摩擦 磨损 润滑课件.ppt

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1、第四章 摩擦、磨损及润滑概述概述当在正压力作用下相互作用的两个物体受切向外力的影响而发生相对滑动,或有相对滑动的趋势时,在接触面上就会产生抵抗滑动的阻力,这一自然现象叫做摩擦,这时产生的阻力叫做摩擦力。摩擦是一种不可逆过程,其结果必然有能量损耗和摩擦表面物质的丧失或转移,即磨损。据估计世界上在工业方面约有30%的能量消耗于摩擦过程中。为了替换易损零件,我国每年都要用一大批钢材去制造配件,而磨损件又占了其中很大的比例.磨损会使零件的表面形状和尺寸遭到缓慢和连续的破坏,使机器的效率和可靠性逐渐降低,从而丧失原有的工作性能,最终还可能导致零件的突然破坏。虽然从十七世纪就开始了对摩擦的研究,但

2、近三十年来已在某些机器或设备的使用中采用了考虑磨损寿命的设计方法,但是对于摩擦磨损的机理,至今尚未完全弄清。不过人们为了控制摩擦磨损,提高机器效率,减小能量损失,降低材料消耗保证机器工作的可靠性,已经找到了一个有效的手段——润滑。现在把研究有关摩擦、磨损与润滑的科学与技术统称为摩擦学。本章将概述介绍机械设计中有关摩擦学的一些基本知识。第一节摩擦摩擦可分为两类:一类发生在物质内部,阻碍分子间相互运动的内摩擦;另一类是相互接触的两个物体发生相对滑动或有相对滑动的趋势时,在接触表面上产生的阻碍相对运动的外摩擦。仅有相对滑动趋势的摩擦叫做静摩擦;相对滑动进行中的摩擦叫做动摩擦。根据位移形式中的

3、不同,动摩擦又分为滑动摩擦与滚动摩擦。由于滚动摩擦的机理与规律完全不同于滑动摩擦,这已在物理学中阐明,本节将只着重讨论金属表面间的滑动摩擦。根据摩擦面间存在的润滑剂的情况,滑动摩擦又分为干摩擦、边界摩擦(边界润滑)、混合摩擦(混合润滑)及流体摩擦(流体润滑),第二三种统称为非流体摩擦。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,通常把人们无意加以润滑而又不会出现明显润滑现象的摩擦当作“干”摩擦处理。(一)干摩擦固体之间的摩擦,虽然早就有人进

4、行系统的研究,并在十八世纪就提出了至今仍在沿用的,关于摩擦力的表达式:F=fFn式中F—摩擦力f—摩擦系数Fn—法向压紧力但是,有关摩擦的机理,知道本世际的中叶才比较清楚的揭示出来,并逐渐形成先进被广泛接受的分子机械理论。这种理论认为,两个无润滑物体之间的摩擦,主要是由两种因素构成:一是摩擦面实际接触区内出现的粘着;二是较硬表面上的微凸突体在较软表面上所起的犁刨作用。任何机械物体的表面,都是带有不同形状(如球形锥形等)和尺寸的不平度和波纹度的粗糙面。两个物体在正压力作用下的接触面积,根据现代的精密测定表明,并非两个物体互相覆盖的公称接触面积(或叫表观接触面积)Ao,而是由一些微凸体相互

5、接触所形成的接触斑点的微面积的总和,叫实际接触面Ar。随着载荷的增大,这些接触斑点的数目也将增加。在这些接触斑点上有相当高的局部压力,即使在冬天的载荷下也会引起塑性变形。受表面间分子结合力(又叫范德华力或远程表面力)的作用,这些接触斑点就会牢固的粘结(或冷焊)在一起形成如图4-1(图中取单位厚度)所示的结点群。当两物体相对滑动时,首先就要剪断这些结点,这就构成摩擦力的分量Fa。一个硬的微凸体在一个较软的表面上滑过而切出沟纹时,变产生了犁刨作用。这就意味着金属表层要发生塑性变形(对韧性材料)或破裂(对脆性材料),因而就构成了摩擦力的机械分量Fm。因此摩擦力可近似取为F=Fa+Fm或近似取

6、f=fa+fm式中fafm分别为摩擦系数的粘着分量和机械分量。根据研究表明,对于经过跑和的表面,在微凸体的弹性接触时,摩擦力或摩擦系数的粘着分量要比机械分量大得多;在微凸体的塑性接触时,机械分量的比例就增大了。根据以上的分析和实验研究的结果,可以归纳出干摩擦时摩擦力与表观接触面积无关而与载荷成正比的结论。两个相互接触的物体在切向外力的作用下开始相对滑动之前,要发生一定的切向平移,叫预位移。这个量甚小,一般不超过几微米。当预位移达到一个极限值时,两物体相互作用的大小相等,方向相反的摩擦力F便发生一个突变,物体就进入相对滑移阶段。对应于极限预位移时的摩擦力就是极限静摩擦力;对应于稳定滑移阶

7、段的摩擦力就是动摩擦力。可见,动摩擦力小于极限静摩擦力。实验证明,在预位移的前一大段摩擦力与预位移成正比;在接近与极限预位移时,二者间就明显地转变为非线性关系了。影响摩擦系数的因素很多,除了摩擦副的配偶材料性质而外,主要还有表面膜与镀层,滑动速度,环境温度及表面粗糙度等。摩擦副的配偶材料性质对摩擦系数的影响,主要取决于材料的互溶性。对于相同的相同的金属或互溶性大的金属所组成的摩擦副,易产生粘着现象,故摩擦系数大。反之,则其值较小。摩擦副的配偶金

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