《机械设计》课程教学资源（PPT课件）第03章 摩擦、磨损、润滑

摩擦、月第三章磨损与润滑擦S$3-1摩损S3-2磨滑S3-3润S3-4流体动力润滑的基本原理

第三章 摩擦、磨损与润滑 §3-1 摩 擦 §3-2 磨 损 §3-3 润 滑 §3-4 流体动力润滑的基本原理

s3-1 摩擦引信摩擦现象是自然界中普遍存在的物理现象。对于机器来讲，摩擦会使效率降低，温度升高，表面磨损。过大的磨损会使机器丧失应有的精度，进而产生振动和噪音，缩短使用寿命。世界上使用的能源天约有1/3~1/2消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用?的摩擦消耗，便可大量节省能源。机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废。润滑是减小摩擦、减小磨损、提高机械效率的最常用最有效方法。关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学。本章主要介绍有关摩擦、磨损和润滑的一些基础知识

◆摩擦现象是自然界中普遍存在的物理现象。对于机器来讲，摩擦会使效 率降低，温度升高，表面磨损。过大的磨损会使机器丧失应有的精度，进 而产生振动和噪音，缩短使用寿命。 ◆世界上使用的能源大约有 1/3~1/2 消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用 的摩擦消耗，便可大量节省能源。 ◆机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废。 ◆润滑是减小摩擦、减小磨损、提高机械效率的最常用最有效方法。 ◆关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学。 ◆本章主要介绍有关摩擦、磨损和润滑的一些基础知识。 §3-1 摩 擦 引言

摩擦摩擦的分类1)按运动的状态分为：边界混合润滑润滑流体润滑静摩擦动摩擦2）按运动的形式分为：h~Rh>SRF滑动摩擦→U滚动摩擦h一间隙h-03）按润滑状态，滑动摩擦R一两摩擦表面的表面粗糙度之和S一安全系数分为：摩擦特性系数nn/p干摩擦图3-1摩擦特性曲线边界摩擦流体摩擦混合摩擦

§3-1摩 擦 一、摩擦的分类 1）按运动的状态分为： 静 摩 擦 动 摩 擦 2）按运动的形式分为： 滑动摩擦 滚动摩擦 3）按润滑状态，滑动摩擦 分为： 干摩擦 边界摩擦 流体摩擦 混合摩擦 图3－1 摩擦特性曲线 摩 擦

摩擦滑动摩擦的四种摩擦状态1）干摩擦：是指表面间无任何润滑剂或保护膜，表面金属直接接触时的摩擦。其摩擦阻力最大，磨损最严重两零件表面直接接触后，因为微观局部压力高而形成许多冷焊点，运动时被剪切。一→功耗↑→烧毁轴瓦磨损↑温度↑不允许出现干摩擦！2）边界摩擦：是指两摩擦面被吸附在表面的边界膜隔开，摩擦性质取决于边界膜和表面吸附性能的摩擦边界膜的类型如下：物理吸附膜吸附膜化学吸附膜边界膜：反应膜

摩 擦摩2 擦 二、滑动摩擦的四种摩擦状态 1）干摩擦：是指表面间无任何润滑剂或保护膜，表面金属直接接触时的 摩擦。 2）边界摩擦：是指两摩擦面被吸附在表面的边界膜隔开， 摩擦性质取决于边界膜和表面吸附性能的摩擦。 其摩擦阻力最大，磨损最严重。 吸附膜 反应膜 边界膜： 物理吸附膜 化学吸附膜 边界膜的类型如下： v 两零件表面直接接触后，因为微观局部压力高而形成许多 冷焊点，运动时被剪切。 不允许出现干摩擦！ →功耗↑ 磨损↑ 温度↑ →烧毁轴瓦 v

摩擦润滑剂中的极性分子与金属表面相互吸引，形成定向排列的分子栅，称为物理吸附膜。润滑油靠物理吸附形成边界膜的能力，称为油性润滑剂中的活性分子靠离子键吸附在金属表面上形成的吸附膜，称为化学吸附膜。在润滑剂中添加入硫、磷、氯等元素，它们与表面金属发生化学反应生成的边界膜，称为反应膜。图3－5反应膜边界模型图3-4吸附膜摩擦原理模型

摩 擦3 摩 擦 润滑剂中的极性分子与金属表面相互吸引，形成定向排列的分子栅， 称为物理吸附膜。 润滑油靠物理吸附形成边界膜的能力，称为油性。 润滑剂中的活性分子靠离子键吸附在金属表面上形成的吸附膜，称为 化学吸附膜。 在润滑剂中添加入硫、磷、氯等元素，它们与表面金属发生化学反应 生成的边界膜，称为反应膜。 图3－4 吸附膜摩擦原理模型 图3－5 反应膜边界模型

摩擦反应膜在高温下破裂后，能生成新的化合物，形成新的反应膜，这种能力称为极压性。能生成反应膜的润滑油称为极压油■温度对边界膜的影响很大。温度越高，边界膜越容易破坏。比干摩擦的磨损轻，f～0.1～0.33)流体摩擦：是指摩擦表面完全被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。其摩擦系数最小，且不会产生磨损，IL是理想的摩擦状态。摩擦和磨损极轻，f~0.001～0.01流体摩擦（或称流体润滑）的原理在本章第四节详细介绍

摩 擦4 摩 擦 ３）流体摩擦：是指摩擦表面完全被流体膜隔开，摩 擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。 能生成反应膜的润滑油称为极压油。 温度对边界膜的影响很大。温度越高，边界膜越容易破坏。 比干摩擦的磨损轻，f ≈ 0.1 ~ 0.3 反应膜在高温下破裂后，能生成新的化合物，形成新的反应膜， 这种能力称为极压性。 流体摩擦（或称流体润滑）的原理在本章第四节详细介绍。 其摩擦系数最小，且不会产生磨损， 是理想的摩擦状态。 v 摩擦和磨损极轻，f ≈ 0.001 ~ 0.01

摩擦4混合摩擦：指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状态。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边界摩擦区分，常统称为不完全液体摩擦。混合摩擦在一般机器中，处于后三种情况的混合状态。称无量纲参数mn/p为轴承特性数。n-动液体摩擦力粘度，p-压强，n-每秒转数摩擦学研究的最新进展：微一纳米摩擦学理论摩擦特性曲线n/p可实现：f<0.001----超润滑摩擦状态

摩 擦 4)混合摩擦:指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合 v 状态。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。 在一般机器中，处于后三种情况的混合状态。 f ηn/p o 边界摩擦 混合摩擦 液体摩擦 摩擦特性曲线 称无量纲参数ηn/p为轴承特性数。η-动 力粘度，p-压强，n-每秒转数 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。 摩擦学研究的最新进展： 微－纳米摩擦学理论 可实现：f ≤0.001 -超润滑摩擦状态

磨损S 3-2 月磨损主要是运动副中的摩擦导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。磨损会影响机器的效率，降低工作的可靠性，促使机器提前报废。磨损率：单位时间（或单位行程、转等）材料的损失量。耐磨性：是指材料抵抗脱落的能力。与磨损率成倒数关系。一、典型宏观磨损过程磨损量一个机械零件的磨损过程大体可分磨稳定磨剧烈磨为三个阶段：合损损1）磨合阶段磨合（跑合）：是指新零件0时间在运转初期的磨损

◆磨损主要是运动副中的摩擦导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。 磨损会影响机器的效率，降低工作的可靠性，促使机器提前报废。 §3-2磨 损 §3-2 磨 损 磨损率:单位时间（或单位行程、转等）材料的损失量。 耐磨性：是指材料抵抗脱落的能力。与磨损率成倒数关系。 一、典型宏观磨损过程 磨 损 量 时间 O 磨 合 稳定磨 损 剧烈磨 损 一个机械零件的磨损过程大体可分 为三个阶段： 1）磨合阶段 磨合（跑合）：是指新零件 在运转初期的磨损

磨损新的摩擦副表面比较粗糙，真实微观接触面积比较小，压强大，因此运转初期的磨损比较快。但是，磨损以后表面的微观凸峰降低，接触面积增大，压强减小，磨损的速度逐渐减慢。2）稳定磨损阶段这个阶段属于零件的正常工作阶段，磨损率稳定且较低。这一阶段的长短直新摩擦表面的微观形貌接影响机器的寿命。3）剧烈磨损阶段零件经长时间工作磨损以后，表面精度下降，效率降低，温度升高，冲击振动加大，导致磨损加剧，最终导致零件报废。■注：缩短磨合期，延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损的到来

磨 损1 新的摩擦副表面比较粗糙，真实微观接触面积比较小，压强大，因此 运转初期的磨损比较快。但是，磨损以后表面的微观凸峰降低，接触面积 增大，压强减小，磨损的速度逐渐减慢。 新摩擦表面的微观形貌 2）稳定磨损阶段 这个阶段属于零件的正常工作阶段， 磨损率稳定且较低。这一阶段的长短直 接影响机器的寿命。 3）剧烈磨损阶段 零件经长时间工作磨损以后，表面精度下降，效率降低，温度升高， 冲击振动加大，导致磨损加剧，最终导致零件报废。 磨 损 注：缩短磨合期，延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损的到来

磨损磨损的类型按磨损的机理不同，机械零件的磨损大体分为四种基本类型：1）粘着磨损也称胶合摩擦表面的微观凸峰粘在一起后，在相对运动中，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘着磨损。2）疲劳磨损即疲劳点蚀是高副（点、线接触）木机械零件的常见磨损形式。3）磨粒磨损也称磨料磨损是外界的硬颗粒或粗糙的硬表面在相对运动中，对摩擦表面的擦伤所引起的磨损。4）腐蚀磨损摩擦表面在摩擦过程中，伴随有表面材料被腐蚀的现象，这种情况下产生的磨损即为腐蚀磨损

磨 损2 二、磨损的类型 磨 损 按磨损的机理不同，机械零件的磨损大体分为四种基本类型： 1）粘着磨损 也称胶合 2）疲劳磨损 即疲劳点蚀 3）磨粒磨损 也称磨料磨损 4）腐蚀磨损 摩擦表面的微观凸峰粘在一起后，在相对运动中，材料从一个表面迁 移到另一个表面，便形成粘着磨损。 是外界的硬颗粒或粗糙的硬表面在相对运动中，对摩擦表面的擦伤所 引起的磨损。 是高副（点、线接触）机械零件的常见磨损形式。 摩擦表面在摩擦过程中，伴随有表面材料被腐蚀的现象，这种情况下 产生的磨损即为腐蚀磨损