第4章机械零件设计概论 §4-0概述 §4-1摩 擦 §4-2磨损 §4-3润滑剂、添如剂和润滑方法 §4-4流体润滑原理简介 HIGHER EDUCATION PRESS
§4-1 摩 擦 §4-2 磨 损 §4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法 §4-4 流体润滑原理简介 §4-0 概 述 第4章 机械零件设计概论
§4-0概述 摩擦学 研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损 和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边 缘学科。 A 摩擦 相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象 A 磨损 由于摩擦而造成物体表面材料的损失或转移 润滑 减轻摩擦和磨损所应采取的措施 关于座、 磨损与润滑 的学科构成了摩棕学 Tribology)o 世界上使用的能源大约有13~1/2消耗于摩擦。 机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废 和更换的。 随着科学枝术的发展，摩擦学的理论和应用必将由宏 减少摩擦 节省能源； 观进入微观，由静态进入动态，由定性进入定量，成 为系统综合研究的领域 减少磨损 降低设备维修次数和费用，节省制造零 件及其所需材料的费用
作者： 潘存云教授 §4-0 概 述 摩擦学——研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损 和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边 缘学科。 ▲ 摩擦——相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象 ▲ 磨损——由于摩擦而造成物体表面材料的损失或转移 ▲ 润滑——减轻摩擦和磨损所应采取的措施 关于摩擦、磨损与润滑 的学科构成了摩擦学 (Tribology)。 世界上使用的能源大约有 1/3~1/2 消耗于摩擦。 机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废 和更换的。 减少摩擦 节省能源； 减少磨损 降低设备维修次数和费用，节省制造零 件及其所需材料的费用。 随着科学技术的发展，摩擦学的理论和应用必将由宏 观进入微观，由静态进入动态，由定性进入定量，成 为系统综合研究的领域
§4-1摩擦 摩擦的机理 “机械说” 摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用 “分子说” 摩擦原因是表面材料分子间的吸力作用 “机械一分子说” 两种作用均有 摩擦的分类 内摩擦 在物质的内部发生的阻碍分子之间相对 运动的现象。 外摩擦 在相对运动的物体表面间发生的相互阻 碍作用现象。 静摩擦 仅有相对运动趋势时的摩擦。 动摩擦 在相对运动进行中的摩擦。 滑动摩擦 物体表面间的运动形式是相对滑动。 滚动摩擦 物体表面间的运动形式是相对滚动
作者： 潘存云教授 二、摩擦的分类 内 摩 擦——在物质的内部发生的阻碍分子之间相对 运动的现象。 外 摩 擦——在相对运动的物体表面间发生的相互阻 碍作用现象。 静 摩 擦——仅有相对运动趋势时的摩擦。 动 摩 擦——在相对运动进行中的摩擦。 滑动摩擦——物体表面间的运动形式是相对滑动。 滚动摩擦——物体表面间的运动形式是相对滚动。 ▲ “机械说” ——摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用 ▲ “分子说” ——摩擦原因是表面材料分子间的吸力作用 一、摩擦的机理 ▲ “机械－分子说” 两种作用均有 §4-1 摩 擦
三、滑动摩擦状态 1.干摩擦 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。 功耗↑磨损个温度↑→烧毁轴瓦 不允许出现干摩擦！ 2.边界摩擦 运动副表面有一层厚度<1um的薄 油膜，不足以将两金属表面完全分开， 其表面部分微观高峰部分仍将相互搓削。 比干摩擦的磨损轻，f≈0.1~0.3 3.液体摩擦 有一层压力油膜将两金属表面隔开， 彼此不直接接触。是理想的摩擦状态。 摩擦和磨损极轻，f≈0.001~0.01
作者： 潘存云教授 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 1. 干摩擦 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！ 2. 边界摩擦 三、 滑动摩擦状态 ➔功耗↑ 磨损↑ 温度↑ ➔烧毁轴瓦 运动副表面有一层厚度<1 μm的薄 油膜，不足以将两金属表面完全分开， 其表面部分微观高峰部分仍将相互搓削。 比干摩擦的磨损轻，f ≈ 0.1 ~ 0.3 v 有一层压力油膜将两金属表面隔开， 彼此不直接接触。是理想的摩擦状态。 3. 液体摩擦 摩擦和磨损极轻，f ≈ 0.001 ~ 0.01 v vv
4.混合摩擦 混合摩擦是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 边界摩擦和混合摩擦在 工程实际中很难区分，常统 混合摩擦 称为不完全液体摩擦。 在 被机器中 外 液体摩擦 称无量纲参数np为轴承特 性数。 少-动力粘度，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y价 可实现：f≤0.001一 超润滑摩擦状态
作者： 潘存云教授 潘存云教授研制 潘存云教授研制 4. 混合摩擦 v 混合摩擦是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。 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
§4-2磨损 磨损一由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。 后果一降低机器的效率和可靠性，甚至促使机器提前报废。 磨损过程大致如图所示： 磨损量 磨损曲线 ▲磨合阶段一包括摩擦表 面轮廓峰的形状变化和表面 材料被加工硬化两个过程 时间 磨合阶段 稳定磨损阶段十一剧烈磨 ▲稳定磨损阶段一 零件在 机器的寿命 损阶段 平稳而缓慢的速度下磨损 ▲剧烈磨损阶段 在经过稳定磨损阶段后，零件表面遭 到破坏，运动副间隙增大引起而外的动载荷和振动。零件 即将进入报废阶段 设计机器时，要求缩短磨合期、延长稳定期、推迟剧烈 磨损期的到来
作者： 潘存云教授 机器的寿命 磨损—由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。 磨损曲线 磨合阶段 磨损量 时间 剧烈磨 损阶段 稳定磨损阶段 §4-2 磨 损 磨损过程大致如图所示： ▲磨合阶段——包括摩擦表 面轮廓峰的形状变化和表面 材料被加工硬化两个过程 ▲稳定磨损阶段——零件在 平稳而缓慢的速度下磨损 它标志着磨擦条件相对稳定。 ▲剧烈磨损阶段——在经过稳定磨损阶段后，零件表面遭 到破坏，运动副间隙增大引起而外的动载荷和振动。零件 即将进入报废阶段 后果—降低机器的效率和可靠性，甚至促使机器提前报废。 设计机器时，要求缩短磨合期、延长稳定期、推迟剧烈 磨损期的到来。 它是磨损的不稳定阶段，在整个寿命周期内时间很短
磨损的分类 磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 按磨损机理分 冲蚀磨损 腐蚀磨损 磨损 微动磨损 类型 点蚀磨损 按磨损表面 两种不同的称谓 外观可分为 胶合磨损 擦伤磨损
作者： 潘存云教授 磨粒磨损 磨损的分类 疲劳磨损 粘附磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 磨损 类型 按磨损机理分 按磨损表面 外观可分为 点蚀磨损 胶合磨损 擦伤磨损 两种不同的称谓
磨损的机理 磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 磨损类型： 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 磨粒磨损— 也简称磨损，外部进入摩擦面间的游离硬 颗粒（如空气中的尘土或磨损造成的金属微粒）或硬的 轮廓峰尖在软材料表面上型刨出很多沟纹时被移去的材 料，一部分流动到沟纹两旁，一部分则形成一连串的碎 片脱落下来成为新的游离颗粒，这样的微粒切削过程就 叫磨粒磨损
作者： 潘存云教授 磨损的机理 磨粒磨损 疲劳磨损 粘附磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 磨损类型： 磨粒磨损——也简称磨损，外部进入摩擦面间的游离硬 颗粒（如空气中的尘土或磨损造成的金属微粒）或硬的 轮廓峰尖在软材料表面上犁刨出很多沟纹时被移去的材 料，一部分流动到沟纹两旁，一部分则形成一连串的碎 片脱落下来成为新的游离颗粒，这样的微粒切削过程就 叫磨粒磨损。 潘存云教授研制
磨损的机理： 磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 磨损类型： 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 粘附磨损 也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作 用的各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊”后，在 相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形 成粘附磨损。严重的粘附磨损会造成运动副咬死
作者： 潘存云教授 磨损的机理： 磨粒磨损 疲劳磨损 粘附磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 磨损类型： 粘附磨损——也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作 用的各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊”后，在 相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形 成粘附磨损。严重的粘附磨损会造成运动副咬死。 潘存云教授研制
磨损的机理： 磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 磨损类型： 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 疲劳磨损 一也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在 交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的材料疲劳所引 起的机械磨损。 点蚀过程： 产生初始疲劳裂纹→扩展→微粒脱落，形成点蚀坑
作者： 潘存云教授 磨损的机理： 磨粒磨损 疲劳磨损 粘附磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 磨损类型： 疲劳磨损——也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在 交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的材料疲劳所引 起的机械磨损。 点蚀过程： 产生初始疲劳裂纹→扩展→ 微粒脱落，形成点蚀坑。 潘存云教授研制