40º C时运动 粘度的某一平均值来表示，如L-HM32液 压油的粘度等级为32，则40º C时其运动 粘度的平均值为32mm2/s
２)边界摩擦：表面间被极薄的润 滑膜所隔开，且摩擦性质与润滑剂 的粘度无关而取决于两表面的特性 和润滑油油性的摩擦，摩擦系数约 在0.01～0.1
３)流体摩擦：表面间的润滑膜把摩 擦副完全隔开，摩擦力的大小取决 于流体分子内部摩擦力的摩擦， 摩擦系数可达0.001～0.008
４、混合摩擦：摩擦副处于干摩擦、 边界摩擦和流体摩擦混合状态时的摩 擦
4.倾点
• 倾点是指油品在规定的试验条件下，被冷却的式样能够流动 的最低温度。
四
润滑脂的主要性能指标分类：
• 1.锥入度：
锥入度指在25℃下，将一定质量的锥体从锥入度计上释 放，锥体在5秒内下落后刺入待测样品的深度。锥入度 的最小单位为0.1mm。
机械设计基础-摩擦、磨损和润滑概述
教学重点、难点#
重点：1.润滑方式及润滑剂类型的选择。2.密封方法的确定。
难点：密封方法的确定
主要内容与教学方法：
一、摩擦与磨损
摩擦：两接触的物体在接触表面间相对运动或有相对运动趋势时产生阻碍其发生相对运动的现象叫摩擦
磨损：由于摩擦引起的摩擦能耗和导致表面材料的不断损耗或转移，即形成磨损。使零件的表面形状与尺寸遭到缓慢而连续破坏→精度、可靠性↓效率↓直至破坏。
1润滑油润滑油是目前使用最多的润滑剂，主要有矿物油、合成油、动植物油等，其中应用最广的为矿物油。
（1）动力粘度η（2）运动粘度v：（3）条件粘度（相对粘度）：恩氏粘度°Et
2、润滑脂
3、固体润滑剂：常用滑剂有石墨、二硫化钼、氮化硼、蜡、聚氟乙烯、酚醛树脂、金属及金属化合物等。
4、气体润滑剂：包括空气、氢气、氦气、水蒸汽及液体金属蒸汽。
润滑：减少摩擦、降低磨损的一种有效手段。
1、摩擦及其分类：
1干摩擦；2液体摩擦；3混合摩擦
2、磨损及其过程：1磨合磨损过程：2稳定磨损阶段：3急剧磨损阶段：
3、磨损分类：1磨粒磨损；2粘着磨损；3疲劳磨损(点蚀)；4腐蚀磨损
二、润滑
一）、润滑剂及主要性能：润滑剂分液体、单固体、固体和气体润滑剂等。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂。
抚州职业技术学院教案
课程名称：机械设计基础
任课老师（职称）：周晓良（讲师）
授课对象及时间：13级综合班、12五年制班
授课题目（章节）：摩擦、磨损及润滑概述
教具：多媒体
基本教材：陈立德《机械设计基础》（第四版）
课时安排：3
教学目的（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
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第2章摩擦、磨损及润滑概述
2.2.1 润滑剂的性能与选择
• 常用的润滑剂除了润滑油和润滑脂处，还 有固体润滑剂（如石墨、二硫化钼等）、 气体润滑剂（如空气、氢气、水蒸气等）
润滑剂分类
气体润滑剂----空气 液体润滑剂----润滑油 半固体润滑剂----润滑脂 固体润滑剂
• 百分之一St称为cSt（厘斯），1St = 100cSt。15号润滑油 在40℃时的运动粘度中心值为15cSt。
第2章摩擦、磨损及润滑概述
表2.1 常用润滑油的主要性质
名称
代号
40 ℃的粘度 凝点 闪点(开式) /(mm2/s) ≤ ℃ ≥ ℃
主要用途
L-AN7 6.12~7.48 -10 110
第2章摩擦、磨损及润滑概述
粘度与温度和压力的关系
1. 粘度与温度的关系
• 粘度随温度的升高而降低 • 粘度随温度变化小，粘-温性
能好。
2. 粘度与压力的关系
• 只有在压力超过20MPa时，粘 度才随压力的增大而增大， 高压时更明显。
（3）条件粘度
• 在规定的温度下从恩氏粘度计流出200ml样品所 需的时间与同体积蒸馏水在20 ℃时流出所需的时 间之比值称为该液体的条件粘度，以ηE表示,单位 为˚ Et
• 意义:指在一定条件下，利用某种规格的粘度计， 通过测定润滑油穿过规定孔道的时间来进行度量 的粘度。
第2章摩擦、磨损及润滑概述
（7）凝点 润滑油在规定的条件下，不再自由流动时所达到
的最高温度。它是润滑油在低温下工作的一个重要指 标，直接影响到机器在低温下的启动性能和磨损情况。 （8）氧化稳定性
从化学意义上讲，润滑油是不活泼的。但当它们 暴露在高温气体中时，也会发生氧化并生成硫、氯、 磷的酸性化合物。这是一种胶状沉积物，不但腐蚀金 属，而且加剧零件的磨损。
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
2.1 摩擦与磨损 2.2 润滑 2.3 密封方法及装置
第2章摩擦、磨损及润滑概述
2.2 润 滑
• 在摩擦副间加入润滑剂，以降低摩擦、减轻磨损，这种措施称 为润滑。
• 在摩擦面间加入润滑剂的主要好处是： • （1）降低摩擦； • （2）减轻磨损； • （3）保护零件不遭锈蚀； • （4）采用循环润滑时还能起到散热降温的作用； • （5）润滑油膜具有缓冲吸振的能力； • （6）润滑脂可起到密封作用。 • 润滑的主要作用：
第2章摩擦、磨损及润滑概述
粘度
• 润滑油的粘度可定性地定义为它的流动阻力，是润滑油最重要 的性能指标之一
• 粘度可分为动力、运动和条件粘度三种。 • 粘度是选择润滑油的主要依据. • 粘度的大小表示了液体流动时其内磨擦阻力的大小,粘度愈大,内
磨擦阻力就愈大,液体的流动性就愈差. • 润滑油粘度的大小不仅直接影响运动副的运动阻力，而且对润
恩氏度（˚ Et） ——中国惯用 常用的有： 赛氏通用秒（SUS） ——美国惯用
雷氏秒 ——英国惯用
运动粘度与条件粘度之间的换算关系：
当 1 .3 5 E t≤ 3 .2 时 V t ， 8 .0 E t 8 .E 6 t 4cSt 当 E t 3 .2 时， V t 7 .6 E t 4 E .0 t cSt 当 ° E t> 1 .2 时 6 ， V t= 7 .1 ° E t4 cSt
全损耗 系统用油
L-AN10 9.0~11.0 L-AN15 13.5~16.5
-10 -10
125 165
GB 443-89 L-AN32 28.8~32.2 -10 170
L-AN46 41.4~50.6 -10 180
用于高速低负荷机械、 精密机床、纺织纱锭的 润滑和冷却
普通机床的液压油。 用于一般滑动轴承、 齿轮、蜗轮的润滑
润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系: 如牌号为L-AN10的油在4第02℃章摩时擦、的磨运损及动润滑粘概述度大约为10 cSt。
（4）润滑性（油性）
润滑性是指润滑油中的分子与金属表面吸附形成 一边界油膜，以减小摩擦和磨损。润滑性愈好，吸附 能力愈强。对于那些低速重载或润滑不充分的场合， 润滑性具有特别重要的意义。
滑油膜的形成及承载能力有决定性的作用。 • 润滑油粘度选择的一般原则：
速度大，宜粘度小； 载荷大，宜粘度大； 温度高，宜粘度大。 第2章摩擦、磨损及润滑概述
（1）动力粘度η
• 对于1m3的液体,如果其上下表面发生相对 速度为1m/s的相对运动时所需切向力为1N, 则称该液体的粘度为1Pa ·s(=1N ·s/m2)
（5）极压性 润滑性能是润滑油中加入含硫、氯、磷的有机极
性化合物之后，油中的极性分子在金属表面生成抗磨、 耐高压的化学反应边界膜的性能，它在重载、高速、 高温条件下，可改善边界润滑性能。
（6）闪点
润滑油在标准容器中加热所蒸发的油气，遇火焰 即能发出闪光时的最低温度，是衡量油易燃性的指标。 对于在高温下工作的机器，这是一个重要参数。一般 要求工作温度比油的第闪2章点摩擦低、磨损3及0润~滑4概0述℃ 。
第2章摩擦、磨损及润滑概述
2.2.1.1 润滑油的分类和主要质量指标
有机油----动、植物油 种类： 矿物油----石油产品
化学合成油 矿物油来源充足、成本低廉、稳定性好、因而应用最广
第2章摩擦、磨损及润滑概述
润滑油的主要评判指标：
• 粘度； • 润滑性（油性）； • 极压性； • 闪点； • 凝点； • 氧化稳定性。
L-AN68 61.2~74.8 -10 190
用于重型机床导轨、
L-AN100 90~110
0
210
矿山机械的润滑
汽轮机油 L-TSA32 28.8~35.2 -7
180
用于汽轮机、发电机等 高速高负荷轴承和各种
GB 11120-89 L-T章摩擦、磨损及润滑概述
第2章摩擦、磨损及润滑概述
（2）运动粘度ν
• 工程中常用动力粘度η与同温度下该液体密度ρ的比值表示
粘度，称为运动粘度。
• 新国际GB/T 314-1994规定采用润滑油在40℃时的运动粘度 中心值作为润滑油的新牌号。
• 在绝对单位制（C.G.S制）中，运动粘度的单位是St(斯)， 1St=1cm2/s。