机械设计第4章资料
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机械设计基础 第4章 间歇运动机构
4.2.3 棘轮机构的应用
1 进给
在机械传动中，除了常用平 面连杆机构和凸轮机构外，还 广泛应用其他机构，如图5-1所 示为牛头刨床工作台进给棘轮 机构。该机构的作用是把曲柄 的连续转动通过棘轮机构变成 时动时停的间歇运动，通过丝 杠、螺母带动工作台作横向间 歇送进运动，使牛头刨床完成 工件的刨削加工。
02 棘轮机构
4.2.1 棘轮机构的工作原理
棘轮机构由棘轮、棘爪、摇杆及机架等组成，如图5-5所示。主动件棘爪 铰接在 连杆机构的摇杆 上，当摇杆顺时针摆动时，棘爪推动棘轮 转过一定的角度；当 摇杆逆时针摆动时，止退棘爪 阻止棘轮转动，棘爪在棘齿背上滑过，此时棘轮停 歇不动。因此，在摇杆作往复摆动时，棘轮作单向时动时停的间歇运动。
棘爪
小链轮
轮毂（后轮）
图5-11 内啮合棘轮机构
03 槽轮机构
4.3.1 槽轮机构的工作原理
1. 组成：带圆销的拨盘、带有径向 槽的槽轮。拨盘和槽轮上都有锁 止弧：起锁定作用。
2. 工作过程：拨盘连续回转，当两 锁止弧接触时，槽轮静止；反之 槽轮运动。
3. 作用：将连续回转变换为间歇转 动。
4.3.2 槽轮机构的类型
齿式棘轮机构
摩擦式棘轮机构
4.2.2 棘轮机构的类型
按其工作原理可分： 齿式棘轮机构和摩擦式棘轮
机构。
齿式棘轮机构
摩擦式棘轮机构
4.2.2 棘轮机构的类型
按啮合情况分： 外“啮合”和内“啮合”两种型式。
摇杆 止回棘爪
棘爪 棘轮
内啮合齿式棘轮机构
4.2.2 棘轮机构的类型
按从动件的运动形式不同分： 单动式棘轮机构、双动式棘轮机构、可变向棘轮机构
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机械设计基础
机械设计基础第四章
对心尖端直动从动件 12 盘形凸轮机构
等速运动规律 等加速等减速运动规律 余弦加速度运动规律 正弦加速度运动规律
13
一、等速运动规律
h v2 常数 t1
h s2 v2 t t t1
a2 0
刚性冲击
14
从动件的速度有突变，加速度理论上
发生无穷突变，产生巨大的惯性力， 从而对凸轮机构造成强烈冲击。
轮廓的设计方法及步骤
凸轮机构的基圆半径与许用压力角有什么关系？ 棘轮机构和槽轮机构各有什么特点？ 槽轮机构有哪些主要参数？如何选取？
76
作业
85～86页： 4-2，4-3，4-4，4-5，4-9，4-11
77
rk＜ρmin时，可画出完整的轮廓曲线β’
49
rk＝ρmin时， ρ′=0
β’出现尖点 易磨损，从而改变预定的从动件运动规律
50
rk>ρmin时， ρ’<0 β’将出现交叉，在交 叉点以上部分的曲线 加工时将被切去，致 使从动件不能实现预 期的运动规律而发生 运动失真。
51
外凸时，rk min ,
3
内 燃 机 的 凸 轮 配 气 机 构
4
绕线机的凸轮绕线机构
5
缝纫机的凸轮拉线机构
6
移动凸轮机构
7
分类
按凸轮的形状分
盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮
8
按从动件的结构型式分
尖顶从动件
构造简单、易磨损、用于仪表机构
滚子从动件
磨损小，应用广
平底从动件
受力小、润滑好，用于高速传动
9
按从动件的运动方式分
※ 从动件在反转时依次占据的位置均是偏距圆的切线55
华科 机械设计 第4章-蜗杆传动设计
推荐α0＝20～24°，常取α0＝23°
2、齿廓圆弧半径ρ
推荐ρ＝（5～5.5）m z1＝1～2时，取ρ＝5m ； z1＝4时 ，取ρ＝5.5m 3、蜗轮变位系数χ2 推荐χ2 ＝0.7～1.2 ， 应使χ2≤1.5，以免齿顶变尖 χ2 的计算方法同普通圆柱蜗杆传动 几何尺寸计算与普通圆柱蜗杆传动相仿，详见表 4－2
●
－向外 z2
－向里 Fa4 Fa3
●
输出 z4
Ft 4
n3 n4 z3
中间轴
Ft 2 n2
●
Ft 3
Ft 1 z1
Fa2 n1
径向力均指 向各自轮心
蜗杆、蜗轮 均为右旋
Fa1 输入
机械设计
第四章 蜗杆传动设计－强度条件
二、普通圆柱蜗杆传动齿面接触疲劳强度计算 特点：1）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）
Fa1－轴向力
3、力的方向（蜗杆主动）
Ft1 Fa 2
Fa1 Ft 2
Fr1 Fr 2
圆周力： 蜗杆上Ft 1与转向相反 同 齿 蜗轮上Ft 2与转向相同 径向力： Fr1和Fr2指向各自的轮心 轮 轴向力： 蜗杆上Fa1用主动轮左右手定则判定 左旋蜗杆用左手定则 右旋蜗杆用右手定则
机械设计
第四章 蜗杆传动设计
§4-1 概述 一、蜗杆传动的特点 用于空间交错轴间的传动，通常Σ=90° 从运动关系看，相当于螺杆与螺母运动 传动比大， i = 10~80，故结构紧凑； 传动平稳，噪声小；
可实现自锁； 摩擦发热大、传动效率低； 制造成本较高(蜗轮常用青铜合金制造)
机械设计
第四章 蜗杆传动设计－概述
减摩性好
蜗杆为细长轴零件，选材时应保证足够的强度和刚度
2、齿廓圆弧半径ρ
推荐ρ＝（5～5.5）m z1＝1～2时，取ρ＝5m ； z1＝4时 ，取ρ＝5.5m 3、蜗轮变位系数χ2 推荐χ2 ＝0.7～1.2 ， 应使χ2≤1.5，以免齿顶变尖 χ2 的计算方法同普通圆柱蜗杆传动 几何尺寸计算与普通圆柱蜗杆传动相仿，详见表 4－2
●
－向外 z2
－向里 Fa4 Fa3
●
输出 z4
Ft 4
n3 n4 z3
中间轴
Ft 2 n2
●
Ft 3
Ft 1 z1
Fa2 n1
径向力均指 向各自轮心
蜗杆、蜗轮 均为右旋
Fa1 输入
机械设计
第四章 蜗杆传动设计－强度条件
二、普通圆柱蜗杆传动齿面接触疲劳强度计算 特点：1）强度计算主要针对蜗轮轮齿（材料原因）
Fa1－轴向力
3、力的方向（蜗杆主动）
Ft1 Fa 2
Fa1 Ft 2
Fr1 Fr 2
圆周力： 蜗杆上Ft 1与转向相反 同 齿 蜗轮上Ft 2与转向相同 径向力： Fr1和Fr2指向各自的轮心 轮 轴向力： 蜗杆上Fa1用主动轮左右手定则判定 左旋蜗杆用左手定则 右旋蜗杆用右手定则
机械设计
第四章 蜗杆传动设计
§4-1 概述 一、蜗杆传动的特点 用于空间交错轴间的传动，通常Σ=90° 从运动关系看，相当于螺杆与螺母运动 传动比大， i = 10~80，故结构紧凑； 传动平稳，噪声小；
可实现自锁； 摩擦发热大、传动效率低； 制造成本较高(蜗轮常用青铜合金制造)
机械设计
第四章 蜗杆传动设计－概述
减摩性好
蜗杆为细长轴零件，选材时应保证足够的强度和刚度
机械设计基础--第四章(凸轮机构)
二、学习指导
图4-10
三、典型实例分析
例4-1 试设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构。已 知凸轮以等角速度1逆时针方向转动，偏距e =10mm，凸轮 的基圆半径 rb= 50mm，从动件的升程h=20mm，滚子半径rT =10mm，h=120 o，s=90 o，h=90 o，s=60 o。从动件在推 程作等加速等减速运动，回程作等速运动。试用图解法绘制 凸轮的轮廓。
二、学习指导
图4-1
图4-2
二、学习指导
2. 凸轮机构的特点 ⑴ 优点是：只需确定适当的凸轮轮廓就可使从动件得到任
意预期的运动规律，结构简单，体积较小，易于设计。
⑵ 缺点是：由于凸轮与从动件是高副接触，压力较大，易 磨损，故不宜用于大功率传动；又由于受凸轮尺寸限制，凸轮
机构也不适用于要求从动件工作行程较大的场合。
高等院校现代机械设计系列教材
Fundamentals of Machine Design
（第四章）
第四章
凸轮机构
一、基本内容及学习要求 二、学习指导 三、典型实例分析 四、复习题 五、复习题参考答案
回目录
一、基本内容及学习要求
⒈ 基本内容 (1) 凸轮机构的应用和分类；
(2) 从动件的常用运动规律；
(3) 按已知运动规律绘制平面凸轮轮廓；
(4) 凸轮机构设计中应注意的几个问题。
一、基本内容及学习要求
⒉ 学习要求 ⑴ 了解凸轮机构的应用和分类方法。 ⑵ 掌握等速运动、等加速等减速运动规律的特点及位移 线图的绘制方法，能分析凸轮机构产生刚性冲击或柔性冲击 的原因。 ⑶ 掌握直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制方法。 ⑷ 掌握任意位置时凸轮机构压力角的绘制。了解选择滚 子半径的原则、压力角与自锁的关系及基圆半径对压力角的 影响等。
机械设计基础-第4章-1-凸轮机构
s
30
30
120
120
90
δ
360
七、解析法设计凸轮轮廓曲线
1、偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
建立凸轮转轴中心的坐标系xOy
根据反转法原理，凸轮以w转过j角；
B点坐标为
x y
(s0 (s0
s) sin j s) cosj
e cosj esinj
上式即为凸轮理论廓线方程
实际廓线与理论廓线在法线上相距
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传 递动力不大的场合。
示例一 内燃机配气机构
示例二 靠模车削机构
示例 绕线机的凸轮绕线机构
示例 缝纫机的凸轮拉线机构
凸轮机构的主要优点： 使从动件实现预定的运动规律，结接触，容易磨损。 用于传递动力不大的控制机构或调节机构。
2、自D0起，沿-ω方向取δ1-4 角，等分各部分，从D1起以 从动件长度为半径作圆，与基 圆交于C点。
3、C1D1起，分别量取β角， 与2的圆交于B点，连接B0、 B1、B2…，即为凸轮曲线。
例题：设计盘形凸轮机构，已知凸轮角速度ω1逆时针转动， 基圆半径r0=30mm，从动件的行程h=40mm。从动件的 位移线图如下：
第四章 凸轮机构及间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类 §4-2 从动件常用的运动规律 §4-3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 §4-4 凸轮机构设计中应注意的问题 §4-5 间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从 动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不 连续的任意预期运动。
当凸轮继续以角速度ω1逆时针 转过角度δ2时，从动件尖顶从 C到D，在最远位置停止不动， 对应的δ2是远休止角。
30
30
120
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360
七、解析法设计凸轮轮廓曲线
1、偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
建立凸轮转轴中心的坐标系xOy
根据反转法原理，凸轮以w转过j角；
B点坐标为
x y
(s0 (s0
s) sin j s) cosj
e cosj esinj
上式即为凸轮理论廓线方程
实际廓线与理论廓线在法线上相距
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传 递动力不大的场合。
示例一 内燃机配气机构
示例二 靠模车削机构
示例 绕线机的凸轮绕线机构
示例 缝纫机的凸轮拉线机构
凸轮机构的主要优点： 使从动件实现预定的运动规律，结接触，容易磨损。 用于传递动力不大的控制机构或调节机构。
2、自D0起，沿-ω方向取δ1-4 角，等分各部分，从D1起以 从动件长度为半径作圆，与基 圆交于C点。
3、C1D1起，分别量取β角， 与2的圆交于B点，连接B0、 B1、B2…，即为凸轮曲线。
例题：设计盘形凸轮机构，已知凸轮角速度ω1逆时针转动， 基圆半径r0=30mm，从动件的行程h=40mm。从动件的 位移线图如下：
第四章 凸轮机构及间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类 §4-2 从动件常用的运动规律 §4-3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 §4-4 凸轮机构设计中应注意的问题 §4-5 间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从 动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不 连续的任意预期运动。
当凸轮继续以角速度ω1逆时针 转过角度δ2时，从动件尖顶从 C到D，在最远位置停止不动， 对应的δ2是远休止角。
机械设计基础 第七版 第4章 凸轮机构
动画
4.1.2 凸轮机构的分类
2 按从动件的端部结构分类
(2)滚子从动件 从动件端部装有可以自山转动 的滚子，滚子与凸轮轮廓之间为滚 动摩擦，耐磨损，可以承受较大的 载荷，故应用广泛，如图所示。
动画
4.1.2 凸轮机构的分类
2 按从动件的端部结构分类
(3)平底从动件
从动件的端部是一平底，这种
从动件与凸轮轮廓接触处在一定条
1
按凸轮形状分类
(3)圆柱凸轮 圆柱体的表面上具有曲线凹槽或端面上具有曲线轮廓，称为圆
柱凸轮。属于空间凸轮机构。
动画 圆柱凸轮机构
4.1.2 凸轮机构的分类
2 按从动件的端部结构分类
(1)尖顶从动件 从动件端部以尖顶与凸轮轮廓接 触，如图所示。这种从动件结构最简 单，尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接 触，因此理论上可以实现任意预期的 运动规律。尖顶从动件是研究其他类 型从动件凸轮机构的基础。由于尖顶 与凸轮是点接触，易磨损，故仅适用 于低速轻载的凸轮机构中。
4.1 凸轮机构的类型及应用 4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律 4.3 盘形凸轮轮廓的设计方法 4.4 凸轮机构设计中应注意的问题 4.5 凸轮机构的常用材料和结构
4.1 凸轮机构的类型及应用
学习要点 •了解凸轮机构的组成、分类方法和在工程实际中的应用。
4.1.1 凸轮机构的应用和组成 4.1.2 凸轮机构的分类
4.1.2 凸轮机构的分类
1
按凸轮形状分类
(1)盘形凸轮
具有变化向径的盘状构件称为盘形凸轮。它是凸轮的基本形式。
内燃机配气机构
绕线机的凸轮机构
4.1.2 凸轮机构的分类
1
按凸轮形状分类
(2)移动凸轮 做移动的平面凸轮。可看作是当转动中心在无穷远处时盘形凸
4.1.2 凸轮机构的分类
2 按从动件的端部结构分类
(2)滚子从动件 从动件端部装有可以自山转动 的滚子，滚子与凸轮轮廓之间为滚 动摩擦，耐磨损，可以承受较大的 载荷，故应用广泛，如图所示。
动画
4.1.2 凸轮机构的分类
2 按从动件的端部结构分类
(3)平底从动件
从动件的端部是一平底，这种
从动件与凸轮轮廓接触处在一定条
1
按凸轮形状分类
(3)圆柱凸轮 圆柱体的表面上具有曲线凹槽或端面上具有曲线轮廓，称为圆
柱凸轮。属于空间凸轮机构。
动画 圆柱凸轮机构
4.1.2 凸轮机构的分类
2 按从动件的端部结构分类
(1)尖顶从动件 从动件端部以尖顶与凸轮轮廓接 触，如图所示。这种从动件结构最简 单，尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接 触，因此理论上可以实现任意预期的 运动规律。尖顶从动件是研究其他类 型从动件凸轮机构的基础。由于尖顶 与凸轮是点接触，易磨损，故仅适用 于低速轻载的凸轮机构中。
4.1 凸轮机构的类型及应用 4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律 4.3 盘形凸轮轮廓的设计方法 4.4 凸轮机构设计中应注意的问题 4.5 凸轮机构的常用材料和结构
4.1 凸轮机构的类型及应用
学习要点 •了解凸轮机构的组成、分类方法和在工程实际中的应用。
4.1.1 凸轮机构的应用和组成 4.1.2 凸轮机构的分类
4.1.2 凸轮机构的分类
1
按凸轮形状分类
(1)盘形凸轮
具有变化向径的盘状构件称为盘形凸轮。它是凸轮的基本形式。
内燃机配气机构
绕线机的凸轮机构
4.1.2 凸轮机构的分类
1
按凸轮形状分类
(2)移动凸轮 做移动的平面凸轮。可看作是当转动中心在无穷远处时盘形凸
机械设计基础 第四章
(1) 盘形凸轮机构
盘形凸轮机构是最常见的凸轮机构， 其机构中的凸轮是绕固定轴线转动并具 有变化向径的盘形零件，如图4-2所示。
图4-2 内燃机配气机构
(2) 移动凸轮机构
当盘形凸轮的 回转中心趋于无穷 远时，凸轮不再转 动，而是相对于机 架作直线往复运动, 这种凸轮机构称为 移动凸轮机构(参见 图4-4)。
用光滑的曲线连接这些点便得到推程等加速段的位移线图，等
减速段的位移线图可用同样的方法求得。
等加速、等减速运动规律的位移、速度、加速度线图如图 4-10所示。由图4-10(c) 可知，等加速、等减速运动规律在运动 起点O、中点A 和终点B 的加速度突变为有限值，从动件会产生 柔性冲击，适用于中速场合。
4.3 盘形凸轮轮廓的绘制
凸轮轮廓的设计方法有作图法和解析法两种。其中，作图 法直观、方便，精确度较低，但一般能满足机械的要求；解析 法精确高，计算工作量大。本节主要介绍作图法。
4.3.1 凸轮轮廓曲线设计的基本原理
凸轮机构工作时，凸轮是运动的，而绘在图纸上的凸轮是静 止的。因此，绘制凸轮轮廓时可采用反转法。
s
2h
2 0
2
(4-2)
等加速、等减速运动规律的位移线图的画法为：
将推程角
0 两等分，每等分为
0 2
；
将行程两等分，每等分 h ，将 0 若干等分，
2
2
得点1、2、3、…，过这些点作横坐标的垂线。
将 h 分成相同的等分，得点1′、2′、3′、…，连01′、02′、
2
03′、…与相应的横坐标的垂线分别相交于点1″、2″、3″、…，
图4-5 平底从动件
3. 按从动件与凸轮保持接触的方式分
(1) 力锁合的凸轮机构
机械设计基础第4章
第四章凸轮机构在各种机器中，尤其是自动化机器中，为实现各种复杂的运动要求，常采用凸轮机构，其设计比较简便。
只要将凸轮的轮廓曲线按照从动件的运规律设计出来，从动件就能较准确的实现预定的运动规律。
本章将着重研究盘状凸轮轮廓曲线绘制的基本方法和凸轮设计中的相关问题。
§4—1 凸轮机构的应用与分类一、凸轮机构的应用凸轮机构的组成凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。
凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。
从动件是被凸轮直接推动的构件。
凸轮机构就是由凸轮、从动件和机架三个主要构件所组成的高副机构。
图4-1所示为内燃机配气凸轮机构。
当具有一定曲线轮廓的凸轮1以等角速度回转时，它的轮廓迫使从动作2（阀杆）按内燃机工作循环的要求启闭阀门。
图4-2为自动机床上控制刀架运动的凸轮机构。
当圆柱凸轮1回转时，凸轮凹槽侧面迫使杆2运动，以驱动刀架运动。
凹槽的形状将决定刀架的运动规律。
内燃机，配气机构凸轮一般作连续等速转动，从动件可作连续或间歇的往复运动或摆动。
凸轮机构广泛用于自动化和半自动化机械中作为控制机构。
但凸轮轮廓与从动件间为点、线接触而易磨损，所以不宜承受重载或冲击载荷。
凸轮机构的特点1)优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，且机构简单紧凑。
2)缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。
二、凸轮机构的分类凸轮机构的类型很多，通常按凸轮和从动件的形状、运动形式分类。
⒈按凸轮的形状分类（1）盘形凸轮它是凸轮的最基本型式。
这种凸轮是一个绕固定轴转动并且具有变化半径的盘形零件，如图4-1。
（2）移动凸轮当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮。
在以上两种凸轮机构中，凸轮与从动件之间的相对运动均为平面运动，故又统称为平面凸轮机构。
（3）圆柱凸轮(圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件，它可看作是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。
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第四章 摩擦、磨损和润滑
• 摩擦磨损润滑和密封失效是现代机械系统的主要
失效原因。
• 消极影响：消耗能源； 破坏精度； 增大噪声
• 积极作用：驱动(摩擦轮、无级变速） 自锁，
4.1 摩擦与润滑状态
• 摩擦分类：外摩擦（存在于两物体表面之间） 内摩擦（流体内部产生的粘剪力）
• 按照两表面的润滑状况，摩擦分为： 1）干摩擦----无润滑状态 2）边界摩擦——边界润滑状态 3）流体摩擦——流体润滑状态 4）混合摩擦——混合润滑状态
2）运动粘度
• 流体的动力粘度与同温度下的密度ρ的比值,称为
运动粘度:
单位是cm²/s,叫做“斯”,常用St表示
换算关系：1m2/s=104St=106cSt 矿物油ρ=0.85~0.9
3) 条件粘度 oEt
恩氏粘度是条件粘度的一种,它是用200ml的粘性流体, 在给定的温度t下流经一定直径和长度的毛细管所需的 时间,与同体积的蒸馏水在20℃时流经同样的毛细管所 需时间的比值来衡量流体的粘性。恩氏粘度用 oEt表示
5、凝点—冷却，由液体转变为不能流动的临界 温度； (低温启动性能)
6、极压性（EP）, 在重压下表面膜破裂的最大 接触载荷，用PB表示，(极限载荷）
7、酸值—限制润滑剂变质后对表面的腐蚀
四、润滑脂及其主要性能
• 组成：基础油+稠化剂(金属皂) • 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
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:
0eap
3、油性—反映在摩擦表面的吸附性能 （边界润滑和粗糙表面尤其重要）
4、闪点—瞬时燃烧和碳化的温度； 燃点—长时间连续燃烧的温度（高温性能）；
油性分子吸附在表面
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。
四、混合摩擦
• 当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时， 就会出现流体摩擦、边界摩擦和干摩擦同时存 在的现象，这种摩擦状态称为混合摩擦。
五、固体润滑剂
•用途：真空、辐射、重载等恶劣环境； •种类：MoS2，PTFE(聚四氟乙烯) ，石墨，氟化石墨， 纳米材料 •应用方法：涂镀，沉积，粘贴，嵌入，添加剂
六、添加剂
• 种类繁多： １）油性添加剂，极性分子结构； ２）抗磨／极压（EP）添加剂 ３）抗氧化／腐蚀添加剂； ４）洁净分散剂，汽车中 ５）防锈剂 ６）降凝剂 ７）增粘剂 ８）消泡剂－－液压油 9）纳米添加剂－－新材料
流体静压润滑：将加压后的流体送入摩擦表面之间，利 用流体静压力来平衡外载荷。
1）针入度 软硬程度 H(mm)/0.1
h
阻力大小、流动性强弱
标准锥体，150g，25 ℃ ，5s
2）滴点----固体流体的温度转折点，表示耐热性 3）种类
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）
4.2 磨损
• 磨损：运动副表面材料不断损失 • 磨损率: 单位时间内材料的磨损体积或重量
一、磨损过程（三阶段）:
1)跑合磨损阶段 2)稳定磨损阶段 3)剧烈磨损阶段
二、磨损分类：根据磨损机理可分为 1）粘着磨损：
形成：边界摩擦，载荷大，速度高，边界膜破坏， 表面尖峰接触。
现象：形成材料转移。
影响因素：材料硬度，表面粗糙度，载荷、速度、 温度，不同材料配副。
润滑油的粘度反映了润滑 油在外力作用下抵抗剪切 变形的能力，也是内摩擦 力大小的标志。
F ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA
式中 A--流体剪切面积
流体剪切应力
• 剪切应力τ与流体沿y方向速度的梯度成正比，即
d / dy
η定义为流体的动力粘度 上式称为牛顿流体粘性定律,凡符合此定律的 流体称为牛顿流体,否则称为非牛顿流体。 除此以外，还有运动粘度和相对粘度（恩氏 粘度）
七、润滑装置
• 油润滑 间歇式: 油壶， 油枪 连续式: 滴油润滑,油环润滑, 飞溅润滑等
• 脂润滑 旋盖式油脂杯
4.4 流体润滑原理简介
流体润滑原理
流体动压润滑：两相对运动的摩擦表面借助于相对速度 而产生的粘性流体膜来平衡外载荷；
弹性流体动压润滑：高副接触中，接触应力使表面产生 局部弹性变形，在接触区形成弹性流体 动力润滑状态；
一、干摩擦
• 不加润滑剂时，相对运动的零件表面直接接触，这样 产生的摩擦称为干摩擦 (如真空中)。
古典摩擦理论的摩擦力计算公式：
Ff fFn
二、边界摩擦
两表面加入润滑油后，在金属 表面会形成一层边界膜，它可 能是物理吸附膜，也可能是化 学反应膜。不满足流体动压形 成条件，或虽有动压力，但压 力较低，油膜较薄时，在载荷 的作用下，边界膜互相接触， 横向剪切力比较弱，这种摩擦 状态称为边界摩擦。
5）腐蚀磨损-电化学作用
形成：空气中的酸、润滑油中的无机酸产生化学作用 或电化学作用。 现象：表面腐蚀并磨损。 影响因素：环境、润滑油的腐蚀性。
6）微动磨损
形成：小振幅、点或线接触。 现象：磨损面积小。 影响因素：载荷。
4.3 润滑剂和添加剂
• 润滑剂：润滑油、润滑脂和固体润滑剂
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
2）磨粒磨损/磨削
形成：表面微峰或外界硬质颗粒进入摩擦面。
现象：表面划伤或犁沟现象。
影响因素：环境，表面硬度、粗糙度。
3）疲劳磨损（也称疲劳点蚀）
形成：接触应力反复作用。轴承、齿轮。 现象：表层金属剥落，形成点蚀凹坑。 影响因素：表面硬度、粗糙度，润滑油粘度。
4）冲蚀磨损
形成：一定速度的硬质微粒反复作用，表面受法 向力及切向力。燃气涡轮机叶片、水轮机叶片。 现象：表面疲劳，材料损失。 影响因素：材料硬度
• 摩擦磨损润滑和密封失效是现代机械系统的主要
失效原因。
• 消极影响：消耗能源； 破坏精度； 增大噪声
• 积极作用：驱动(摩擦轮、无级变速） 自锁，
4.1 摩擦与润滑状态
• 摩擦分类：外摩擦（存在于两物体表面之间） 内摩擦（流体内部产生的粘剪力）
• 按照两表面的润滑状况，摩擦分为： 1）干摩擦----无润滑状态 2）边界摩擦——边界润滑状态 3）流体摩擦——流体润滑状态 4）混合摩擦——混合润滑状态
2）运动粘度
• 流体的动力粘度与同温度下的密度ρ的比值,称为
运动粘度:
单位是cm²/s,叫做“斯”,常用St表示
换算关系：1m2/s=104St=106cSt 矿物油ρ=0.85~0.9
3) 条件粘度 oEt
恩氏粘度是条件粘度的一种,它是用200ml的粘性流体, 在给定的温度t下流经一定直径和长度的毛细管所需的 时间,与同体积的蒸馏水在20℃时流经同样的毛细管所 需时间的比值来衡量流体的粘性。恩氏粘度用 oEt表示
5、凝点—冷却，由液体转变为不能流动的临界 温度； (低温启动性能)
6、极压性（EP）, 在重压下表面膜破裂的最大 接触载荷，用PB表示，(极限载荷）
7、酸值—限制润滑剂变质后对表面的腐蚀
四、润滑脂及其主要性能
• 组成：基础油+稠化剂(金属皂) • 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
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:
0eap
3、油性—反映在摩擦表面的吸附性能 （边界润滑和粗糙表面尤其重要）
4、闪点—瞬时燃烧和碳化的温度； 燃点—长时间连续燃烧的温度（高温性能）；
油性分子吸附在表面
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。
四、混合摩擦
• 当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时， 就会出现流体摩擦、边界摩擦和干摩擦同时存 在的现象，这种摩擦状态称为混合摩擦。
五、固体润滑剂
•用途：真空、辐射、重载等恶劣环境； •种类：MoS2，PTFE(聚四氟乙烯) ，石墨，氟化石墨， 纳米材料 •应用方法：涂镀，沉积，粘贴，嵌入，添加剂
六、添加剂
• 种类繁多： １）油性添加剂，极性分子结构； ２）抗磨／极压（EP）添加剂 ３）抗氧化／腐蚀添加剂； ４）洁净分散剂，汽车中 ５）防锈剂 ６）降凝剂 ７）增粘剂 ８）消泡剂－－液压油 9）纳米添加剂－－新材料
流体静压润滑：将加压后的流体送入摩擦表面之间，利 用流体静压力来平衡外载荷。
1）针入度 软硬程度 H(mm)/0.1
h
阻力大小、流动性强弱
标准锥体，150g，25 ℃ ，5s
2）滴点----固体流体的温度转折点，表示耐热性 3）种类
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）
4.2 磨损
• 磨损：运动副表面材料不断损失 • 磨损率: 单位时间内材料的磨损体积或重量
一、磨损过程（三阶段）:
1)跑合磨损阶段 2)稳定磨损阶段 3)剧烈磨损阶段
二、磨损分类：根据磨损机理可分为 1）粘着磨损：
形成：边界摩擦，载荷大，速度高，边界膜破坏， 表面尖峰接触。
现象：形成材料转移。
影响因素：材料硬度，表面粗糙度，载荷、速度、 温度，不同材料配副。
润滑油的粘度反映了润滑 油在外力作用下抵抗剪切 变形的能力，也是内摩擦 力大小的标志。
F ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA
式中 A--流体剪切面积
流体剪切应力
• 剪切应力τ与流体沿y方向速度的梯度成正比，即
d / dy
η定义为流体的动力粘度 上式称为牛顿流体粘性定律,凡符合此定律的 流体称为牛顿流体,否则称为非牛顿流体。 除此以外，还有运动粘度和相对粘度（恩氏 粘度）
七、润滑装置
• 油润滑 间歇式: 油壶， 油枪 连续式: 滴油润滑,油环润滑, 飞溅润滑等
• 脂润滑 旋盖式油脂杯
4.4 流体润滑原理简介
流体润滑原理
流体动压润滑：两相对运动的摩擦表面借助于相对速度 而产生的粘性流体膜来平衡外载荷；
弹性流体动压润滑：高副接触中，接触应力使表面产生 局部弹性变形，在接触区形成弹性流体 动力润滑状态；
一、干摩擦
• 不加润滑剂时，相对运动的零件表面直接接触，这样 产生的摩擦称为干摩擦 (如真空中)。
古典摩擦理论的摩擦力计算公式：
Ff fFn
二、边界摩擦
两表面加入润滑油后，在金属 表面会形成一层边界膜，它可 能是物理吸附膜，也可能是化 学反应膜。不满足流体动压形 成条件，或虽有动压力，但压 力较低，油膜较薄时，在载荷 的作用下，边界膜互相接触， 横向剪切力比较弱，这种摩擦 状态称为边界摩擦。
5）腐蚀磨损-电化学作用
形成：空气中的酸、润滑油中的无机酸产生化学作用 或电化学作用。 现象：表面腐蚀并磨损。 影响因素：环境、润滑油的腐蚀性。
6）微动磨损
形成：小振幅、点或线接触。 现象：磨损面积小。 影响因素：载荷。
4.3 润滑剂和添加剂
• 润滑剂：润滑油、润滑脂和固体润滑剂
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
2）磨粒磨损/磨削
形成：表面微峰或外界硬质颗粒进入摩擦面。
现象：表面划伤或犁沟现象。
影响因素：环境，表面硬度、粗糙度。
3）疲劳磨损（也称疲劳点蚀）
形成：接触应力反复作用。轴承、齿轮。 现象：表层金属剥落，形成点蚀凹坑。 影响因素：表面硬度、粗糙度，润滑油粘度。
4）冲蚀磨损
形成：一定速度的硬质微粒反复作用，表面受法 向力及切向力。燃气涡轮机叶片、水轮机叶片。 现象：表面疲劳，材料损失。 影响因素：材料硬度