摩擦磨损及润滑概述79506
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摩擦、磨损与润滑概述摩擦、磨损和润滑是一个古老的课题,摩擦学的一般定义是:“关于相对运动中相互作用表面的科学、技术及有关的实践”。
通常也理解为包括摩擦、磨损和润滑在内的一门跨学科的科学。
在机器系统中,机器构件的运动是最基本和最重要的功能。
机器构件之间的相对运动和接触作用(约束)是通过运动副来实现的,同时也在运动副中两表面之间产生摩擦、磨损和润滑等物理现象,称作摩擦副。
运动副主要分为低副(理论上为面接触,如滑动轴承、导轨、制动器、密封等)和高副(理论上是线、点接触,如齿轮、凸轮等)。
机器中任何一个摩擦副故障(称为摩擦学失效),都将使机器全部或相关部分产生超出设计允许的运动甚至造成功能的失效。
而这种故障在概率上又远远超过由构件整体失效导致的功能丧失。
同时,避免摩擦学失效,是一件非常复杂及艰难的问题。
因此,摩擦副的设计就是摩擦学研究的基本问题和极其重大的课题,也是机器设计的关键技术之一。
机器除了要消耗很大一部分的能量来克服摩擦阻力外,由于机器中的摩擦副往往会较早地损坏,相应的零部件(易损件)就需要定期更换。
许多机器每年制造用以更换易损件的钢材量与制造整机的相当。
再加上制造、运输、存储、维修维护的费用和维修时的停机损失,构成了机器运行成本中的一个很大的份额。
具统计,汽车的维护费用与油料费用相当;机器的失效报废,有80%以上是由磨损造成的。
常见的摩擦学失效如下:1.轴承因磨损而间隙变得过大,轴颈就偏离设计规定的位置,机器将失去预定的运动精度;当轴上作用有不稳定的载荷时,间隙过大直接导致轴颈与轴承表面的撞击和机器的振动;轴及轴上零件的变位,会导致许多不同类型的非法运动;摩擦形成的热膨胀使间隙变小或润滑不良,轴颈就可能与轴承咬死而完全不能旋转。
2.齿轮齿面或凸轮表面因磨损几何形状发生变化,结果将破坏齿轮传动的平稳性和设计所规定的从动件的运动规律,磨损还造成齿轮轮齿强度的降低和断齿。
3.运动副(如机床导轨等)的“爬行”是一个古典的非线性振动问题,其起因是静摩擦系数大于动摩擦系数而产生的特殊现象。
摩擦、磨损及润滑概论在外力作用下,一物体相对于另一物体运动(或有运动趋势)时,在摩擦表面上所产生的切向阻力叫做摩擦力,其现象称为摩擦。
摩擦是一种不可逆过程,其结果必然造成能量损耗、效率降低、温度升高、摩擦表面物质的丧失或迁移——表面磨损。
过度磨损会使机器丧失应有的精度,产生振动和噪声,缩短使用寿命。
统计资料表明,世界上在工业方面约有30%的能量消耗于摩擦过程中,约有80%的零件是因磨损而报废。
而为了减少摩擦、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,工程中最经济、最有效、也是最常用的方法就是润滑。
当然,摩擦在机械中也并非总是有害的,如利用摩擦传递动力(如带传动、摩擦无级变速器、摩擦离合器)、制动(如摩擦制动器) 或吸收能量起缓冲阻尼作用(如环形弹簧、多板弹簧)等正是靠摩擦来工作的,这时还要进行增摩技术的研究。
因此,研究摩擦、磨损和润滑,弄清其现象、机理和影响因素,以便在设计阶段就采取有效的措施加以控制,已成为机械设计的基本任务之一。
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。
本章将概略介绍机械设计中有关摩擦学方面的一些基本知识。
第一节摩擦及润滑机理一、摩擦表面的形貌金属是机械中最常用的材料,故在此只讨论金属的表面形貌。
我们知道,即使是经过精加工的表面也不是理想光滑的,在显微镜下放大来看,总是高低不平的。
有的大体上有一定规律,如刨削表面;有的则完全是随机的,象地球表面一样,十分复杂,如抛光表面。
图10-1所示为表面形貌的放大图,凸起的地方称为微凸体(波峰)。
目前,常用剖面轮廓的表面粗糙度和表面波度来表征表面的形貌。
例如,表面轮廓的算术平均偏差R a就是表面粗糙度的一个重要参数,磨削表面的R a约为0.63μm左右,抛光表面的R a则为0.08μm左右,R a值愈大表明表面愈粗糙。
图10-1 摩擦表面的形貌显然,两个这样的摩擦表面直接接触时,实际接触的只是个别的微凸体,如图10-2所示。
九、摩擦、磨损及润滑概述一 选择题(1) 摩擦副表面为液体动压润滑状态,当外载荷不变时,摩擦面间的最小油膜厚度随相对滑动速度的增加而 B 。
A. 变薄B. 增厚C. 不变(2) 两相对滑动的接触表面,依靠吸附油膜进行润滑的摩擦状态称为 B 。
A. 干摩擦B. 边界摩擦C. 混合摩擦D. 液体摩擦(3) 各种油杯中, C 可用于脂润滑。
A. 针阀油杯B. 油绳式油杯C. 旋盖式油杯(4) 为了减轻摩擦副的表面疲劳磨损,下列措施中, D 是不合理的。
A. 降低表面粗糙程度B. 增大润滑油粘度C. 提高表面硬度D. 提高相对滑动速度(5) 表面疲劳磨损(点蚀)的发生与 D 有关。
A. 酸、碱、盐介质B. 瞬时温度C. 硬质磨粒D.材料浅层缺陷(6) 采用含有油性和极压添加剂的润滑剂,主要是为了减少 A 。
A. 黏着磨损B. 磨粒磨损C. 表面疲劳磨损D. 腐蚀磨损(7) 摩擦与磨损最小的摩擦状态是 D ,摩擦与磨损最大的摩擦状态是 A 。
A. 干摩擦B. 边界摩擦C. 混合摩擦D. 液体摩擦(8) 已知某机械油在工作温度下的运动黏度s mm /202=ν,该油的密度ρ为3/900m kg ,则其动力黏度为 D s Pa ⋅。
A. 18000B. 45C. 0.0018D. 0.018(9) 在一个零件的磨损过程中,代表使用寿命长短的是 B 。
A. 剧烈磨损阶段B. 稳定磨损阶段C. 磨合阶段D. 以上三个阶段之和(10) 对于齿轮、滚动轴承等零件的润滑状态,应采用 C 理论。
A. 流体动力润滑B. 流体静力润滑C. 弹性流体动力润滑D. 极压润滑 二 填空题(1) 根据磨损机理,磨损可分为 粘着磨损 、 接触疲劳磨损 、 磨料磨损 、和 腐蚀磨损 。
(2) 一个零件的磨损过程大致可以分为 磨合 磨损、 稳定 磨损、 剧烈磨损三个阶段,在设计或使用时,应力求 缩短磨合期 、 延长稳定磨损阶段 、 推迟剧烈磨损阶段的到来 。