第四章 摩擦、磨损及润滑概述
分析与思考题
4-1 按照摩擦面间的润滑状态不同，滑动摩擦可分为哪几种?
4-2 膜厚比的物理意义是什么?边界摩擦、混合摩擦和液体摩擦所对应
的膜厚比范围各是多少?
4-3 在工程中，常用金属材料副的摩擦系数是如何得来的?
4-4 什么是边界膜?边界膜的形成机理是什么?如何提高边界膜的强度?
4-5 零件的磨损过程大致可分为哪几个阶段?每个阶段的特征是什么?
4-6 根据磨损机理的不同，磨损通常分为哪几种类型?它们各有什么主
要特点?
4-7 润滑油的粘度是如何定义的?什么是润滑油的粘性定律?什么样的液
体称为牛顿液体?
4-8 粘度的表示方法通常有哪几种?各种粘度的单位和换算关系是什么?
4-9 润滑油的主要性能指标有哪些?润滑脂的主要性能指标有哪些?
4-10 在润滑油和润滑脂中加入添加剂的作用是什么?
4-11 流体动力润滑和流体静力润滑的油膜形成原理有何不同?流体静力
润滑的主要优缺点是什么?
4-12 流体动力润滑和弹性流体动力润滑两者间有何本质区别?所研究的
对象有何不同?
一、气压力系统
1：气压压力表 设定为5Kgf/cm
2：锁固油压压力表YD30设为200Kgf/cm （AIR 4Kgf/cm ）
锁固油压压力表YD45设为200Kgf/cm （AIR 4Kgf/cm ）
3：空气源 4：空气源
5：三点组合 6：压力开关
7：锁固泵浦组 8：油箱
9：油位表 10：加油口
11：调压阀 12：喷风装置
13：卸压电磁阀
3、空气管路系统图：
项目 名称 规格 数量 项目 名称 规格 数量
1 球阀 PT 1/2” 1 调压阀 1
2 三点组合 PT 1/2” 1 气动泵浦 1
3 气压表 0-10Kgf/cm 1 储气桶 1
4 橡胶管 3/8” 1 球阀 PT1/4内外牙 1
5 分气阀 1 气管接头 PT 1/4”*φ6 1
6 分气阀 1 电磁阀 363-400-00B0 1
7 快速接头 PT 1/2” 1 消音器 PT 1/2” 1
8 电磁阀 PT 1/4” 1 快速排气阀 PT 3/4” 1
9 气管接头 PT 1/4”*φ8 1 消音器 PT 3/4” 1
10 压力开关 0-10Kg 1 旋转轴封 PT 3/4” 1
注：打“*”符号的为YD-65冲床用，其余部份适用。
4、空气压力系统说明：
（1）空气源：应适用具有5Kgf/cm 以上空气压力及3HP空气压缩机。 （2）球阀：当此阀打开时，要锁空气方可进入本机台之储气筒；当此阀关闭时，方可对储气筒和三点组合排水。
机械设计教案（68） 第四章 摩擦、磨损及润滑概述 大纲要求：了解机械零件的润滑状态；了解机械零件的摩擦与磨损规律；掌握常用润滑 材料和润滑方式；了解常用密封方法和密封件的性能与选用。（2＋1 学时） 重点内容：机械零件的摩擦状态、磨损规律。常用润滑油和润滑脂的主要性能指标及选 用原则。常用润滑方式。常用密封方法。常用密封件的性能及选用。 §4―1 摩擦学发展概况 Jost 的报告，Tribology诞生，摩擦学研究得到世界各国的广泛重视，成果丰硕。 §4―2 摩擦 静摩擦 滚动摩擦 摩擦 摩擦 干摩擦 动摩擦 滑动摩擦 边界摩擦 流体摩擦 混合摩擦 边界摩擦 流体摩擦 混合摩擦 膜厚比λ≤ 1 λ ＞ 3 1 ≤λ≤ 3 F.P.Bowden ,Tabor在 1945年提出摩擦的粘着理论，1963 年又进一步提出修正的粘着 理论。目前可以解释很多摩擦现象。 边界摩擦理论认为： 边界膜 吸附膜 物理吸附膜 （靠润滑油中的极性分子形成――油性） 化学吸附膜 （靠润滑油中的化学键结合形成） 反应膜（靠润滑油中的 S、P、Cl等与金属表面的化学反应形成 ――极压性） 维持边界膜是相互运动的摩擦表面所必需的，否则将会产生剧烈摩擦。 吸附膜 只在较低温度下存在。 反应膜 只在较高温度下（通常 150 o C～200 o C)才能生成。反应膜牢固，但有腐蚀性。 添加剂的合理应用 ，见图4－10 流体润滑（液体润滑） 动压液体润滑 （滑动轴承中讲述） 静压液体润滑 §4―3 磨损 磨损的一般规律 ，图 4－6 ――磨合阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段 跑合（磨合）的重要性――有合适的磨合期，按一定的规程进行缓慢、逐级加载，并注 意润滑油的清洁，防止磨粒磨损。 磨损按其机理可分为： 粘附磨损 磨粒磨损机械设计教案（68） 疲劳磨损 冲蚀磨损（流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损） 腐蚀磨损（机械化学磨损） §4－3 润滑剂、添加剂和润滑方法 （一）润滑剂 1．润滑油 润滑油的种类 润滑油的主要性质指标： ⑴ 粘度――表征润滑油流动时的内部阻力。 （重点内容） 动力粘度――牛顿在1687 年研究粘性液体流动的摩擦定理中，定义了动力粘度η 见图 4－7 ， 4－8 τ＝－η ≈ ∂u/∂y （4-6） 动力粘度η的量纲 N·s/m 2 或 Pa·s 。不便测量，主要用于流体动力学计算。 运动粘度―― 动力粘度η与同温度下该液体密度ρ之比值, υ＝η/ρ （4－7） 运动粘度υ的量纲 m 2 / s .在 C.G.S 制中用 St（斯）,1 St=1 cm 2 /s;常用的为 cSt(厘斯)， 1 cSt=1 mm 2 /s 。GB/T314-1994 规定采用润滑油在 40℃时的运动 粘度中心值作为润滑油的牌号。 条件粘度―― 用一定的粘度计进行计量的润滑油的粘度，主要是商业用。如恩氏度 （ o Et）,赛氏秒（SUS） ，雷氏秒（R） 润滑油的粘－温特性：随着温度的升高，粘度将变小。其影响程度由粘度指数（VI）表 示，VI 越大，则粘度随温度的变化越小，即粘－温性能越好。图 4－9 为几种全损耗系统润滑 油的粘－温曲线。 润滑油的粘－压特性：当应力很高（大于 20MPa）时,润滑油的粘度将明显增大。一般， 只在高副元件中才有这种现象，如重载齿轮传动中，啮合处的局部压力可能高达 4000MPa，此 时润滑油的粘度极大，变得像腊状的固体。 ⑵ 润滑性（油性）――润滑油中含有极性分子形成吸附膜的能力 ⑶ 极压性――润滑油中含有极压添加剂而形成化学反应膜的能力 ⑷ 闪点 ⑸ 凝点 ⑹ 氧化稳定性 1．润滑脂 国外发展状况 润滑脂种类及特性――钙基润滑脂、钠基润滑脂、 存在的差距 鋰基润滑脂、铝基润滑脂 品种、品质 润滑脂的主要性质指标： 添加剂 ⑴ 锥入度（针入度、稠度） 合成油 ⑵ 滴点 （二）各种添加剂――油性添加剂、极压添加剂、消泡剂、MｏＳ２……
摩擦、磨损和润滑
§1 摩 擦
在一定的压力下，表面间摩擦阻力的大小与两表面间的摩擦状态有密切关系，不同摩擦状态下，产生摩擦的物理机理是不同的。
一、 摩擦状态
按摩擦状态，即表面接触情况和油膜厚度，可以将滑动摩擦分为四大类，干摩擦、边界摩擦（润滑）、液体摩擦（润滑）和混合摩擦（润滑），如图所示。
1.干摩擦 两摩擦表面间无任何润滑剂或保护膜的纯净金属接触时的摩擦，称为干摩擦。在工程实际中没有真正的干摩擦，因为暴露在大气中的任何零件的表面，不仅会因氧气而形成氧化膜，且或多或少也会被润滑油所湿润或受到"污染"，这时，其摩擦系数将显著降低。在机械设计中，通常把不出现显著润滑的摩擦，当作干摩擦处理。
2.边界摩擦 两摩擦表面各附有一层极薄的边界膜，两表面仍是凸峰接触的摩擦状态称为边界摩擦。与干摩擦相比，摩擦状态有很大改善，其摩擦和磨损程度取决于边界膜的性质、材料表面机械性能和表面形貌。
3.液体摩擦 两摩擦表面完全被液体层隔开、表面凸峰不直接接触的摩擦。此种润滑状态亦称液体润滑，摩擦是在液体内部的分子之间进行，故摩擦系数极小。这时的摩擦规律已有了根本的变化，与干摩擦完全不同。关于液体摩擦（液体润滑）的问题，将在滑动轴承中进一步讨论。
4.混合摩擦 两表面间同时存在干摩擦、边界摩擦和液体摩擦的状态称为混合摩擦。
二、干摩擦理论
干摩擦理论主要有：
（1） 机械理论认为摩擦力是两表面凸峰的机械啮合力的总和，因而可解释为什么表面愈粗糙，摩擦力愈大；
（2）
分子-机械理论认为摩擦力是由表面凸峰间的机械啮合力F1和表面分子相互吸引力F2两部分组成，因而这一理论可解释为什么当接触表面光滑时，摩擦力也会很大。但上述两种理论不能解释能量是如何被消耗的；
（3）粘着理论；
（4）能量理论等。
a) 结点 b) 界面剪切 c)
软金属剪切
a) 结点 b) 界面剪切 c) 软金属剪切
