第四章 摩擦磨损

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摩擦学原理(第4章磨损理论)

摩擦学原理(第4章磨损理论)
将磨损分类的主要目的是为了将实际存在的各种各样的磨损现象归纳 为几个基本类型,从而更好地分析磨损规律。早期人们根据摩擦的作 用将磨损分为以下三大类:

1.机械类 由摩擦过程中表面的机械作用产生的磨损,包括磨粒磨损、表面塑性 变形、脆性剥落等,其中磨粒磨损是最普遍的机械磨损形式。 2.分子-机械类 由于分子力作用形成表面粘着结点,再经机械作用使粘着结点剪切所 产生的磨损,这类磨损的主要形式就是粘着磨损。 3.腐蚀-机械类 这类磨损是由介质的化学作用或电化学作用引起表面腐蚀,而摩擦中 的机械作用加速腐蚀过程,它包括氧化磨损和化学腐蚀磨损。

为了设计具有足够抗磨能力的机械零件和估算其磨损寿命,还必须 建立适合于工程应用的磨损计算方法。近年来通过对磨损状态和磨 屑分析以及对磨损过程的深入研究,提出了一些磨损理论,它们是 磨损计算的基础。磨损计算方法的建立必须考虑磨损现象的特征。 而这些特征与通常的强度破坏很不相同。
第四章 磨损机理

表4.1磨损类型
分类 磨损机理 1.粗糙峰变形或去除 2.犁沟导致的磨损 3.剥层磨损 主要由材料的机械行为引起的磨损 4.粘着磨损 5.磨料磨损 6.微动磨损 7.固体颗粒冲击引起的磨损 1.腐蚀磨损 2.氧化磨损 主要由材料的化学行为引起的磨损 3.扩散磨损 4.表面层溶解引起的磨损 5、高温下的粘着磨损 磨损常数K(范围) 10-4 10-4 10-4 10-4 10-2~10-1 10-6~10-4
第二篇 磨损理论

各种磨损形式有着不同的作用机理:
磨粒磨损主要是犁沟和微观切削作用; 粘着磨损过程与表面间分子作用力和摩擦热密切相关; 接触疲劳磨损是在循环应力作用下表面疲劳裂纹萌生和扩 展的结果; 而氧化和腐蚀磨损则由环境介质的化学作用产生。 接触面的塑性变形常常引起磨损,也就是说变形导致磨损, 化学作用也常能引起磨损。此外,有很多种磨损机理必 须利用机械学、热力学等学科的理论来分析。

机械设计第四章:摩擦、磨损与润滑概述

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章摩擦磨损及润滑概述

第4章摩擦磨损及润滑概述

按表面润滑情况,将摩擦分为:
1.干摩擦- 两摩擦面间无任何润滑剂→固体表面直接 接触→摩擦、磨损大→强烈温升→不允许 →f≈0.30~0.35
分子-机械理论:粘着作用和犁刨作用
2.边界摩擦-
两摩擦面由吸附着的很簿的边界膜隔开的摩擦 →f≈0. 01~0.1 物理吸附膜
边界膜 3.液体摩擦- 4.混合摩擦-
2稳定磨损(工作)
此阶段磨损平稳而缓慢→代表机件使用寿命。
3.剧烈磨损(失效)
二.磨损的类型
磨损量积累到一定值→剧烈磨损→失效。
缩短磨合期→延长稳定磨损期→推迟剧烈磨损的到来
二.磨损的类型 1.粘着磨损: 压力作用—局部温升高—粘着(焊接)
—相对运动—撕脱、剪切—材料转移
2.磨料磨损: 表面材料脱落,油不净,硬质颗粒形 成磨料
§4—1 摩 擦
摩擦- 在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力 的影响而发生相对滑动,或有相对滑动的趋势时,在接 触表面上就会产生抵抗滑动的阻力,这一现象叫摩擦, 该阻力叫摩擦力。
内摩擦(物质内部)
静摩擦(运动趋势)
摩擦外摩擦动摩擦(移动形式)滑 滚动动动摩摩擦(润滑状态)混 流 边干合 体 界摩摩 摩 摩擦擦 擦 擦
3.疲劳磨损
交变应力—裂纹扩展—表面剥落— 麻点、凹坑 (疲劳点蚀)
4.腐蚀磨损 金属与介质到化学反应形成
5.冲蚀磨损 气体、流体的冲蚀
§ 4 —3 润滑剂和润滑方法
一.润滑目的: 摩擦功耗↓磨损↓, 冷却、吸振、防锈
润┌润滑油→液体 滑│润滑脂→润滑油+稠化剂(如钙、钠、铝等金属皂) 剂└固体润滑剂→石墨、MoS2(二硫化钼)、聚四氟乙稀 二. 润滑油: 1.主要性能指标:
4.牛顿粘性定律 -流体中任意点处的切应力均与 该处流体的速度梯度成正比。

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

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4章-摩擦磨损及润滑

第4章-摩擦磨损及润滑

25
影响润滑油粘度的主要因素
1)温度t •粘度指数表征润滑油粘度受温度的影响程度。 • 润滑油粘度随着温度的升高而降低。
2)压力p
p 0eαp
•当p<20MP时,压力对润滑油粘度的影响可忽略。
•当p>20MP时,润滑油粘度随着压力的升高而增大。
•当p<100MP时,压力对润滑油密度的影响可忽略。
潘存云教授研制
油台 起密封作用
关键器件:
节流器
D~
节流器作用:根据外载荷 的变化自动调节各油腔内 的压力。
潘存云教授研制
常用节流器
d0 d0
2) 空气轴承
空气也是一种流体润滑剂,其粘度只有L-AN7润滑油 的1/4000, 摩擦力小到可忽略不计,因此可用于数十 万转的超高速轴承。
空气轴承的工作原理与液体润滑轴承本质上是一样。
26
润滑脂
钙基润滑脂(耐水不耐热) 钠基润滑脂(耐热不耐水) 锂机润滑脂(耐水且耐高温) 铝基润滑脂(耐水,可防锈)
主要性能指标:1)锥入度,2)滴点。
27
1)锥(针)入度(以0.1mm计)
锥入度:1.5N的标准锥体,
h
25 ℃ 恒温,经5s后刺入润
滑脂表面的深度。
锥入度表征润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱。 润滑脂的牌号就是润滑脂锥入度的等级。
借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全 隔开,由流体膜产生的压力来平衡外载荷。
v
pmax
潘存云教授研制
vF
vc
va
F
两平形板之间不能形FF 成压力油膜!
h2
潘存云教授研制
h1
F F
c
a
潘存云教授研制

第四章摩擦磨损与润滑

第四章摩擦磨损与润滑

y2+C1y+C2
τ
边当界y=条h时件,:u当=0y=0→时C,1=u=21-ηvddxp→hC2+=hv-v
Bp y
z
x p+dp τ+dτ
代入得:
1 u= 2η
dp dx
(y2-
hy) +
y-h v
h
任意截面内的流量: qx 依据流体的连续性原理,通过 不同截面的流量是相等的
h
udy
1
0
中间必有一个位置呈三角形分布。
vF
vc b
va
F FF
h2 h0
h1
F
c b
a
形成动压油膜的必要条件: 1.两工件之间的间隙必须有楔形间隙; 2.两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体;
3.两工件表面必须有相对滑动速度。其运动方向必须 保证润滑油从大截面流进,从小截面出来。 向心轴承动压油膜的形成过程:
12
dp h3 dx
hv 2
该处速度呈三角形分布,间隙厚度为h0
1
b-b截面内的流量:
负号表示流速的方向与x方向相反,
qx
2 vh0
p pmax
因流经两个截面的流量相等,故有:
得: dp dx
=6ηv
h0-h
h3
--- 一维雷诺方程
液体动压润滑的基本方程,它描述了油膜压力p的变化与动力粘度、相对
1、磨合磨损过程 新的零件在开始使用时一般处于这一阶段,磨损率
较高,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、急剧磨损阶段

第4章摩擦、磨损及润滑详解

第4章摩擦、磨损及润滑详解

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) 油有一定的粘度
F
F
F
v
v
v
R 1
h0 hmin
第四章 摩擦、磨损及润滑概述

2、弹性流体动力润滑
21

p 弹性流体动力
润滑油压分布
v1
v2
R2
赫兹压力分布
v1
x O
v2 缩颈
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
较软者的剪切强度极限与压缩屈服极限
b
Fn Ari
第四章 摩擦、磨损及润滑概述

修正后的粘着理论:
5 页
f
Ff Fn
Bj ' sy
' sy
较软者的压缩屈服极限
1、当两金属界面被表面膜分开,为表面膜的剪切强度极限
Bj
2、当剪切发生在较软金属基体内时,为较软金属基体的剪切强 度极限
3、若表面膜局部破裂并出现金属黏附结点时,为介于较 软金属基体剪切强度极限和表面膜的剪切强度极限之间
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
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
磨合磨 损阶段
I
稳定磨损阶段
II
t
O 时间t
磨损率 q
t
磨损量q q
第 9
页 剧烈磨损阶段
III
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
化学吸附膜

摩擦、磨损与润滑概述ppt课件

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边境摩擦:
1、概念: 摩擦外表被吸附在外表的边境膜隔开,但有相当多的不平凸
峰接触,摩擦性质取决于边境膜和外表的吸附性能的摩擦。
2、摩擦模型:极性原子团
①、单层分子边境膜: ②、多层分子边境膜:
3、边境膜的分类与机理: ①

吸附膜 反响膜
物理吸附膜 化学吸附膜
度构的子成学化〔成边吸物键学光1化境光引理光5力吸滑合膜0滑力吸滑作附~剂物。济作附剂用膜2中,在0用膜与而。0的即有°下。金吸脂在硫〕,属附肪光、下紧外在酸滑氯,贴表金分剂、与于接属子和磷金金触外的金时属属时表极属,起外,上性界并化表在,分面在学上两构子处较反,者成受构高响即分的化成温,构
R —0.两4 粗糙 面3的.0综合不平混度合摩擦
3~4
流体摩擦
( 1 时,不平度凸峰为总载荷的30%)
流体摩擦:
1、定义:
当两摩擦面间的油膜厚度大到足以将两外表的不平凸峰完全 分开,这种摩擦叫液体摩擦。
2、特点:
3~4
①、油分子大都不受金属外表的吸附作用的支配,而能完全挪动。
②、摩擦表现为粘性 ,f≈ 0.001~0.008,无磨损 (理想摩擦形状)。
流体中所夹带的硬质物质或颗 粒,在流体冲击力作用下而在摩擦 外表引起的磨损。
磨损分类:
磨粒磨损 (简称磨损)
疲劳磨损 (也称点蚀)
腐蚀磨损:
粘附磨损 (也称胶合)
冲蚀磨损 腐蚀磨损
摩擦外表资料在环境的化学或 电化学作用下引起腐蚀,在摩擦副 相对运动时所产生的磨损即为腐蚀 磨损。(汽缸套易发生)
磨损分类:
1、摩擦是引起能量损耗的主要缘由。 2、摩擦是呵斥资料失效和资料损耗的主要缘由。
3、摩擦学:
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(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 2、磨损的分类
按破坏的机理: 粘着磨损、接触疲劳磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损。
§4 -1 摩
摩擦分类
V
干摩擦

内摩擦
发生位置Байду номын сангаас
外摩擦
静摩擦
运动情况
动摩擦
1.干摩擦
滑动摩擦 滚动摩擦
干摩擦 边界摩擦 流体摩擦 混合摩擦
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
V
两摩擦表面各附有一层极薄的边
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。
关于干摩擦理论
机械理论、分子-机械理论、粘附理论、能量理论等
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。
库仑公式: Ff f Fn
分子-机械理论: 摩擦力是两表面凸峰间的机械啮合力F1和表面分子相互吸引
1m
v(Pa s)/ (k/g m 3)
物理单位:cm2/s,—1St(斯)
蒸馏水在20°C的运动粘度为1cSt;
1)粘附磨损(胶合) 当摩擦表面的不平度凸峰在相互作用的各点产生结点后再 相对滑移时,材料从运动副的一个表面转移到另一个表面,便 形成了粘着磨损。 例如:滑动轴承中的"抱轴"和高速重载齿轮的"胶合"现象。 影响因素:
同类摩擦副材料比异类材料容易粘着;脆性材料比塑性材料 抗粘着能力高,在一定范围的表面粗糙度愈高抗粘着能力愈强, 此外粘着磨损还与润滑剂、摩擦表面温度及压强有关。
影响因素: 摩擦副材料组合、表面光洁度、润滑油粘度以及表面硬度等。
4)冲蚀磨损 有流动的液体或气体中所夹带的硬质物体或硬质颗粒作
用引起的机械磨损。
5)腐蚀磨损 在摩擦过程中,摩擦表面与周围介质发生化学反应或电化学反 应的磨损称为腐蚀磨损。
影响因素: 周围介质、零件表面的氧化膜及环境温度等。
§4—3 润 滑
(3)合成油,如磷酸酯(低温润滑剂)、硅酸盐酯(高温润 滑剂)、氟化物(耐氧化润滑剂)等,近年来应用面不断拓广。
性能指标: 1)粘度
2)油性 (润滑性)
3)凝点
4)闪点和燃点 5)极压性能
6)氧化稳定性
1、粘性定律
u
y
牛顿流体 内摩擦定律
η——流体的动力粘度
τ--流体的切应力
2、粘度常用单位
2)磨粒磨损(磨损) 从外部进入摩擦面间的游离硬质颗粒或摩擦表面上的硬质凸峰,
在摩擦过程中引起材料脱落的现象称为磨粒磨损。 影响因素:与摩擦材料的硬度、磨粒的硬度有关。
3)疲劳磨损(点蚀 ) 受变应力的摩擦副,在其表面上形成疲劳点蚀,使小块金
属剥落,这种现象称为疲劳磨损。 常发生在滚动轴承、齿轮、凸轮等零件上。
界膜,两表面仍是凸峰接触的摩擦
(a)
状态称为边界摩擦。
边界摩擦
与干摩擦相比,摩擦状态有
边界油膜
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
(b)
械性能和表面形貌。
V
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。
液体摩擦
V
混合摩擦
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。
在摩擦面间加入润滑剂的主要作用是改善摩擦、减轻磨损,
同时润滑剂还能起减振、防锈等作用,液体润滑剂还能带走摩擦热、 污物等。
润滑剂有液体润滑剂、气体润滑剂、润滑脂和固体润滑剂。
1.液体润滑剂
主要有三大类:
(1)矿物油,主要是石油产品,此种油来源充足,稳定性好、 成本低,故应用最广;
(2)动、植物油,其油性好,最适于边界润滑使用,但稳 定性差,来源不足,所以,应用较少;
(1)动力粘度η 单位:N·s/m2
表示速度面积各为1m2的两层流体相距1m时,相对滑动速 度为1m/s,所需要的力为1N,此时流体的粘度为1Pa.s。
1Pa·s = 10P = 1000cP
(2)运动粘度v
工程上把动力粘度η与流体密 度ρ的比值称为运动粘度ν。 记为ν=η/ρ。
F =1N
1m
v=1m/s 1m
f
=Ff FN
=στ′ B Syj=两种金界 属面 基剪 体者 切 中的 强 的压 度 较缩 极 软屈 限服极
§4-2 磨 损
1、磨损曲线(磨损过程)
磨 损 量
时间
磨合阶段
稳定磨损阶段
剧烈磨损阶段
(1)磨合磨损过程 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
B
f Ff B Fn sy
b
但简单粘附理论无法解释高真空中的
Fn a
洁净金属发生摩擦时比常规环境里的摩擦
Ari 系数大得多的现象。
1964年鲍登等人对简单粘附理论 进行修正。
在摩擦情况下,轮廓峰接触区除作用有法向力外,还作用有 切向力,所以接触区同时有压应力和切应力存在。
金属材料的塑性变形取决于压应力和切应力所组成的复合应力作用。
力F2两部分组成,因而这一理论可以解释为什么当表面光滑时,
摩擦力也会很大。 Ff = F1 + F2
这两种理论不能解释能量是如何被消耗的 简单粘着理论:
两金属表面真实接触面积很小,轮廓凸峰接触区的压力很 高,产生塑性变形后,发生粘附现象,形成冷焊结点。当相对 滑动时,将被剪开。
Ff
ArB
Fn
sy
调查显示:我国每年制造汽车消耗的钢材与制造汽车 配件消耗的相比大致相等。
根据美国、英国、德国等国家的统计,与摩擦、磨损有 关方面的花费大约占国民经济年生产总值的2%~7%。
2003年国民经济的生产总值为11694亿元,如果摩擦、磨 损有关方面的花费按占国民经济年生产总值的5%计算,就损 失584.7亿元。
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
摩 擦:是相互接触的物体在接触面上发生阻碍相对运动的现象。 磨 损:由于运动副表面的摩擦导致表面材料的逐渐消失或转移。
润 滑:假定在两物体接触界面滑动,其所降低的摩擦的程度。
据统计,人类一次能源大约1/3是消耗于摩擦损失,约 有70%的设备损坏是由于各种形式的磨损而引起的。
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