摩擦

1 摩擦、磨损和润滑 各种运动的机器零件，在工作过程中，都要发生摩擦和磨损。为了减少机器零件的摩擦和磨损，通常有效的方法是在发生摩擦的零件表面之间添加润滑剂。因此，对于机器维护和修理人员来说，必须具备一定的有关摩擦、磨损和润滑等方面的一些基本知识，以便能更有效地做好机器的维护和维修工作。 下面我们主要介绍有关摩擦的本质、摩擦和磨损的种类、磨损的规律、影响磨损的因素和减少磨损的措施等方面的一些基本知识，以及介绍润滑剂的性质和品种、选择等方面的一些基本知识。 第一节 摩擦的本质和摩擦的种类 一、摩擦的本质 摩擦是两个物体彼此有相对运动或有相对运动的趋势时相互作用的一种特殊形式，它发生在两个摩擦物体的接触面上，其所呈现的阻力称为摩擦力。摩擦力的特征就是阻碍两个摩擦物体间的相对运动，甚至阻止了运动的发生。 关于摩擦现象的本质至今仍未很好地揭示与解释。根据近来对摩擦过程的研究结果指出：摩擦既决定于分子的因素，又决定于机械的因素。 当两个摩擦物体的粗糙表面相互靠近时，一般仅在个别点上发生接触，如图-1所示，此时，接触点上的分子在分子引力的作用之下能互相结合起来。当物体发生相对运动时，这些结合势必遭到破坏，但同时又在新的接触点上发生结合。破坏这些结合就使运动产生了一种 2

阻力。另外，两个接触面上凹凸不平的谷峰之间互相机械的啮合也会产生一种阻力。因此，总的摩擦力是分子结合与机械啮合所产生的阻力的总和。这就是近代比较完整的分子机械摩擦理论。 从实践中，人们观察到这样的现象，即当两个摩擦物体表面的粗糙度（不平度）为某一个最适宜值Ra最适宜时，其摩擦力有一个最小值F最小；但当不平度小于或大于Ra最适宜时，其摩擦力都要增大，如图-2所示。这种现象可以用分子机械摩擦理论来合理地加以解释：这是因为提高表面的加工光洁度，就会增加接触点（结合点）的数目，所以摩擦表面之间的分子引力和摩擦力也就相应地增大，这时，影响摩擦力大小的主要因素是分子的结合而不是机械的啮合，但当摩擦表面的粗糙度（不平度）大于最适宜的粗糙度（不平度）时，摩擦力将随着不平度的增加而迅速增大，这时，影响摩擦力大小的主要因素是机械的啮合而不是分子的结合。 3 二、摩擦的种类 根据摩擦物体的运动状态，摩擦分为静摩擦和动摩擦两大类。静摩擦的摩擦系数总是要比动摩擦的摩擦系数大一些。 根据摩擦物体的运动方式，摩擦分为滑动摩擦和滚动摩擦两大类。在干燥状态下，滑动摩擦的摩擦系数要比滚动摩擦的摩擦系数大10~100倍。 根据摩擦物体的表面润滑程度，摩擦可分为干摩擦、液体摩擦、界限摩擦、半干摩擦和半液体摩擦等五种。 1、干摩擦 在两个滑动摩擦的表面之间，由于不加润滑剂，因而使两表面直接接触，这时的摩擦称为干摩擦，干摩擦的摩擦系数很大，大约0.1~0.5，有时也会超过1.0，干摩擦时摩擦表面上的磨损是很厉害的。 4

但是，随着使用条件的不同，干摩擦的作用也可以成为有益的，也可以成为有害的。如在各种摩擦传动装置和制动中干摩擦是有益的，所以我们利用它；而在各种滑动轴承中的干摩擦是有害的，因此我们要防止它。 2、界限摩擦 在两个滑动摩擦表面之间，由于润滑剂供应非常不足，根本无法建立液体摩擦，而只能依靠润滑剂中的极性油分子在摩擦表面形成一层极薄（厚度0.1~0.2um）的“绒毛”状油膜，这层油膜能牢固地吸附在金属的摩擦表面上，这时，相互接触的不是摩擦表面本身（或有个别点直接接触）而是表面的油膜。这种油膜润滑状态下的摩擦是液体摩擦过渡到干摩擦的最后界限，所以称为界限（临界或边界）摩擦。界限摩擦的摩擦系数0.01~0.1，其磨损还是相当大的。在实际使用中，当机器在启动和制动时，各对摩擦表面间都可能发生界限摩擦。 3、液体摩擦 在两个滑动摩擦表面之间，由于充满润滑剂，因而表面不发生直接接触，这时的摩擦不是发生在两摩擦表面上，而是发生在润滑剂的内部，所以称为液体摩擦。液体摩擦的摩擦系数很小，大约0.003~0.01，液体摩擦时摩擦表面不发生磨损。 在一切机器零件的摩擦表面上，必须尽力建立液体摩擦，只有这样才能延长零件的使用寿命。一般滑动轴承在正常工作和润滑条件下能获得液体摩擦。 4、半干摩擦和半液体摩擦 5

半干摩擦是指摩擦表面上同时存在着干摩擦和界限摩擦的情况，半液体摩擦是指在摩擦表面上同时存在着液体摩擦和界限摩擦的情况。半干摩擦和半液体摩擦都叫混合摩擦。半干摩擦较接近干摩擦，半液体摩擦较接近液体摩擦。半干和半液体摩擦的摩擦系数在很大的范围内（从干摩擦到液体摩擦之间）变动。半干和半液体摩擦常在以下几种情况下发生：机器启动和制动时；机器在作往复运动和摆动时；机器的速度和负荷剧烈变化时；机器在高温和高压下工作时；及其所用的润滑剂粘度过小和供应不足时。 磨损的种类和磨损的规律 机器零件在工作过程中，由于摩擦而引起零件表面层材料的破坏，这种现象就称为磨损。 根据磨损延续时间的长短，它可分为自然磨损和事故磨损两类。 1、自然磨损 自然磨损是指机器零件在正常工作条件下，在相当长的时间内逐渐产生的磨损。这种磨损的特点是，其磨损量是均匀地、逐渐地增加的，它并不引起机器工作能力过早地或迅速地降低。由于这种磨损是一种不可避免的自然现象或正常现象，所以称它为自然磨损或正常磨损。 自然磨损是由于下列因素造成的：①零件配合表面摩擦力的作用②冲击负荷的作用③高温氧化的作用④介质的化学和电化学腐蚀的作用等。 自然磨损可分为机械磨损、氧化磨损和腐蚀磨损等三种，其中以 6

机械磨损为最主要。因此，润滑工作的目的就是为了减少机器零件在工作过程中的机械磨损。 2、事故磨损 事故磨损是指机器零件在不正常的工作条件下，在很短的时间内产生的磨损。这种磨损的特点是，其磨损是不均匀地、迅速地增加的，它会引起机器工作能力过早地或迅速地降低，甚至会突然发生机器或零件的损坏事故，所以称它为事故磨损或不正常磨损。 事故磨损是由于下列因素造成的：机器构造有缺陷，零件材料的质量低劣，零件的制造和加工不良，部件或机器的装配或安装不正确，违反机器的安全技术操作规程和润滑规程，修理不及时或修理质量不高，以及其他意外的原因等。在一般的情况下，当自然磨损达到一定的极限之后，而没有及时地进行修理，这是发生事故磨损的主要原因。因此，为了防止事故磨损的发生，就必须首先了解和掌握磨损的变化规律。 磨损的规律 机器在工作过程中，其中各个零件的磨损速度是不同的，但是他们之间仍然有着共同的变化规律。 图3中所示为机器中常见的轴颈和轴承组合件的磨损前后配合间隙的变化情况，这种组合件的磨损变化规律可用图4所示的磨损曲线来表示。图中曲线段I表示组合件在新装配或修理好后的试车初磨（跑合）期，在这段时期内曲线急剧上升，表示组合件在试车的初期内的磨损速度较大，这是由于零件在加工时所得到的最初不平度最容 7

易被破坏、擦伤或磨平而形成新的不平度的结果，这时的间隙由刚装配好的初始间隙（或公称间隙）Δ初始增大到Δ初磨，当曲线趋近A点时磨损速度将逐渐降低。初磨结束，应重新换新油再投入正常运转。 直线段Ⅱ表示组合件在正常运转时的自然磨损期（或正常磨损期），组合件的磨损成直线均匀地上升，与直线成α角，这时的间隙由Δ初磨逐渐增大到最大的允许间隙Δ最大。曲线段Ⅲ表示组合件的事故磨损期，间隙超过Δ最大后，过大的间隙将会增加冲击的作用，破坏润滑油膜，加快磨损速度，使组合件处于危险的状态中，这时机器若继续工作，就可能立即发生以外的损坏事故。由此可见，当组合件的配合间隙达到或将要达到Δ最大时，就应及时地停车进行修理，以免事故磨损的发生。 8 组合件从正常运转开始到事故磨损以前为止的这一段时间称为

组合件的正常工作时间或修理间隔期，它可以由下列公式计算：

T=(Δ最大－Δ初始）/tgα T——组合件的正常工作时间或修理间隔期，小时； Tgα——组合件的正常磨损速度（即单位时间内配合间隙的增加量），毫米/小时。 正常磨损的速度决定于下列因素：机器构造的特点，机器工作时的工艺条件，制造零件所选用的材料质量，零件的加工精度和光洁度，摩擦表面的润滑情况，润滑剂的性质和品种，轴承压强的大小，机器的修理和装配质量，机器的操作和维护保养质量等。 各种组合件的磨损速度是不同的，它们的数值可以通过试验或以现场经验来确定。 9

影响磨损的因素和减少磨损的措施 一、润滑对磨损的影响 润滑对减少机器零件的磨损具有特别重大的意义。因为在摩擦表面之间建立液体摩擦以后，摩擦系数可以降低到原来的几十分之一至几百分之一。由此可见，在摩擦表面之间建立液体摩擦是减少磨损的主要措施。那么，如何才能在摩擦表面之间建立液体摩擦呢？现以轴颈和轴承组合件为例说明。 轴颈和轴承之间建立完全液体摩擦的过程可分为三个阶段： 1、静止阶段 如图a所示，这时，轴颈和轴承在母线A处接触，但是，因为轴颈尚未旋转，所以不发生摩擦。

2、起动阶段 10

如图b所示，这时，轴颈开始旋转并沿轴承的内壁上爬，在B处不断地发生界限摩擦、半干摩擦和半液体摩擦，所以起动阶段也可称为润滑不稳定阶段。

3、稳定阶段 如图c所示，这时，由于润滑油供应充足，轴的转速又足够高，所以，粘附在轴颈表面上的润滑油被旋转的轴颈不断地带入楔形间隙中去，润滑油从间隙大处进入，而从间隙小处排出。因为润滑油在楔形间隙中的流动阻力是随着间隙的减少而不断增大的，所以它能产生一定的压力，将轴颈向旋转方向推移，以便形成能承受压力的油楔，当油楔中总的压力大于负荷R时，就能将轴颈抬起来，所以这里的摩擦变成了完全的液体摩擦，此时间隙最小处的油膜厚度为h。