机械零件的摩擦、磨损、润滑及密封.ppt

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1、第四章机械零件的摩擦、磨损、润滑及密封,4.1 摩擦原理4.2 磨损4.3 润滑材料4.4机械零件的润滑方式 4.5 流体润滑原理及方法4.6 密封装置,概念,1.摩擦具有普遍性和不可避免性2.摩擦和磨损往往相伴发生3.摩擦和磨损都具有两面性4.减少摩擦磨损的最有效方法是润滑,4.1 摩擦原理,4.1.1摩擦的分类-干摩擦,边界摩擦,流体摩擦,混合摩擦,图4.2 典型摩擦特性曲线,随着n/p的增加，摩擦副将分别处于边界润滑、混和润滑和流体润滑状态，相应会发生摩擦间隙的变化。,液体粘度,摩擦系数随轴承的特性系数n/p值的改变而改变。在边界摩擦时，随n/p值的增大而变化很小，进入混合摩擦后， n/

2、p值的改变引起急剧变化，在刚形成液体摩擦时达到最小值，此后，随n/p值的增大油膜厚度亦随之增大，,4.1.2 干摩擦,1.库仑定律 =F/N2.绝对干摩擦在实际中很少发生3.摩擦形成机理 粘着理论广泛被接受的摩擦理论,实际接触面积Ar=N/s,若节点的剪切强度为BF=ArB=NB/s,摩擦系数为：= F/ N=B/ s,尖峰顶部形成冷焊点,a) 结点 b) 界面剪切 c) 软金属剪切图4.4 粘着焊点的剪切过程,4.1.3 边界摩擦机理,边界膜种类:-物理吸附膜 润滑油中的脂肪酸是一种极性化合物，其分子能吸附在金属表面，形成物理吸附膜 温度对其影响较大 适用常温、轻载、低速,-化学吸附膜润滑油

3、中分子靠分子键与金属表面形成化学吸附膜吸附强度较高适用中等温度、载荷、速度,-化学反应膜润滑油中加入硫、磷、氯等元素的添加剂与金属化学反应生成的膜形成的金属盐具有较高的熔点和较低的剪切强度,稳定性较好,适用高温、重载、高速,工作温度是影响边界膜性能的关键参数，当工作温度达到软化温度时，吸附膜发生软化、乱向和脱吸现象，从而使润滑作用降低，因此，在具体应用过程中应注意限制 pv 值以控制摩擦面温度。pv 摩擦热,形成吸附膜,形成化学反应膜,形成吸附膜和化学反应膜,4.2 磨损4.2.1 机械零件典型的磨损过程,1.磨损:由于摩擦使金属表面的物质不断损失。 磨损改变零件的尺寸和形状，降低零件工作的可

4、靠性，影响机械的效率，甚至导致机械的提前报废。 2. 磨损率单位时间内材料的磨损量称磨损率3.耐磨性:磨损过程中材料抵抗脱落的能力，为 磨损率的倒数1/,4.磨损的一般过程(三个阶段)跑合：跑合后有利增加接触面积，降低磨损速度稳定磨损阶段：磨损率为常数剧烈磨损阶段：产生振动、噪音、磨损加剧温度升高，零件迅速报废。,5.磨损的四种基本类型粘着磨损表面疲劳磨损,磨粒磨损和腐蚀磨损,1.粘着磨损,在切向力的作用下，摩擦副表面的吸附膜和脏污膜遭到破坏，使表面的轮廓峰在相互作用的各点处发生冷焊，由于相对运动，材料便从一个表面转移到另一个表面，形成粘着磨损。 表面温度越高，粘着的现象也越严重。严重的粘着磨

5、损会造成运动副咬死。,2. 磨粒磨损,摩擦表面有硬质突出物，将对磨表面材料磨掉或是从外部进入摩擦面间的尘土、砂粒或磨损形成的金属微粒，在较软材料表面犁刨出很多沟纹而引起材料脱落的现象 。,3 .疲劳磨损：交变接触应力的作用，表面形成疲劳点蚀。,点蚀实例,4 腐蚀磨损,与周围介质发生化学反应和电化学反应的磨损。氧化磨损：生成氧化膜。磨损类型的混合发生,1.粘着磨损合理选择配对材料，同种金属比异种金属易于粘着，脆性材料比塑性材料的抗粘着能力强，进行表面处理（如表面热处理、电镀、喷涂等）可防止粘着磨损的发生；限制摩擦表面的温度；采用含油性和极压添加剂的润滑剂；控制压强。,减少磨损的措施,2.磨粒磨损

6、磨粒磨损与摩擦副材料的硬度和磨粒的硬度有关。为保证摩擦面有一定的使用寿命，金属材料的硬度应至少比磨粒的硬度大30%。当然，材料并不是愈硬愈好，有时选用较便宜的材料，定期更换易磨损的零件，更符合经济原则。,3.疲劳磨损：合理选择零件接触面的表面粗糙度，一般情况下表面粗糙度值愈小，疲劳寿命愈长；合理选择润滑油粘度，适当提高润滑油的粘度有利于接触应力均匀分布，提高抗疲劳磨损的能力。在润滑油中加入极压添加剂或固体润滑剂，能提高接触表面的抗疲劳性能；合理选择零件接触面的硬度,4.3润滑材料,1.润滑油：1）粘度-衡量内摩擦力大小的物理量粘度越大，摩擦力越大。,牛顿粘性定律：=F/A=-u/y,（1）动力

7、粘度 =F/A=-u/y长、宽、高各为1m的液体，上、下平面发生1m/s相对速度需要的切向力为1N时，该液体的粘度为1N.s/m2或1 Pa.s ，,粘度的单位国际单位制-Pa.s（帕秒） 。绝对单位制（C.G.S.制）- l P（泊）或cP（厘泊） 1P100 cP。1P0.1 Pa.s,（2）运动粘度 / 动力粘度与同温度下该液体密度的比值。运动粘度的单位国际单位制- m2/s绝对单位制（C.G.S.制）-St（斯）或cSt（厘斯）1St1cm2s100cSt104m2s，1cSt106m2s1mm2s,粘度等级-GBT 31411994规定采用润滑油在40C时的运动粘度中心值作为润滑油的

8、粘度等级。润滑油实际运动粘度在相应中心粘度值的10偏差以内。,（3）条件粘度为了方便于商业测量而建立的粘度体系。是在一定条件下、利用某种规格的粘度计，通过测定润滑油穿过规定孔道的时间来进行计量的粘度。中国-恩氏度（Et）美国-赛氏通用秒（SUS）英国-雷氏秒（R）,粘温特性粘度随温度变化的特性。润滑油粘度受温度影响的程度可用粘度指数（VI）表示。粘度指数值越大，表明粘度随温度的变化越小，即粘-温性能越好。 随温度升高粘度降低,粘压特性粘度随压力变化的特性。在压力超过20 MPa时，粘度才随压力的增高而加大，高压时则更为显著，一般的润滑条件下不予考虑。,2）润滑性（油性）：指润滑油中极性分子与金

9、属表面吸附形成边界油膜，以减小摩擦和磨损的性能。润滑性愈好，油膜与金属表面的吸附能力愈强 3）极压性 ：是润滑油中加入含硫、磷、氯等的有机极性化合物后，油中极性分子在金属表面生成抗磨、耐高压的化学反应边界膜的性能。,4）闪点： 闪点是指当油在标准仪器中加热所蒸发出的油汽，一遇火焰即能发出闪光时的最低温度。通常应使工作温度比油的闪点低3040。5）凝点： 凝点是指润滑油在规定条件下，不能自由流动时的最高温度。6）氧化稳定性： 氧化稳定性是指润滑油在使用或贮存保管期间，性质安定、不易产生氧化变质的性能。,2 润滑脂：润滑油与稠化剂（如钙、钠、锂、铝的金属皂）的膏状混合物1）锥（针）入度：锥入度是衡

10、量润滑脂稠度的指标。 2）滴点： 滴点是指在规定的加热条件下，润滑脂从标准测量杯的孔口滴下第一滴时的温度。,4.3.2 添加剂 润滑油中加入的少量某些（从百分之几到百万分之几）对润滑剂性能改善起巨大作用的物质。添加剂的种类很多，有油性添加剂、极压添加剂、分散净化剂、消泡添加剂、抗氧化添加剂、降凝剂、增粘剂等。,4.4 机械零件的润滑方式,润滑方式有边界润滑、流体润滑和混合润滑三种。改变某些参数如压强p、两接触面间相对滑动速度v、流体粘度，边界润滑、混合润滑和流体润滑状态可以相互转化。,膜厚比（hmin/ ，式中hmin为最小油膜厚度，RZ1、RZ2分别为两接触表面粗糙度十点平均高度）大致估计润

11、滑状态. 为完全弹性流体动力润滑或混合润滑状态，13为部分弹性流体动力润滑或混合润滑状态， 1为边界润滑状态。,4.5流体润滑原理及方法4.5.1 流体动压润滑两摩擦表面靠相对运动自动将流体带入两表面之间，建立粘性流体膜，使两表面完全分隔的润滑状态。4.5. 2流体静压润滑两摩擦表面被外部供油装置输入的压力油完全隔开，强迫形成粘性流体膜的润滑.,4.5.3 润滑油的润滑方法及润滑系统摩擦副类型及工作条件，润滑剂类型及性能润滑方法及供油条件,4.6 密封装置4.6.1 静密封1直接接触密封,图4.16 直接接触密封,2垫片、垫圈密封,图4.17垫片、垫圈密封,3自紧式密封,(a)安装状态 (b)

12、工作状态图4.18 O型橡胶密封圈工作原理,4.6.2 接触式旋转轴密封1. 毡圈密封,2. 油封密封,3. 机械密封,4.6.3 非接触式旋转轴密封1. 间隙密封,图4.25 沟槽间隙密封,2 . 迷宫密封,3. 螺旋密封,图4.27 螺旋密封,4. 磁流体密封简介,图4.28 磁流体密封原理,作业选择题：4-7，4-14，4-15，4-16，4-19，4-20,复习思考题1、什么叫干摩擦、边界摩擦、流体摩擦、混合摩擦、流体润滑、混合润滑、固体润滑？2、摩擦特性曲线分为哪几个阶段？3、摩擦的粘着理论如何解释摩擦的产生？4、边界膜有哪几种？各有何特点？5、什么叫磨损？其过程分为哪几个阶段？6、常见磨损类型有哪些？7、什么叫流体动压润滑？什么叫流体静压润滑？,8、如何判断润滑所处的状态？9、润滑剂有哪几种？各有何特点？10、润滑剂通常有哪些指标？什么叫添加剂？11、粘度是如何定义的？常用单位是什么？12、温度和压力是如何影响粘度的？,SEMINAR TOPIC,摩擦、磨损、润滑三者之间有什么样的关系？谈谈本章内容在整个机械设计中应占有什么样的地位？,