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文檔簡介
1、一組重要的調(diào)查數(shù)據(jù) 世界1/2總能源被一種或多種形式的摩擦所消耗; 失效零件的80%是由于磨損造成的; 20世紀(jì)80年代,我國在冶金、煤炭、農(nóng)機(jī)等五個(gè)行業(yè)的調(diào)查表明:由于磨粒磨損所消耗的備件用鋼達(dá)到100萬噸以上,如考慮停機(jī)等費(fèi)用造成的損失每年達(dá)到數(shù)億元。,第四章 摩擦、磨損及潤滑概述,摩擦學(xué)發(fā)展的重要?dú)v史階段1、史前人類的鉆木取火2、春秋時(shí)代(公元前770~221年)對(duì)摩擦、磨損現(xiàn)象有了一定的了解,并且已經(jīng)知道采用動(dòng)物油脂進(jìn)
2、行潤滑(詩經(jīng))3、西晉時(shí)代張華所著《博物志》最早記載了人類使用礦物油做潤滑劑4、15世紀(jì),意大利的列奧納多·達(dá)芬奇才開始把摩擦學(xué)引入理論研究的途徑5、18世紀(jì)起摩擦學(xué)研究蓬勃興起,到20 世紀(jì)60年代摩擦學(xué)成為一門獨(dú)立的交叉學(xué)科6、應(yīng)用及研究的領(lǐng)域不斷擴(kuò)大:機(jī)械、冶金、生物、地質(zhì)、音樂、體育等,摩擦學(xué)—研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間的摩擦、磨損和潤滑,以及三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門邊緣學(xué)科。,一、摩擦定義摩擦類型
3、摩擦狀態(tài)的判定:膜厚比λ 圖4-1 ?P46,摩擦,,內(nèi)摩擦(分子間),外摩擦(接觸面間),,靜摩擦(滑動(dòng)趨勢),動(dòng)摩擦(滑動(dòng)進(jìn)行中),,滑動(dòng)摩擦,滾動(dòng)摩擦,,干摩擦(未經(jīng)人為潤滑f=0.4-0.8),邊界摩擦(表面吸附能力決定摩擦性質(zhì)λ ≤1,f=0.1-0.4),流體摩擦(流體內(nèi)部分子間粘性決定摩性質(zhì)1≤λ≤ 3,f=0.001-0.01),混合摩擦,二.磨損定義:由于摩擦而造成物體表面材料的損失或
4、轉(zhuǎn)移;影響:影響機(jī)器效率、降低可靠性,甚至促使機(jī)器提前報(bào)廢。用途:精加工中的磨削及拋光,機(jī)器的“磨合”過程等,磨損過程大致有:,▲磨合階段——包括摩擦表面輪廓峰的形狀變化和表面材料被加工硬化兩個(gè)過程它是磨損的不穩(wěn)定階段,在整個(gè)壽命周期內(nèi)時(shí)間很短。,▲穩(wěn)定磨損階段——零件在平穩(wěn)而緩慢的速度下磨損 它標(biāo)志著磨擦條件相對(duì)穩(wěn)定。,▲劇烈磨損階段——在經(jīng)過穩(wěn)定磨損階段后,零件表面遭到破壞,運(yùn)動(dòng)副間隙增大引起而外的動(dòng)載荷和振動(dòng)。零件即將進(jìn)入
5、報(bào)廢階段,機(jī)器的壽命,,磨損曲線,,劇烈磨損階段,,,穩(wěn)定磨損階段,二. 磨 損,設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)要求:縮短磨合期延長穩(wěn)定期推遲劇烈磨損期的到來,磨粒磨損,磨損的分類,疲勞磨損,粘附磨損,沖蝕磨損,腐蝕磨損,微動(dòng)磨損,,磨損類型,按磨損機(jī)理分,按磨損表面外觀可分為,點(diǎn)蝕磨損,膠合磨損,擦傷磨損,,,,兩種不同的稱謂,,磨損的機(jī)理,磨粒磨損——也簡稱磨損,外部進(jìn)入摩擦面間的游離硬顆粒(如空氣中的塵土或磨損造成的金屬微粒)或硬的輪廓峰尖在軟
6、材料表面上犁刨出很多溝紋時(shí)被移去的材料,一部分流動(dòng)到溝紋兩旁,一部分則形成一連串的碎片脫落下來成為新的游離顆粒,這樣的微粒切削過程就叫磨粒磨損。,潘存云教授研制,,磨損的機(jī)理:,粘附磨損——也稱膠合,當(dāng)摩擦表面的輪廓峰在相互作用的各點(diǎn)處由于瞬時(shí)的溫升和壓力發(fā)生“冷焊”后,在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),材料從一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面,便形成粘附磨損。嚴(yán)重的粘附磨損會(huì)造成運(yùn)動(dòng)副咬死。,潘存云教授研制,,,磨損的機(jī)理:,疲勞磨損——也稱點(diǎn)蝕,是由于摩擦表面材
7、料微體積在交變的摩擦力作用下,反復(fù)變形所產(chǎn)生的材料疲勞所引起的機(jī)械磨損。點(diǎn)蝕過程: 產(chǎn)生初始疲勞裂紋→擴(kuò)展→ 微粒脫落,形成點(diǎn)蝕坑。,,磨損的機(jī)理:,沖蝕磨損—流動(dòng)的液體或氣體中所夾帶的硬質(zhì)物體或硬質(zhì)顆粒沖擊零件表面所引起的機(jī)械磨損。利用高壓空氣輸送型砂或高壓水輸送碎石時(shí),道內(nèi)壁所產(chǎn)生的機(jī)械磨損是實(shí)例之一。,,磨損的機(jī)理:,腐蝕磨損——當(dāng)摩擦表面材料在環(huán)境的化學(xué)或電化學(xué)作用下引起腐蝕,在摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的磨損即為腐蝕磨損
8、。,,磨損的機(jī)理:,微動(dòng)磨損—是指摩擦副在微幅運(yùn)動(dòng)時(shí),由上述各磨損機(jī)理共同形成的復(fù)合磨損。微幅運(yùn)動(dòng)可理解為不足以使磨粒脫離摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。,應(yīng)用實(shí)例:軸與孔的過盈配合面、滾動(dòng)軸承套圈的配合面、旋合螺紋的工作面、鉚釘?shù)墓ぷ髅娴取?改善摩擦副耐磨性的措施:1、合理選擇摩擦副材料采用異種金屬、多相金屬、脆性材料利于提高抗粘著磨損的能力;采用硬度高韌性好的材料利于抵抗磨粒磨損、疲勞磨損和摩擦化學(xué)磨損;提高表面光潔度,可以提高耐疲勞磨
9、損能力。2、合理選擇潤滑劑及添加劑適當(dāng)選用高粘度的潤滑油、在潤滑油中使用極壓添加劑或采用固體潤滑劑,可以提高耐疲勞磨損的能力;在潤滑劑中加入油性或極壓添加劑可以有效地減少粘著磨損的發(fā)生。3、注意控制摩擦副的工作條件設(shè)計(jì)時(shí)盡量控制最大許用壓強(qiáng),因?yàn)橐欢ㄓ捕鹊慕饘?,所受的壓?qiáng)大則磨損量大;另外還需限制摩擦表面的溫升,以免溫度過高使油膜破壞,發(fā)生粘著,加速化學(xué)磨損。4、潤滑是減小摩擦、減小磨損的最有效的方法,目的,潤滑劑分類,,
10、氣體:空氣及其它氣體介質(zhì)。,液體:水、潤滑油(礦物油、動(dòng)植物油、合成油和各種乳劑)等。,半固體:潤滑脂,固體:石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等,主要性能指標(biāo),潤滑油、潤滑脂,1、不完全液體潤滑--降低摩擦、減少磨損、防銹;2、液體動(dòng)力潤滑--工作介質(zhì)、冷卻、緩沖、吸振。,三. 潤 滑,粘度(動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、條件粘度)、潤滑性(油性)、極壓性、閃點(diǎn)、凝點(diǎn)、氧化穩(wěn)定性,錐入度(又稱為針入度或者稠度)滴點(diǎn),1.潤滑油,用作潤滑劑的油類可
11、概括為三類:,有機(jī)油,通常是動(dòng)植物油;,礦物油,只要是石油產(chǎn)品;,,化學(xué)合成油,其中因礦物油來源充足,成本低廉,適用范圍光,而且穩(wěn)定好,故 應(yīng)用做多。,潤滑油的性能指標(biāo):,(1)粘度,動(dòng)力粘度,運(yùn)動(dòng)粘度,條件粘度,,,,,,潤滑油的粘度可定性的定義為它的流動(dòng)阻力,它是潤滑油最重要的性能之一。,粘 度,流體抵抗變形的能力,標(biāo)志著流體內(nèi)摩擦阻力的大小。,平行板間液體的層流流動(dòng)模型,動(dòng)力粘度量綱:力·時(shí)間/長度2單位:
12、1 Pa·s (帕·秒)1dyn·s/cm2(泊),切應(yīng)力,速度梯度,牛頓液體粘性定律在流體中任意點(diǎn)處的切應(yīng)力與該處流體速度梯度成正比,流體流動(dòng)速度,“-”號(hào)表示速度隨著流體膜厚度方向的坐標(biāo)y增大而減小,,,動(dòng)力粘度,粘度的定義:流體抵抗變形的能力,標(biāo)志著流體內(nèi)摩擦阻力的大小。,工程中常用動(dòng)力粘度η與同溫度下該液體的密度ρ(單位kg/m3)的比值表示粘度,稱為運(yùn)動(dòng)粘度ν (單位m2/s), C.G
13、.S制中運(yùn)動(dòng)粘度的單位St(斯),1 St = 1 cm2/s 。百分之一St稱為cSt(厘斯),條件粘度,礦物油密度ρ=850 ~ 900kg/m3,GB/T 314-1994規(guī)定我國工業(yè)潤滑油分為18個(gè)等級(jí),采用潤滑油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度中心值作為潤滑油的牌號(hào),潤滑油實(shí)際運(yùn)動(dòng)粘度在相應(yīng)中心粘度值的±10%偏差以內(nèi)。,有一輕型滑動(dòng)軸承,要求采用粘度為40~50cSt(40℃)的潤滑油,請(qǐng)選定適當(dāng)?shù)臐櫥团铺?hào)。?P53 表4-
14、1 46號(hào),粘 度,,條件粘度,指在一定條件下,利用某種規(guī)格的粘度計(jì),通過測定潤滑油穿過規(guī)定孔道的時(shí)間來進(jìn)行度量的粘度。,常用的有:,恩氏度(? Et) ——中國慣用,賽氏通用秒(SUS) ——美國慣用,雷氏秒 ——英國慣用,,運(yùn)動(dòng)粘度與條件粘度之間的換算關(guān)系:,潤滑油的牌號(hào)與運(yùn)動(dòng)粘度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系,如牌號(hào)為L-AN10的油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度大約為10 cSt。,條件粘度,,,平均溫度t時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度,2.運(yùn)動(dòng)粘度?:主要用于測量流
15、體粘度。m2/s,1.動(dòng)力粘度?:主要用于流體動(dòng)力計(jì)算中。Pa·s,3.兩種粘度之間的換算關(guān)系:,礦物油的密度 kg/m3,4.潤滑油粘度特性,,粘溫特性:溫度越高、粘度越低,反之亦然。,粘壓特性:壓力越高、粘度越高,反之亦然。式(4-6)一般在5MPa之下影響不大。,圖4-7 全損耗系統(tǒng)用油的粘--溫曲線 ?P54,5.其它性能指標(biāo):油性、極壓性、氧化穩(wěn)定性、閃點(diǎn)、凝點(diǎn)等。,①載荷大、溫度高的軸承,宜選用粘度大的油;
16、,②載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承,宜選用粘度小的油。,(2)潤滑性(油性),潤滑性是指潤滑油中的分子與金屬表面吸附形成一邊界油膜,以減小摩擦和磨損。潤滑性愈好,吸附能力愈強(qiáng)。對(duì)于那些低速重載或潤滑不充分的場合,潤滑性具有特別重要的意義。,(3)極壓性,潤滑性能是潤滑油中加入含硫、氯、磷的有機(jī)極性化合物之后,油中的極性分子在金屬表面生成抗磨、耐高壓的化學(xué)反應(yīng)邊界膜的性能,它在重載、高速、高溫條件下,可改善邊界潤滑性能。,(4)閃點(diǎn),潤滑油在標(biāo)準(zhǔn)容
17、器中加熱所蒸發(fā)的油氣,遇火焰即能發(fā)出閃光時(shí)的最低溫度,是衡量油易燃性的指標(biāo)。對(duì)于在高溫下工作的機(jī)器,這是一個(gè)重要參數(shù)。一般要求工作溫度比油的閃點(diǎn)低 30~40℃ 。,(5)凝點(diǎn),潤滑油在規(guī)定的條件下,不再自由流動(dòng)時(shí)所達(dá)到的最高溫度。它是潤滑油在低溫下工作的一個(gè)重要指標(biāo),直接影響到機(jī)器在低溫下的啟動(dòng)性能和磨損情況。,(6)氧化穩(wěn)定性,從化學(xué)意義上講,潤滑油是不活潑的。但當(dāng)它們暴露在高溫氣體中時(shí),也會(huì)發(fā)生氧化并生成硫、氯、磷的酸性化合物。
18、這是一種膠狀沉積物,不但腐蝕金屬,而且加劇零件的磨損。,2.潤滑脂,潤滑油與各種稠化劑(鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂)混合稠化而成。,優(yōu)點(diǎn):密封簡單,不需要經(jīng)常添加,不易流失,對(duì)速度和溫度不敏感,適用范圍廣。,缺點(diǎn):摩擦損耗較大、機(jī)械效率低,不適宜高速場合。,潤滑脂的種類:,鈉基潤滑脂,鋰基潤滑脂,鋁基潤滑脂,,鈣基潤滑脂,分類,——工程上應(yīng)用最廣,(1) 鈣基潤滑脂,抗水性好,耐熱能力差,工作溫度低于 55~65 ℃ 。,(2) 鈉基潤滑
19、脂,耐熱性好,工作溫度可達(dá) 120 ℃,抗水性差??膳c少量水乳化,從而保護(hù)金屬免遭腐蝕,比鈣基脂有更好的防銹能力。,(3) 鋰基潤滑脂,既能抗水,又耐高溫,而且有較好的機(jī)械安定型,是一種多用途的潤滑值。工作溫度不宜超過 145 ℃ 。,(4) 鋁基潤滑脂,抗水性好,吸附能力強(qiáng),可起到良好的防銹作用。,針入度(稠度),標(biāo)志著潤滑脂內(nèi)阻力的大小和流動(dòng)性的強(qiáng)弱。針入度越大,潤滑脂越??;反之亦然。,滴點(diǎn),在規(guī)定的加熱條件下,潤滑脂由標(biāo)準(zhǔn)測
20、量杯的孔口滴下第一滴時(shí)的溫度稱為潤滑脂的滴點(diǎn)。滴點(diǎn)標(biāo)志著潤滑脂耐高溫的能力。一般潤滑脂的工作溫度應(yīng)低于滴點(diǎn)20-30?C。,為改善潤滑油或潤滑脂的性能,以適應(yīng)某些特殊的需要,在潤滑油或潤滑脂中加入一些物質(zhì),稱為添加劑。,,教材p56相關(guān)內(nèi)容,,油性添加劑,種類,添加劑——為了改善潤滑劑品質(zhì)和性能而添加的物質(zhì)。,二、添加劑,作用——提高油性、極壓性、延長使用壽命、改善性能。,極壓添加劑,分散凈化劑,消泡添加劑,抗氧化添加劑,降凝劑,增粘
21、劑,若潤滑油中同時(shí)加入油性添加劑和極壓添加劑,則低溫時(shí)可以靠油性添加劑的油性來獲得減摩性,高溫時(shí)則靠極壓添加劑的化學(xué)反應(yīng)膜來得到良好的減摩性,3. 固體潤滑劑,聚氟乙烯樹脂,用于潤滑油不能勝任工作的場合:高溫、低速重載。,石墨,二流化鉬(MoS2),——性能穩(wěn)定,t >350 ℃才開始氧化,可在水中工作。,——摩擦系數(shù)低,使用溫度范圍廣 (-60~300 ℃),但遇水性能下降。,——摩擦系數(shù)低,只有石墨的一半。,使用方
22、式:,1.調(diào)和在潤滑油中;,2.涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜;,3.混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。,其應(yīng)用日漸廣泛,潤滑油潤滑在工程中的應(yīng)用最普遍,其供油方式有:,三、潤滑方法,潤滑方式,人工給油,油杯滴油,浸油潤滑、飛濺給油,用油泵強(qiáng)制潤滑和冷卻,,間歇式連續(xù)式,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,針閥油杯,旋蓋式油杯 脂用,潘存云教授研制,壓注式油杯,油芯油杯,,,,,,四、潤滑裝置,1. 油杯,2. 油環(huán),,,
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