第10章-摩擦学设计ppt课件.ppt

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1、华南理工大学第10章摩擦学设计方法10.2摩擦10.3磨损10.4润滑10.1摩擦状态（a）干摩擦v（b）边界润滑v（c）混合润滑vv（d）薄膜润滑弹性变形v（e）弹流润滑（f）流体润滑v图10.1摩擦状态10.1摩擦状态10.1.1摩擦状态分类与特性1．干摩擦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。在工程实际中，并不存在真正的干摩擦，因为任何零件的表面不仅会因氧化而形成氧化膜，而且多少也会被润滑油所湿润或受到“油污”。在机械设计中，通常都把这种未经人为润滑的摩擦状态当作“干”摩擦处理（图10.la）。（a）干摩擦v2．边界摩擦边界摩擦又称为边界

2、润滑。当运动副的摩擦表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的吸附性能时的摩擦称为边界摩擦（图10.1b）。润滑油中的脂肪酸是一种极性化合物，它的极性分子能牢固地吸附在金属表面上。吸附在金属表面上的分子膜，称为边界膜。（b）边界润滑v按边界膜形成机理，边界膜分为吸附膜（物理吸附膜及化学吸附膜）和反应膜。润滑剂中脂肪酸的极性分子牢固地吸附在金属表面上，就形成物理吸附膜；润滑剂中分子受化学键力作用而贴附在金属表面上所形成的吸附膜则称为化学吸附膜。吸附膜的吸附强度随温度升高而下降，达到一定温度后，吸附膜发生软化、失向和脱吸现象，从而使润滑作用降低，磨损率

3、和摩擦系数都将迅速增加。合理选择摩擦副材料和润滑剂，降低表面粗糙度值，在润滑剂中加入适量的油性添加剂和极压添加剂，都能提高边界膜强度。3．混合摩擦（10.1）当摩擦状态处于边界摩擦及流体摩擦的混合状态时称为混合摩擦（图10.1c）。混合摩擦也称为混合润滑。混合润滑及流体润滑可以用膜厚比来大致估计。（c）混合润滑v式中：hmin——两滑动粗糙表面间的最小公称油膜厚度；Ra1、Ra2——两表面轮廓算术平均偏差。4．流体摩擦当运动副的摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦称为流体摩擦，或称为流体润滑。当摩擦面间的润滑膜厚度大到足以将两个表面的

4、轮廓峰完全隔开（即＞5）时，即形成了完全的流体摩擦。这时润滑剂中的分子已大都不受金属表面吸附作用的支配而自由移动，摩擦是在流体内部的分子之间进行，所以摩擦系数极小（油润滑时约为0.001~0.008），而且不会有磨损产生，是理想的摩擦状态。v（d）薄膜润滑弹性变形v（e）弹流润滑（f）流体润滑v即使是完全流体润滑状态也可以根据润滑膜的厚薄和摩擦副的变形与否分成薄膜润滑（图10.1d）、弹流润滑（图10.1e）和流体润滑（图10.1f）。薄膜润滑是表面非常光洁的零件在低速条件下形成的润滑膜。弹流润滑是点、线接触的零件由于表面接触压力很高而发生弹性变形所导致的。流体

5、润滑可以是动压流体润滑，也可以是静压流体润滑。摩擦状态典型膜厚润滑膜形成方式应用干摩擦1~10nm表面氧化膜、气体吸附膜等无润滑或自润滑的摩擦副边界润滑1~50nm润滑油分子与金属表面产生物理或化学作用而形成润滑膜低速重载条件下的高精度摩擦副薄膜润滑10~100nm与流体动压润滑相同低速下的点线接触、高精度摩擦副，如精密滚动轴承等弹性流体动压润滑0.1~1m与流体动压润滑相同中高速下点线接触摩擦副，如齿轮、滚动轴承等流体动压润滑1~100m由摩擦表面的相对运动所产生的动压效应形成流体润滑膜中高速下的面接触摩擦副，如滑动轴承液体静压润滑1~100m通过外部压力

6、将流体送到摩擦表面之间，强制形成润滑膜低速或无速度下的面接触摩擦副，如滑动轴承、导轨等表10.1各种摩擦状态的基本特征10.1.2摩擦状态的判断与转化各种润滑状态所形成的润滑膜厚度不同，但是单纯由润滑膜的厚度还不能准确地判断润滑状态，尚须与表面粗糙度进行对比。图10.2列出润滑膜厚度与粗糙度的数量级。只有当润滑膜厚度足以超过两表面的粗糙峰高度时，才有可能完全避免峰点接触而实现全膜流体润滑。对于实际机械中的摩擦副，通常几种润滑状态会同时存在，统称为混合润滑状态。10﹣310﹣210﹣1110102厚度/μm图10.2润滑膜厚度与粗糙度高度单分子吸附层边界膜流体润滑膜

7、研磨表面均方根值粗加工表面均方根值弹流膜根据润滑膜厚度鉴别润滑状态的办法虽然是可靠的，但由于测量上的困难，往往不便采用。另外，也可以用摩擦系数值作为判断各种润滑状态的依据。图10.3为摩擦系数的典型数值。纯净金属氧化膜边界润滑边界润滑和流体润滑流体润滑干摩擦状态图10.3摩擦系数的典型值0.0050.010.050.10.51510摩擦系数随着工况参数的改变可能导致润滑状态的转化。图10.4是典型的Stribeck曲线，它表示润滑状态转化过程以及摩擦系数随润滑油粘度、滑动速度v和轴承单位面积载荷p变化的规律。混合润滑边界润滑流体润滑10﹣110﹣210﹣910﹣

8、810﹣7