第11章摩擦学设计-2

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1、 摩擦副摩擦副作相对运动时，由于存在作相对运动时，由于存在摩擦阻力摩擦阻力，产生接触表面间的，产生接触表面间的磨磨损损和和功率损失功率损失。会降低机器的工作精度，而摩擦功转化为热量，使表面间会降低机器的工作精度，而摩擦功转化为热量，使表面间的工作温度升高，严重时会造成的工作温度升高，严重时会造成摩擦面间的胶合摩擦面间的胶合。为了减少机器的磨。为了减少机器的磨损和发热，保证机器安全运转，延长使用寿命和降低能源的消耗，损和发热，保证机器安全运转，延长使用寿命和降低能源的消耗，摩摩擦副工作表面间擦副工作表面间需进行需进行。使用经验表明，使用经验表明，是是减小摩擦副表面减小摩擦副表面摩擦摩擦、降低降低

2、磨损磨损的最有效、的最有效、最重要的手段和措施。最重要的手段和措施。11.4 润滑和润滑系统设计润滑和润滑系统设计11.4.1 摩擦副间的基本润滑状态摩擦副间的基本润滑状态可分为可分为非流体润滑非流体润滑和和流体润滑流体润滑两大类。两大类。是指在适当条件下，是指在适当条件下，摩擦副的两摩擦表面摩擦副的两摩擦表面被一层被一层粘性流粘性流体润滑膜体润滑膜（厚度约为（厚度约为1.52m以上）完全分开，有流体压力平衡外载以上）完全分开，有流体压力平衡外载荷。由于两摩擦表面不是直接接触，当两表面相互滑动时，产生的摩荷。由于两摩擦表面不是直接接触，当两表面相互滑动时，产生的摩擦为润滑油分子之间的内摩擦，因

3、此摩擦系数很小，一般为擦为润滑油分子之间的内摩擦，因此摩擦系数很小，一般为0.0010.008，从而有效地降低了磨损。，从而有效地降低了磨损。此时，此时，流体润滑的摩擦性质流体润滑的摩擦性质完全决定于完全决定于流体的粘性流体的粘性而与而与两个摩擦两个摩擦表面的材料表面的材料无关。所用的无关。所用的粘性流体粘性流体可以是可以是液体液体，如各类润滑油、水等，如各类润滑油、水等，也可以是也可以是气体气体，如空气、氦、氢等，相应地称为，如空气、氦、氢等，相应地称为液体润滑液体润滑和和气体润滑气体润滑。是：摩阻低，摩擦系数很小，一般为是：摩阻低，摩擦系数很小，一般为0.0010.008(液体动压润滑液体

4、动压润滑)或更低或更低(气体润滑及静压润滑气体润滑及静压润滑)，可以改善摩擦副，可以改善摩擦副的动态性能并能有效地降低磨损。的动态性能并能有效地降低磨损。依据依据流体润滑油膜压力形成的方式不同流体润滑油膜压力形成的方式不同，又将，又将分为分为流流体动压润滑体动压润滑和和流体静压润滑流体静压润滑两类。两类。，系由摩擦表面间形成的收敛油楔和相对运动，系由摩擦表面间形成的收敛油楔和相对运动，由粘性流体产生的油膜压力以平衡外载荷。由粘性流体产生的油膜压力以平衡外载荷。，系由外部供油系统向摩擦表面间供给有一定压，系由外部供油系统向摩擦表面间供给有一定压力的流体，借助流体的静压力平衡外载荷。力的流体，借助

5、流体的静压力平衡外载荷。是指在摩擦表面间用粉状或薄膜状固体进行润滑。是指在摩擦表面间用粉状或薄膜状固体进行润滑。润滑膜为固体膜。常用的固体润滑剂有：层状晶体结构物质（如石润滑膜为固体膜。常用的固体润滑剂有：层状晶体结构物质（如石墨、二硫化钼等）、非层状无机物（如氧化铅等）、金属薄膜墨、二硫化钼等）、非层状无机物（如氧化铅等）、金属薄膜(如将如将铅、锡、锌等低熔点软金属做成的干膜润滑铅、锡、锌等低熔点软金属做成的干膜润滑)、塑料（如聚四氟乙烯、塑料（如聚四氟乙烯、尼龙等）、合成膜或化合膜等。尼龙等）、合成膜或化合膜等。是在摩擦副表面之间形成低剪切强度的是在摩擦副表面之间形成低剪切强度的润滑膜润滑

6、膜，用它用它来减小摩擦阻力和降低表面材料磨损。来减小摩擦阻力和降低表面材料磨损。润滑膜润滑膜可以是由可以是由液体或气体组液体或气体组成的流体膜成的流体膜或者或者固体膜固体膜。依据依据润滑膜的形成原理和特征润滑膜的形成原理和特征，可以分为如可以分为如下下 5 种基本类型种基本类型： 流体动压润滑流体动压润滑 流体静压润滑流体静压润滑 弹性流体动压润滑弹性流体动压润滑 边界润滑边界润滑 干摩擦状态干摩擦状态这这 可见可见表表11-9。表表11-9 5 种润滑类型的基本特征种润滑类型的基本特征是减小摩擦和降低磨损的一种重要方法，它影响着摩擦副之是减小摩擦和降低磨损的一种重要方法，它影响着摩擦副之间能

7、量及表面材料的转移。间能量及表面材料的转移。任何润滑现象任何润滑现象的紊乱和失效，都会导致摩的紊乱和失效，都会导致摩擦副表面的摩擦特性的改变，并发生有害的结果。因此，除了有必要擦副表面的摩擦特性的改变，并发生有害的结果。因此，除了有必要研究研究各种润滑状态的机理各种润滑状态的机理外，还应了解外，还应了解润滑状态的失效过程润滑状态的失效过程以及以及润滑润滑状态的转化及特性状态的转化及特性。一般来说，一般来说，摩擦副间摩擦副间有下述有下述几种润滑状态的转变几种润滑状态的转变：由层流到紊流；由层流到紊流；由完全的流体动压润滑到部分流体动压润滑；由完全的流体动压润滑到部分流体动压润滑；边界保护膜的破裂

8、；边界保护膜的破裂；发生强烈的金属粘着。发生强烈的金属粘着。上述上述前两种润滑现象的转化前两种润滑现象的转化很明显，但很明显，但后两种润滑现象的转化后两种润滑现象的转化十十分复杂，目前还正处研究中。分复杂，目前还正处研究中。以摩擦系数以摩擦系数 f 作作纵坐标，因为纵坐标，因为 f 的大小可以说明不的大小可以说明不同的润滑状态；用同同的润滑状态；用同SommerfeldSommerfeld数数性质类似的性质类似的V/W 作横坐标，因为作横坐标，因为此数可以说明润滑油膜具备多少承此数可以说明润滑油膜具备多少承载能力（载能力（为润滑油的粘度，为润滑油的粘度，V为两为两个表面的相对速度，个表面的相对

9、速度，W为载荷）。为载荷）。制作该曲线图时，为了消除温度对制作该曲线图时，为了消除温度对粘度的影响，试验时采用粘度的影响，试验时采用25作为作为计算计算 f 的根据。的根据。图图11-8 滑动表面润滑状态滑动表面润滑状态在机器工作时，摩擦副表面的在机器工作时，摩擦副表面的边界润滑边界润滑、混合润滑混合润滑和和流体润流体润滑滑等三种润滑状态可以用等三种润滑状态可以用（或称（或称Stribeck曲线曲线）来）来说明，见说明，见图图11-8。图中曲线表明图中曲线表明，存在，存在三种润滑区域三种润滑区域：流体动压润滑区流体动压润滑区、混合润滑混合润滑区区（或称部分流体动压润滑区）和（或称部分流体动压润

10、滑区）和边界润滑区边界润滑区。是机器摩擦副工作表面最希望得到的是机器摩擦副工作表面最希望得到的润滑状态润滑状态。流。流体动压润滑理论的体动压润滑理论的基本方程基本方程是是，即，即。它是从粘性流体力学的基本方程出发，根据一定。它是从粘性流体力学的基本方程出发，根据一定的简化假定而导出。为分析方便，现以两块相互倾斜的平板为分析对的简化假定而导出。为分析方便，现以两块相互倾斜的平板为分析对象，如象，如图图11-9所示，两板之间充满润滑油，下板静止，上板以速度所示，两板之间充满润滑油，下板静止，上板以速度 U 沿沿 x方向匀速移动。方向匀速移动。11.4.2 流体动压润滑原理及动压滑动轴承的设计流体动

11、压润滑原理及动压滑动轴承的设计(a)油楔油楔 (b)油膜中的微单元体油膜中的微单元体图图11-9油楔承栽机理油楔承栽机理(动压分析动压分析)33()()6pphhhUxxzzx上式是计算上式是计算。它表达了流体动压。它表达了流体动压润滑时，油膜压力沿润滑时，油膜压力沿 x和和 z（轴向）两方向发生变化以及流速沿（轴向）两方向发生变化以及流速沿 x方方向发生变化时，压力梯度、流速、油膜厚度、润滑油粘度等参数之向发生变化时，压力梯度、流速、油膜厚度、润滑油粘度等参数之间的关系。间的关系。表征沿表征沿 x和和 z方向油膜压力分布，方向油膜压力分布，如如图图11-10所所示。示。表示了沿表示了沿 x方