機械零件摩擦磨損潤滑及密封

1、機械零件的摩擦、磨損、潤滑及密封,1.摩擦具有普遍性和不可避免性摩擦引起發(fā)熱、溫度升高和能量損耗，導致接觸表面物質的損失和轉移，即造成接觸表面的磨損。磨損使零件的表面形狀和尺寸遭到破壞，使機械的效率及可靠性降低，直至喪失原有的工作性能，甚至導致零件突然破壞。 2.摩擦和磨損往往相伴發(fā)生3.摩擦和磨損都具有兩面性4.減少摩擦磨損的最有效方法是潤滑5.減摩和耐磨材料在工業(yè)中的應用6.為防止?jié)櫥瑒┬孤┎⒆柚雇獠侩s質、灰塵、空氣和

2、水分等的入侵，防止因潤滑劑泄漏而產生的污染，改善工作環(huán)境,在潤滑系統(tǒng)中需設置密封裝置，,目前世界上工業(yè)領域中大約有1／3～1／2的能源以各種方式最終消耗于摩擦；機械零件的損壞約有80％是由各種形式的磨損引起的。,4.1 摩擦原理,摩擦分內摩擦和外摩擦兩大類;發(fā)生在物質內部阻礙分子間相對運動的摩擦稱為內摩擦。相互接觸的兩個物體作相對運動或有相對運動趨勢時，在接觸表面上產生的阻礙相對運動的摩擦稱為外摩擦;僅有相對運動趨勢時的摩擦稱為靜

3、摩擦，產生相對運動時的摩擦稱為動摩擦;按摩擦性質的不同，動摩擦又分滑動摩擦和滾動摩擦，兩者的機理與規(guī)律完全不同。 干摩擦 邊界摩擦 流體摩擦 混合摩擦,摩擦特性曲線,典型摩擦特性曲線,干摩擦及摩擦系數(shù),干摩擦是指兩摩擦表面間無任何潤滑劑或保護膜而直接接觸的純凈表面間的摩擦 庫侖公式干摩擦力的形成原

4、因: 早期的機械摩擦嚙合理論 分子——機械理論 粘著理論粘著理論又稱為現(xiàn)代粘著理論，是目前較為廣泛接受的摩擦形成理論,,,,,邊界摩擦機理,邊界摩擦：摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，摩擦性質取決于邊界膜和表面的吸附性能時的摩擦。邊界膜可以是物理吸附膜、化學吸附膜和化學反應膜。 物理吸附膜是指由潤滑油中的極性分子與金屬表面相互吸引而形成的吸附膜；化學吸附膜是指潤滑油中的分子靠分子鍵與金屬表面形成的化學吸附

5、膜；化學反應膜是指在潤滑油中加入硫、磷、氯等元素的化合物（添加劑）與金屬表面進行化學反應而生成的膜。 a) 物理吸附膜 b) 化學吸附膜 c) 化學反應膜,物理吸附膜,潤滑油中的脂肪酸是一種極性化合物，其分子能吸附在金屬表面，形成物理吸附膜。吸附在金屬表面上的分子分為單層和多層結構，距離表面愈遠的分子，其吸附能力愈低，剪切強度愈小，到了若干層以后，就不再受約束。

6、 多層物理吸附膜模型,化學吸附膜和化學反應膜,化學吸附膜比物理吸附膜的吸附強度高，穩(wěn)定性也優(yōu)于物理吸附膜，受熱后的熔化溫度也高，化學吸附膜適用于中等載荷、中等速度、中等溫度下工作?；瘜W反應膜具有厚度大、熔點高、剪切強度低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。它適宜用于重載、高速和高溫下工作的摩擦副。工作溫度是影響邊界膜性能的關鍵參數(shù)，當工作溫度達到軟化

7、溫度時，吸附膜發(fā)生軟化、亂向和脫吸現(xiàn)象，在具體應用過程中應注意限制 pv 值。 不同添加劑的減摩作用,4.2 磨損,機械設計時應考慮如何避免或減緩磨損，以保證零件和機械達到預期的壽命；磨損量可用體積、重量或厚度來衡量，通常把單位時間內材料的磨損量稱為磨損率，用ε表示；耐磨性是指磨損過程中材料抵抗脫落的能力，通常用磨損率的倒數(shù)1/ε來表示；磨損過程可分為磨

8、合、穩(wěn)定磨損和劇烈磨損三個階段； 典型磨損過程,磨損的分類,粘著磨損 磨粒磨損 疲勞磨損 腐蝕磨損,由于工作條件的復雜性，磨損經常以復合形式出現(xiàn)。,磨損的控制,粘著磨損：①合理選擇配對材料，同種金屬比異種金屬易于粘著，脆性材料比塑性材料的抗粘著能力強，進行表面處理（如表面熱處

9、理、電鍍、噴涂等）可防止粘著磨損的發(fā)生；②限制摩擦表面的溫度；③采用含油性和極壓添加劑的潤滑劑；④控制壓強。磨粒磨損：金屬材料的硬度應至少比磨粒的硬度大30%。但材料并不是愈硬愈好，有時選用較便宜的材料，定期更換易磨損的零件，更經濟。疲勞壽命：①合理選擇零件接觸面的表面粗糙度，一般情況下表面粗糙度值愈小，疲勞壽命愈長；②合理選擇潤滑油粘度，適當提高潤滑油的粘度有利于接觸應力均勻分布，提高抗疲勞磨損的能力。在潤滑油中加入極壓添加劑或固

10、體潤滑劑，能提高接觸表面的抗疲勞性能；③合理選擇零件接觸面的硬度。,4.3 潤滑材料,潤滑劑可分為氣體、液體、半固體和固體四種基本類型；在液體潤滑劑中應用最廣泛的是潤滑油，包括礦物油、動植物油、合成油和各種乳劑；半固體潤滑劑主要是指各種潤滑脂，它是潤滑油和稠化劑的穩(wěn)定混合物；固體潤滑劑是指可以形成固體膜以減少摩擦阻力的物質，如石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等；任何氣體都可作為氣體潤滑劑，其中用得最多的是空氣，它主要用在氣體軸承中。

11、在摩擦面間加入潤滑劑不僅可以降低摩擦，減輕磨損，保護零件不發(fā)生銹蝕，而且還能起到散熱降溫的作用；對于液體潤滑劑，潤滑油膜還具有緩沖、吸振的能力；膏狀的潤滑脂，既可防止內部的潤滑劑外泄，又可阻止外部雜質侵入，同時具有潤滑和密封作用。,潤滑油,用作潤滑劑的油類可概括為三類：一是有機油，通常是動植物油；二是礦物油，主要是石油產品；三是化學合成油；礦物油來源充足，成本低廉，適用范圍廣，而且穩(wěn)定性好，故應用最多；動植物油中因含有較多的硬

12、脂酸，在邊界潤滑時有很好的潤滑性能，但因其穩(wěn)定性差且易氧化，所以使用不多；化學合成油是通過化學合成方法制成的新型潤滑油，它能滿足礦物油所不能滿足的某些特殊要求，如高溫、低溫、高速、重載和其他條件。由于它多系針對某種特定需要而制，適用面較窄、成本又很高，故一般機械應用較少；潤滑油的主要指標有以下幾個： 粘度 、潤滑性（油性） 、極壓性 、閃點 、凝點 、 氧化穩(wěn)定性,動力粘度,動力粘度動力粘度單位：長、寬

13、、高各為lm的液體，上、下平面發(fā)生l m/s相對滑動速度需要的切向力為1N時，該液體的動力粘度為1N·s／m2或 1Pa·s（帕·秒）。Pa·s是國際單位制（SI）的粘度單位。在絕對單位制（C.G.S.制）中，把動力粘度的單位定為 l dyn·s/cm2，叫 l P（泊），百分之一P稱為cP（厘泊），即 1P＝100 cP。,,τ＝－η,運動粘度,運動粘度：工程中常用動力粘度η（單位為

14、Pa·s）與同溫度下該流體密度ρ (單位為 kg／m3)的比值表示粘度，稱為運動粘度ν（單位為m2／s）在C.G.S.制中運動粘度的單位是St（斯），1St＝lcm2／s。百分之一St稱為cSt（厘斯），它們之間有下列關系： 1St＝1cm2／s＝100cSt＝10－4m2／s，1cSt＝10－6m2／s＝1mm2／s GB／T 3141－1994規(guī)定采用潤滑油在40ºC時的運動粘度中心值的cS

15、t值作為潤滑油的粘度等級。潤滑油實際運動粘度在相應中心粘度值的10％偏差以內。,,v=,條件粘度,條件粘度是在一定條件下、利用某種規(guī)格的粘度計，通過測定潤滑油穿過規(guī)定孔道的時間來進行計量的粘度。我國常用恩氏度（ºEt）作為條件粘度單位，美國習慣用賽氏通用秒（SUS），英國習慣用雷氏秒（R）作為條件粘度單位。平均溫度t時的運動粘度νt（單位為mm2/s）與恩氏粘度ηE（單位為ºEt）可按下列關系進行換算,,粘溫特性—

16、—粘度隨溫度變化的特性。潤滑油粘度受溫度影響的程度可用粘度指數(shù)（VI）表示；粘度指數(shù)值越大，表明粘度隨溫度的變化越小，即粘-溫性能越好；VI≤35為低粘度指數(shù)潤滑油，VI>35～85為中粘度指數(shù)潤滑油，VI>85～110為高粘度指數(shù)潤滑油。,粘壓特性——粘度隨壓力變化的特性。壓力對流體的影響：流體的密度隨壓力增高而加大，壓力對流體粘度的影響，這只有在壓力超過20 MPa時，粘度才隨壓力的增高而加大，高壓時則更為顯著。

17、對于一般礦物油的粘-壓關系，可用下列經驗式表示：潤滑性（油性） ：潤滑性是指潤滑油中極性分子與金屬表面吸附形成邊界油膜，以減小摩擦和磨損的性能。極壓性 ： 極壓性是潤滑油中加入含硫、磷、氯等的有機極性化合物后，油中極性分子在金屬表面生成抗磨、耐高壓的化學反應邊界膜的性能； 閃點 ： 閃點是指當油在標準儀器中加熱所蒸發(fā)出的油汽，一遇火焰即能發(fā)出閃光時的最低溫度。凝點：凝點是指潤滑油在規(guī)定條件下，不能自由流動時的最高溫度。氧

18、化穩(wěn)定性：氧化穩(wěn)定性是指潤滑油在使用或貯存保管期間，性質安定、不易產生氧化變質的性能?？谷榛?、抗泡性、灰份、殘?zhí)?潤滑脂：除潤滑油以外應用最多的一類潤滑劑；潤滑油與稠化劑（如鈣、鈉、鋰、鋁的金屬皂）的膏狀混合物；潤滑脂主要有以下幾類： 鈣基潤滑脂：具有良好的抗水性，但耐熱能力差； 鈉基潤滑脂：有較高的耐熱性，工作溫度可達110℃，但抗水性差； 鋰基潤滑脂：既能抗水、耐高溫（工作溫度不宜高于120℃），也有較

19、好的機械安定性，是一種多用途的潤滑脂。 鋁基潤滑脂：具有良好的抗水性，對金屬表面有高的吸附能力，故可起到很好的防銹作用。潤滑脂的主要質量指標有： 錐（針）入度：衡量潤滑脂稠度的指標。用一個重1.5N的標準錐體，在25℃恒溫下，由潤滑脂表面經5s后刺入的深度(以0.lmm計)進行檢驗； 滴點：滴點是指在規(guī)定的加熱條件下，潤滑脂從標準測量杯的孔口滴下第一滴時的溫度。 水份、灰份、機械雜質等,添加劑 ：為了提高油的品質

20、和使用性能，常加入某些分量雖少（從百分之幾到百萬分之幾）但對潤滑劑性能改善起巨大作用的物質，這些物質稱為添加劑。添加劑的作用有： l）提高潤滑劑的油性、極壓性和在極端工作條件下有效工作的能力。 2）推遲潤滑劑的老化變質，延長其正常使用壽命。 3）改善潤滑劑的物理性能，如降低凝點、消除泡沫、提高粘度、改進其粘-溫特性等。添加劑的種類： 油性添加劑、極壓添加劑、分散凈化劑、 消泡添加劑、抗氧化添加劑、降凝劑、

21、 增粘劑等。,4.4 機械零件的潤滑方式,邊界潤滑： 所謂邊界潤滑，就是兩摩擦面間通過一層邊界膜實現(xiàn)潤滑的一種潤滑方式。流體潤滑： 當摩擦副始終被一層具有一定壓力和一定厚度的流體膜完全隔開、相互運動的阻力只是流體內部的摩擦力時，這種潤滑狀態(tài)稱為流體潤滑。混合潤滑： 當摩擦副兩表面間的油膜不夠厚時，局部表面的輪廓峰仍可穿透潤滑油膜而發(fā)生接觸，而其他區(qū)域仍處于流體潤滑狀態(tài)，這種兼有邊界潤滑和流體潤滑的狀態(tài)稱為混合潤滑；潤滑狀態(tài)的轉化

22、 ：改變某些參數(shù)如壓強p、兩接觸面間相對滑動速度v、流體粘度η，邊界潤滑、混合潤滑和流體潤滑狀態(tài)可以相互轉化。Ⅰ邊界潤滑，Ⅱ部分彈流、混合潤滑，Ⅲ完全彈流、流體潤滑 膜厚比、潤滑狀與相對壽命,λ≤1時呈邊界潤滑狀態(tài)；1＜λ＜3時呈混合潤滑狀態(tài)或部分彈性流體動力潤滑狀態(tài)；λ≥3時呈流體潤滑狀態(tài)或完全彈性流體動力潤滑狀態(tài),4.5 流體潤滑原理及方法,流體動壓潤滑：兩個作

23、相對運動物體的摩擦表面，用借助于相對速度而產生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產生的動壓力來平衡外載荷，這種流體潤滑狀態(tài)稱為流體動壓潤滑。流體動壓潤滑的主要優(yōu)點：摩擦力?。▋H為流體內部的摩擦阻力）、磨損小甚至沒有，并可緩和振動與沖擊。,流體靜壓潤滑：流體靜壓潤滑是將液壓泵等外界設備提供的壓力流體送入摩擦表面之間，以靜壓力來平衡外載荷，使摩擦表面分離而達到流體潤滑的目的。流體靜壓潤滑技術已成熟應用于靜壓軸承、靜壓導軌、靜壓絲

24、杠等摩擦副零部件。潤滑油的潤滑方法及潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)的選擇和設計：潤滑劑的輸送、控制（分配、調節(jié)）、冷卻、凈化，以及壓力、流量、溫度等參數(shù)的監(jiān)控。機械設備使用的潤滑方法：有分散潤滑和集中潤滑兩大類型。集中潤滑又可分為全損耗系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)及靜壓系統(tǒng)等三種基本類型。,4.6 密封裝置,密封是為了阻止?jié)櫥蛷妮S承中流失，也是為了防止外界灰塵、水分等侵入軸承。根據(jù)密封元件間有無相對運動通常把密封分為靜密封和動密封兩大類。

25、密封結合面間沒有相對運動的密封稱為靜密封，密封元件間彼此有相對運動的密封稱為動密封。對于動密封，根據(jù)軸的運動形式可分為兩種基本類型，即旋轉軸密封和往復軸密封。也可根據(jù)密封元件之間是否接觸而分為接觸密封和非接觸密封。,靜密封 直接接觸密封： 墊片、墊圈密封 　　　 自緊式密封,接觸式旋轉軸密封 在裝配狀態(tài)下使密封件與密封面之間產生一個初始接觸壓力，使密封件材料的

26、表面產生適量的變形，與密封面相互接觸，堵塞流體通道，阻止液體的進出。 為了減小密封件與密封面之間的摩擦，必須使二者之間保持一層適當厚度的油膜，以避免產生干摩擦。因此，一切接觸式動密封均要在一定的潤滑方式下工作。氈圈密封 在端蓋或殼體上開出梯形槽，將矩形截面的氈圈放置在槽中與旋轉軸密合接觸，用于低速、脂潤滑的場合。,油封密封 油封是依靠有彈性的唇部進行密封的標準密封件。油封密封，因結構簡單、價格便宜、檢修方便，是目前應用

27、最廣泛的一種接觸式旋轉軸的密封方式,機械密封 機械密封是由一對或數(shù)對動環(huán)與靜環(huán)組成的平面摩擦副構成的密封裝置機械密封通常由以下四個部分組成：1）由動、靜環(huán)組成的摩擦副；2）由彈性元件為主要零件的補償緩沖件；3）輔助密封圈；4）帶動動環(huán)和軸一起回轉的構件。,1一彈簧座；2一彈簧；3一旋轉環(huán)(動環(huán))；4一壓蓋；5一靜環(huán)密封圈；6一防轉銷；7一靜止環(huán)(靜環(huán))；8一動環(huán)密封圈；9一軸(或軸套)；10--緊定螺釘,非接觸式旋轉軸密封

28、 在非接觸密封中不存在密封與運動部件之間的摩擦，因此也就沒有磨損。這樣的密封具有設計結構簡單、耐用、運行可靠的顯著特點，而且?guī)缀蹩梢圆痪S修保養(yǎng)。 迷宮密封,螺旋密封 螺旋密封是利用旋轉軸表面上的螺紋，當軸旋轉時，螺紋起類似螺桿泵的作用，壓送流體流回箱體內，以阻止流體泄漏。磁流體密封簡介 磁流體密封是一種非接觸密封，具有零泄漏、小摩擦、低功耗、無磨損、無老化，結構簡單，壽命長等特點，在氣體和真空密封、航天裝備、計算機硬盤

29、軸承中得到廣泛應用,復習思考題1、什么叫摩擦、摩擦力、干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦、混合摩擦、流體潤滑、混合潤滑、固體潤滑？2、摩擦特性曲線分為哪幾個階段？3、摩擦的粘著理論如何解釋摩擦的產生？4、邊界膜有哪幾種？各有何特點？5、什么叫磨損？其過程分為哪幾個階段？影響磨損的因素有哪些？6、常見磨損類型有哪些？7、什么叫軸承數(shù)？什么叫流體動力潤滑和彈性流體動力潤滑？什么叫流體靜壓潤滑？ 8、如何判斷潤滑所處的狀態(tài)？9、潤滑

30、劑有哪幾種？各有何特點？10、潤滑劑通常有哪些指標？什么叫添加劑？11、粘度是如何定義的？常用單位是什么？12、溫度和壓力是如何影響粘度的？,SEMINAR TOPIC,摩擦、磨損、潤滑、密封四者之間有什么樣的關系？談談本章內容在整個機械設計中應占有什么樣的地位？,本章作業(yè),3-7，3-18，3-19，3-20，3-23，3-24,鉆床和銑床的區(qū)別鉆床和銑床的區(qū)別　　鉆床系指主要用鉆頭在工件上加工孔的機床。通常鉆頭旋轉為主運動

31、，鉆頭軸向移動為進給運動。鉆床結構簡單，加工精度相對較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴、锪孔，鉸孔或進行攻絲等加工。銑床是用銑刀對工件進行銑削加工的機床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復雜的型面，效率較刨床高，在機械制造和修理部門得到廣泛應用。鏜床與銑床的區(qū)別　　鏜床與銑床的工作原理和性質相似。刀具的旋轉是主運動，工件的移動是進給運動。 　　鏜床多用于加工較長的通孔，大直徑臺階孔，大型箱體零件上不同

32、位置的孔等。由于鏜床的刀盤和鏜桿剛性較高，因此加工出的孔的直線度，圓柱度和位置度等都很高。 　　銑床也可以進行鏜孔，但加工范圍較小，精度也較低。銑床多用于平面，成型面，槽等加工。 　　搖臂鉆是效率很高的孔加工機床，由于它的主軸可以在加工范圍內快速的任意移動，而工件固定。因此加工大型箱體零件上的不同位置的孔，螺孔等，效率很高。編輯本段立式銑床的日常保養(yǎng)　　班前保養(yǎng) 　　(1)開車前檢查各油池是否缺油，并按照潤滑圖所示，使用清凈的機油進

33、行一次加油。 　　(2)檢查電源開關外觀和作用是否良好，接地裝置是否完整。 　　(3)檢查各部件螺釘、像目、手柄、手球及油杯等有無松動和丟失，如發(fā)現(xiàn)應及時擰緊和補齊。 　　(4)檢查傳動皮帶狀況。 鉆銑床[1](5)檢查電器安全裝置是否良好。 　　班中保養(yǎng) 　　(1)觀察電機、電器的靈敏性、可靠性、溫升、聲響及震動等情況。 　　(2)檢查電器安全裝里的靈敏和可靠程度。 　　(3)觀察各傳動部件的溫升、聲向及震動等情況。 　　(4)時

34、刻檢查床身和升降臺內的柱塞油泵的工作情況，當機床在運轉中而指示器內沒有油流出時，應及時進行修理。 　　(5)發(fā)現(xiàn)工作臺縱向絲杠軸向間隙及傳動有間隙，應按說明要求進行調整。 　　(6)主軸軸承的調整。 　　(7)工作臺快速移動離合器的調整。 　　(8)傳動皮帶松緊程度的調整。 　　班后保養(yǎng) 　　工作后必須檢查、清掃設備，做好日常保養(yǎng)工作，將各操作手柄(開關)置于空檔(零位)拉開電源開關，達到整齊、清潔、潤滑、安全。 　　定期保養(yǎng) 　　1.

35、每3個月清洗床身內部、升降臺內部和工作臺底座的潤滑油池、用汽油清洗潤滑油泵的游油網，每年不少于兩次。 　　2.升降絲杠用二硫化鋁油劑每兩月潤滑一次。 　　3.機床各部間隙的調整： 　　(1)主軸潤滑的調整，必須保證每分鐘有一滴油通過。 　　(2)工作臺縱向絲杠傳動間隙的調整，每3個月調整或根據(jù)實際使用情況進行調整，要求是傳動間隙充分減小，絲杠的間隙不超過1/40轉，同時在全長上都不得有卡住現(xiàn)象。 　　(3)工作合縱向絲杠軸向間隙的調整，