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《机械设计》1章-4摩擦、磨损、润滑介绍

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1章机械设计 机械设计摩擦磨损 机械设计1章-4摩擦 4章摩擦磨损 一章机械设计 机械设计
资源描述:
摩擦是两表面相互运动或有运动趋势时 发生的机械和物理的现象。磨损是摩擦所造 成的后果。润滑是减小摩擦和磨损的最有效 的技术性措施。摩擦、磨损、润滑,统称摩 擦学。它是研究运动表面摩擦行为的一门学 科。本节将简要介绍摩擦学中一些最基本的 内容,具体零件的润滑内容散见后面有关章 节。 机械中的摩擦 摩擦 ——是两表面相互运动或有运动趋势时,将会有阻止 产生相对运动的现象发生,这种现象就称摩擦。 在摩擦表面上所产生的切向阻力称为摩擦力。 摩擦的分类 内摩擦——发生在物体的内部,阻碍分子间的相对运动 外摩擦——发生在物体的接触表面上,阻碍物体之间的 相对运动。 两大类: 外摩擦的分类情况: ▲按摩擦幅的运动状态分: 静摩擦——仅有运动趋势 动摩擦——有相对运动 ▲按摩擦幅的运动形式分: 滑动摩擦 滚动摩擦 ▲按摩擦幅的表面润滑状态分: 干摩擦 边界摩擦 流体摩擦 (液体或气体 ) 混合摩擦 ×× × ×× × ×× × ×× × 塑性变形 弹性变形 边界膜 流体×× × ×× × ×× × ×× × ×× × ×× × v v v v 摩擦的二重性 ●摩擦的利用——设计时应确保摩擦力足够大,以保证机器 工作的可靠性;例:摩擦离合器、摩擦式制动器、螺纹联接。 ●摩擦的危害——能量损耗、出现磨损、效率降低、温度升 高、润滑质量下降、引起振动和噪音。 影响摩擦的主要因素 ▲表面膜——金属表面在大气中会自然生成与表面结合强度相 当高的氧化膜或其它污染膜(也可以是人为的)。 (如硫化膜、氧化膜) ▲摩擦幅材料性质——互溶性大的金属摩擦幅,因易粘着,故 摩擦系数大。材料硬度对摩擦系数也有 的影响:例如低碳钢经淬火提高硬度后, 其摩擦系数减小。 ▲摩擦幅表面的粗糙度 ▲摩擦表面间的润滑——当摩擦表面间被加入润滑油时, 摩擦系数将大大下降。 边界润滑混合润滑液体润滑 ηn/p 摩擦系数μ 摩擦特性曲线 v F h=0 v F v F h≈0h>>0 h 机械中的磨损 磨损 ——摩擦表面上的物质不断损失的现象。 磨损率 ——单位时间材料的磨损量。 耐磨性 ——零件抗磨损的能力。 磨损的分类 磨粒磨损(磨料磨损) 粘着磨损(胶合磨损) 疲劳磨损(疲劳点蚀) 腐蚀磨损(腐蚀机械磨损) 1、跑合阶段 ——可将新机器原始粗糙部分逐渐磨平,为今 (磨合阶段) 后正常 运行创造条件,有利于延长寿命。 2、稳定磨损阶段——是正常工作阶段,磨损缓慢而稳定。 3、剧烈磨损阶段 ——磨损速度大 大加快,温度急 剧升高,效率明 显下降,丧失精 度,产生异常噪音 和振动,导致零 件迅速失效。 注 意: 跑合阶段应轻载低速 , 注意润滑油的清洁, 跑合结束后,及时 更换润滑油。 磨损过程 磨损量 时间 o 跑合 阶段稳定磨损阶段急剧磨损阶段 磨损过程 三个阶段: 若载荷过大, 速度过高, 润滑不良时, 立即转入急 剧磨损阶段 影响磨损的主要因素 磨损量 黄铜—钢 锡青铜—钢 巴氏合金—钢 时间配对材料的影响 磨损量 时间 润滑的影响 无润滑 润滑不良 润滑一般 润滑良好 磨损量 时间 工作温度 T=180° T=80° T=30° 磨损量 硬度 材料硬度的影响 机械中的润滑 润滑 ——是向承载的两个摩擦表面之间引入润滑剂,以减小摩 擦力及磨损等表面破坏的一种措施。 润滑的分类 两大类: 流体润滑——两摩擦副表面被流体膜完全隔开, 由流体的压力来平衡载荷(如流 体动压润滑与流体静压润滑)。 非流体润滑(包括混合润滑与边界润滑) ▲按油膜厚度分 厚膜润滑(如液体动力润滑、液体静力润滑) 薄膜润滑(如边界润滑、混合润滑) ▲按润滑剂材料分 液体润滑(如水、油、液态金属等) 气体润滑(如空气) 固体润滑(如石墨、二流化钼) 自润滑——指不需要加任何润滑剂 ,用具有良好自润滑性 材料制造摩擦副(如石 墨、二流化钼、尼龙木材) ▲按润滑方法分 连续润滑(如压力润滑、飞溅润滑、油环润滑) 间断润滑(如滴油润滑、油绳润滑) 永久润滑(如用自润滑) 人在下雨天为什么容易滑跤? Why? (1)水→滑 F G e (2)水 →流压→滑 (3)水 膜→弹流→滑 打水漂为什么有趣? θV α 流体摩擦润滑 其中:p——油压 η——粘度 v——相对滑动速度 h——油膜厚度 h0 ——最大处的油膜厚度 F v 流体动力润滑的基本方程 ——雷诺方程(一维): dp dx =6ηv h-h0 h3 p x y 形成流体动力润滑的基本条件 : F v dp dx =6ηv h-h0 h3 p x y (1)两相对滑动表面必须形 成收敛油楔(运动件带 着油从大口走向小口); (2)必须有一定的相对滑动速度; (3)供油充分; (4)油有一定的粘度。 例: vvv ω 油泵 滑动轴承 流体静压润滑 油箱 润滑剂 润滑剂的主要作用——减小摩擦与磨损、降温、防锈、减振。 循环润滑的液体润滑剂还可以清洗摩 擦表面,将磨损产生的颗粒及其它污 物带走。 润滑剂的分类 液体润滑剂(如润滑油) 半液体润滑剂(即润滑脂) 气体润滑剂(如空气、氢气) 固体润滑剂(如石墨) (1) 粘度——是润滑油最重要的物理性能指标,是选择润滑 油的主要依据,它标志着流体流动时内摩擦阻 力的大小。粘度越大,内摩擦阻力越大,即流 动性越差。 润滑剂的主要指标: (2)凝点——是润滑油冷却到不能流动时的温度。凝点越低越好。 (3) 闪点——是润滑油在靠近试验火焰发生闪燃时的温度。 闪点是鉴定润滑油耐火性能的指标。在工作温度 较高和易燃环境中,应选用闪点高于工作温度 20°~30°C的润滑油。 (4) 油性——是指润滑油湿润或吸附在表面的能力。吸附能力 越强,油性越好。 (5) 滴点——是指润滑脂受热后开始滴落时的温度。润滑脂使 用工作温度应低于滴点20°~30°C,低于40°~ 60°更好。 (6)(稠度)针入度——是表征指润脂稀稠度的指标。针入度越 小,表示润滑脂越稠;反之,流动性越大。 ★1、按摩擦幅的表面润滑状态分有几种摩擦?摩擦特性曲线 。2、影响摩擦的主要因素 3、什么是磨损、磨损率、耐磨性? 4、按破坏机理分,磨损主要有几种基本类型? ★5、磨损过程是怎样的?试用画出磨损量q与时间t的关系线图。 6、影响磨损的主要因素有哪些?减小磨损的措施有哪些? 7、什么是流体润滑,什么是非流体润滑? ★8、形成流体动力润滑的基本条件 vvv ω ★9、图示,请指出哪个可能形成流体动力润滑? ★10、润滑剂的主要作用是什么? 11、润滑剂的主要指标有哪些? ★ 12、粘度、闪点、滴点、凝点、油性、锥入度各是什么含义? 13、添加剂的种类有哪些? ★14、什么是动力粘度、运动粘度两者有何异同? 15、温度和压力对粘度有何影响? 16、当无相应牌号的润滑油时,如何自行配制所需粘度ν的 润滑油? ★17、润滑油的选用原则是什么? 18、润滑脂的选用原则是什么? 19、润滑齿轮应选择什么润滑油?润滑滑动轴承应选择什么 润滑油?
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