第2章机械零部件的摩擦、磨损与润滑

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1、第第2章章 机械零部件的摩擦、磨损与润滑机械零部件的摩擦、磨损与润滑2.1 摩擦摩擦2.2 磨损磨损2.3 润滑润滑2.4 流体润滑原理简介流体润滑原理简介q 摩擦摩擦是相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象是相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象；q 磨损磨损是由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；是由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；q 润滑润滑是减轻摩擦和磨损所应采取的措施。是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关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学(Tribology)。 摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损和润滑，以摩擦学是研究相对运

2、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。及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。 世界上使用的能源大约有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。另外，机械产品力减少无用的摩擦消耗，便可大量节省能源。另外，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，如果的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的，如果能控制和减少磨损，则既减少设备维修次数和费用，又能节省能控制和减少磨损，则既减少设备维修次数和费用，又能节省制造零件及其所需材料的费用。制造零件及其所

3、需材料的费用。概述概述 2.1 摩摩 擦擦2. 摩擦的分类摩擦的分类内内 摩摩 擦擦：在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运动的现象：在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运动的现象。外外 摩摩 擦擦：在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍作用现象：在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍作用现象。静静 摩摩 擦擦：仅有相对运动趋势时的摩擦。：仅有相对运动趋势时的摩擦。动动 摩摩 擦擦：在相对运动进行中的摩擦。：在相对运动进行中的摩擦。滑动摩擦滑动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滑动：物体表面间的运动形式是相对滑动。滚动摩擦滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动。：物体表面间的运动形式是相对滚动。q “

4、机械说机械说”产生摩擦的原因是表面微凸体的相互阻碍作用；产生摩擦的原因是表面微凸体的相互阻碍作用；q “分子说分子说”产生摩擦的原因是表面材料分子间的吸力作用；产生摩擦的原因是表面材料分子间的吸力作用；1. 摩擦的机理摩擦的机理q “机械分子说机械分子说”两种作用均有。两种作用均有。 2.1.1 摩擦的种类及其基本性质摩擦的种类及其基本性质1785年，法国的年，法国的库仑库仑用机械啮合概念解释干摩擦。用机械啮合概念解释干摩擦。1935年，英国的年，英国的鲍登鲍登等人开始用材料粘附概念研究干摩擦。等人开始用材料粘附概念研究干摩擦。1950年，年，鲍登提出了粘附理论。鲍登提出了粘附理论。3. 4种

5、滑动摩擦状态种滑动摩擦状态 干摩擦是指表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触干摩擦是指表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。时的摩擦。 干摩擦干摩擦边界摩擦（边界润滑）边界摩擦（边界润滑）运动副表面运动副表面 被吸附在表面的边界膜隔开被吸附在表面的边界膜隔开 边界摩擦边界摩擦边界膜边界膜物理吸附膜物理吸附膜润滑油中的极性分子与金润滑油中的极性分子与金 属表面相互吸附而形成属表面相互吸附而形成化学吸附膜化学吸附膜润滑油中的分子靠分子键润滑油中的分子靠分子键 与金属表面形成化学吸附与金属表面形成化学吸附化学反应膜化学反应膜润滑油中的化学添加剂与金属润滑油中的化学添加剂与金属 进行化学反应

6、而形成的膜进行化学反应而形成的膜边界膜极薄，只有几个分子厚边界膜极薄，只有几个分子厚流体摩擦（流体润滑）流体摩擦（流体润滑） 流体膜厚度流体膜厚度大到足以将两大到足以将两表面的粗糙峰完全隔开，就形表面的粗糙峰完全隔开，就形成了流体润滑。因为成了流体润滑。因为摩擦完全摩擦完全发生在流体内部分子之间，金发生在流体内部分子之间，金属表面无磨损属表面无磨损，这是理想的润，这是理想的润滑状态。滑状态。根据根据流体膜流体膜形成原理，流体润滑可分为：形成原理，流体润滑可分为：流体静压润滑流体静压润滑人为的在两运动副表面间输入具有一定人为的在两运动副表面间输入具有一定 压力的润滑油，强迫形成润滑油膜。压力的润

7、滑油，强迫形成润滑油膜。问题：问题：流体润滑状态是否流体润滑状态是否 有边界膜存在有边界膜存在?流体动压润滑流体动压润滑依靠依靠几何效应几何效应、速度效应速度效应、粘度效应粘度效应及及供油供油 量自动量自动形成油膜的润滑。该润滑不能在两平行表间形成。形成油膜的润滑。该润滑不能在两平行表间形成。 工程实际中，多数摩擦处于工程实际中，多数摩擦处于边界摩擦边界摩擦和和混合摩擦混合摩擦状态。这状态。这两种状态能有效降低摩擦，减轻磨损，所以设计时应尽量使两种状态能有效降低摩擦，减轻磨损，所以设计时应尽量使运动副能维持这两种摩擦状态。运动副能维持这两种摩擦状态。混合摩擦（混合润滑）混合摩擦（混合润滑） 混

8、合摩擦混合摩擦介于介于边界摩擦边界摩擦和和液体摩擦液体摩擦之间。两运动副表面之间。两运动副表面间存在比边界润滑状态要厚的润滑油膜，但该油膜又不足以间存在比边界润滑状态要厚的润滑油膜，但该油膜又不足以完全将两表面完全隔开，从而仍有某些粗糙峰接触。完全将两表面完全隔开，从而仍有某些粗糙峰接触。随着科学技术的发展，引发出许多新的概念，提出了随着科学技术的发展，引发出许多新的概念，提出了超润超润滑的概念滑的概念等。等。超润滑超润滑是实现是实现摩擦系数为零摩擦系数为零的摩擦状态，但在实的摩擦状态，但在实际研究认为摩擦系数在际研究认为摩擦系数在0.001量级（或更低）的摩擦状态即可认量级（或更低）的摩擦状

9、态即可认为属于为属于超润滑超润滑。这方面的研究是目前。这方面的研究是目前微纳米摩擦学微纳米摩擦学研究的一研究的一个重要方面。个重要方面。磨损是运动副之间的摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或磨损是运动副之间的摩擦而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，甚至促使机迁移。磨损会影响机器的效率，降低工作的可靠性，甚至促使机器提前报废。器提前报废。 对磨损的研究开展较晚，对磨损的研究开展较晚，20世纪世纪50年代提出粘着理论后，年代提出粘着理论后，60年代在相继研制出各种表面分析仪器的基础上，磨损研究才得以年代在相继研制出各种表面分析仪器的基础上，磨损研究才得以迅速开

10、展。迅速开展。2.2 磨磨 损损磨合阶段磨合阶段稳定磨损阶段稳定磨损阶段剧烈磨损阶段剧烈磨损阶段机械磨损大致可分机械磨损大致可分三个阶段三个阶段，如下图所示：，如下图所示：磨合阶段磨合阶段新的零件在开始使用时一般处于这一阶段，磨损率新的零件在开始使用时一般处于这一阶段，磨损率较高。较高。稳定磨损阶段稳定磨损阶段属于零件正常工作阶段，磨损率稳定且较低。属于零件正常工作阶段，磨损率稳定且较低。 剧剧烈磨损阶段烈磨损阶段属于零件即将报废的阶段，磨损率急剧升高。属于零件即将报废的阶段，磨损率急剧升高。在设计或使用机器时，应该力求缩短磨合期，延长稳定磨损在设计或使用机器时，应该力求缩短磨合期，延长稳定磨