机械原理 第四章 摩擦磨损及润滑

锂基润滑脂 铝基润滑脂
(1) 钙基润滑脂 抗水性好，耐热能力差，工作温度低于 ℃ (2)。 钠基润滑脂
55~65
耐热性好，工作温度可达 120 ℃，抗水性差。可与 少量水乳化，从而保护金属免遭腐蚀，比钙基脂有更 好的防锈能力。 (3) 锂基润滑脂 既能抗水，又耐高温，而且有较好的机械安定型，是 一种多用途的润滑值。工作温度不宜超过 145 ℃ 。 (4) 铝基润滑脂 抗水性好，吸附能力强，可起到良好的防锈作用。
选用原则：
30 40 50 60 70 80 90 ℃
1) 载荷大、温度高的轴承，宜选用粘度大的油； 2) 载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油；
2. 润滑脂
----润滑油与各种稠化剂（钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠 化而成。
优点：密封简单、不需要经常添加、不易流失；对速度和温度 不敏感，适用范围广。
4. 混合摩擦
混合摩擦是指摩擦表面间处于边界 摩擦和流体摩擦的混合状态。混合摩擦 能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边 界摩擦时要小得多。
v
边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分， 常统称为不完全液体摩擦。
可实现： f ≤0.001 ----超润滑摩擦状态。
§4-2 磨
磨损过程如图： ▲磨合阶段----包括摩擦表 面轮廓峰的形状变化和表面 材料被加工硬化两个过程。
当 1.35 < ° Et ≤3.2时，Vt = 8.0° Et
条件粘度 平均温度t时的运动粘度
8.64 ° Et 4.0 ° Et
cSt cSt cSt
当 ° Et > 3.2时， 当 ° Et > 16.2时，
Vt = 7.6° Et Vt = 7.14° Et
润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系，如牌号为LAN10的油在40℃时的运动粘度大约为10 cSt。
润滑油的特性：
1）粘----温相关性
温度 t ↑ 压力p ↑ →η↓ 粘--温图
η
0.08 0.07 0.06
L-TSA32 L-TSA32
→η↑
L-TSA32
L-TSA32
0.05 但p <10 Mpa时可忽略。变化很小 0.04 粘度值的大小不仅影响摩擦 0.03 副的运动阻力，而且对润滑油 膜的形成及承载能力具有决定 0.02 性的作用。 0.01
二、 滑动摩擦状态
1. 干摩擦 两零件表面直接接触后，因为微观局部压力高而形成许 多冷焊点，运动时被剪切。 →功耗↑ 磨损↑ 温度↑ →烧毁轴瓦
不允许出现干摩擦！
三、 滑动摩擦状态
2. 边界摩擦 运动副表面有一层厚度<1 μm的薄油膜，不足以将两金 属表面完全分开，其表面部分微观高峰部分仍将相互 搓削。 比干摩擦的磨损轻，f ≈ 0.1 ~ 0.3 v 3. 液体摩擦 有一层压力油膜将两金属表面隔开， 彼此不直接接触。是理想的摩擦状态。 摩擦和磨损极轻，f ≈ 0.001 ~ 0.01 v
缺点：摩擦损耗较大、机械效率低，不适宜高速场合。
润滑脂
润滑油与各种稠化剂（钙、钠、铝、锂等金属 皂）混合稠化而成。
优点：密封简单，不需要经常添加，不易流失，对速 度和温度不敏感，适用范围广。 缺点：摩擦损耗较大、机械效率低，不适宜高速场合。 润滑脂的种类： 钙基润滑脂 ——工程上应用最广 分类 钠基润滑脂
3、添加剂
添加剂——为了改善润滑剂品质和性能而添加的物质。 作用——提高油性、极压性、延长使用寿命、改善性能。
摩擦系数 f 非极压油 含极压添 加剂的油 含脂肪 酸的油
油性添加剂 极压添加剂 种类
分散净化剂 消泡添加剂 抗氧化添加剂 降凝剂
增粘剂
含脂肪酸和极压添加剂的油 软化温度t/℃
若润滑油中同时加入油性添加剂和极压添加剂，则低温时可以靠油性添加剂的油 性来获得减摩性，高温时则靠极压添加剂的化学反应膜来得到良好的减摩性
三、润滑方法
润滑油供油方式有：
人工给油； 润滑方式 油杯滴油； 浸油润滑、飞溅给油； 用油泵强制润滑和冷却。 低速传动
高速传动
四、润滑装置
1. 油杯
旋盖式油杯
脂用
针阀 式油 杯 弹簧盖油杯
压注式油杯
2. 油环
是指摩擦副在微幅运动时，由上述各磨损机理共同形 成的复合磨损。微幅运动可理解为不足以使磨粒脱离摩 擦副的相对运动。 应用实例：轴与孔的过盈配合面、滚动轴承套圈的 配合面、旋合螺纹的工作面、铆钉的工作面等。
§4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法
一、 润滑剂
作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。
（4）闪点
润滑油在标准容器中加热所蒸发的油气，遇火焰即 能发出闪光时的最低温度，是衡量油易燃性的指标。对于在 高温下工作的机器，这是一个重要参数。一般要求工作温度 比油的闪点低 30~40℃ 。
（5）凝点
润滑油在规定的条件下，不再自由流动时所 达到的最高温度。它是润滑油在低温下工作的一个重 要指标，直接影响到机器在低温下的启动性能和磨损 情况。 （6）氧化稳定性 从化学意义上讲，润滑油是不活泼的。但当 它们暴露在高温气体中时，也会发生氧化并生成硫、 氯、磷的酸性化合物。这是一种胶状沉积物，不但腐 蚀金属，而且加剧零件的磨损。
§4-0 概 述
▲ 摩擦--相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象；
▲ 磨损--由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；
▲ 润滑--减轻摩擦和磨损所应采取的措施。
机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和 更换的。
减少摩擦
节省能源；
减少磨损
降低设备维修次数和费用，节省制造零 件及其所需材料的费用。
全损耗 系统用油 GB 443-89
L-AN10
L-AN15 L-AN32 L-AN46 L-AN68 L-AN100 L-TSA32
165 普通机床的液压油。 170 用于一般滑动轴承、 齿轮、蜗轮的润滑 180 190 用于重型机床导轨、 矿山机械的润滑 210
汽轮机油 GB 11120-89 L-TSA46
第四章 机械零件设计概论
§4-0 概 §4-1 摩 §4-2 磨 述 擦 损
§4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法 §4-4 流体润滑原理简介
§4-0 概 述
同样摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象。
世界上1/3~1/2的能源消耗在摩擦上，各种机械零件
因磨损失效的也占全部失效零件的一半以上。磨损
是摩擦的结果，润滑则是减少摩擦和磨损的有力措 施。 摩擦学----研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损 和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边 缘学科。
粘附磨损 ：
粘附磨损—也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处 由于瞬时的温升和压力发生“冷焊”后，在相对运动时，材料从 一个表面迁移到另一个表面，便形成粘附磨损。严重 的粘附磨损 会造成运动副咬死。
疲劳磨损 ：
疲劳磨损—也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在交变 的摩擦 力作用下，反复变形所产生的材料疲劳所引起的机械磨 损。点蚀过程：产生初始疲劳裂纹→扩展→ 微粒脱落，形 成点 蚀坑。
磨损的分类： 磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损 冲蚀磨损 腐蚀磨损 微动磨损 点蚀磨损 胶合磨损 擦伤磨损
两种不同的称谓
按磨损机理分
磨损
类型
按磨损表面 外观可分为
磨粒磨损 ：
磨粒磨损—外部进入摩擦面间的游离硬颗 粒（如空气中的尘土或 磨损造成的金属微粒）或硬的轮廓峰尖在软材料表面上犁刨出很 多沟纹时被移去的材料，一部分流动到沟纹两旁，一部分则形成 一连串的碎片脱落下来成为新的游离颗粒，这样的微粒切削过程 就叫磨粒磨损。
损
磨损—由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。
磨损量
磨损曲线
时间 磨合阶段
▲稳定磨损阶段----零件在 平稳而缓慢的速度下磨损。
机器的寿命
稳定磨损阶段
剧烈磨 损阶段
▲剧烈磨损阶段----在经过稳定磨损阶段后，零件表面遭 到破坏，运动副间隙增大引起额外的动载荷和振动。零 件即将进入报废阶段。 设计机器时，要求缩短磨合期、延长稳定期、推迟剧烈 磨损期的到来。
（2）润滑性（油性）
润滑性是指润滑油中的分子与金属表面吸附形成一 边界油膜，以减小摩擦和磨损。润滑性愈好，吸附能力愈强。 对于那些低速重载或润滑不充分的场合，润滑性具有特别重 要的意义。
（3）极压性
润滑性能是润滑油中加入含硫、氯、磷的有机极性 化合物之后，油中的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，它在重载、高速、高温条件下， 可改善边界润滑性能。
化学合成油
其中因矿物油来源充足，成本低廉，适用范围光，而且稳定好，故 应用做多。
润滑油的性能指标： 润滑油的粘度可定性的定义为它的流动阻力，它 （1）粘度
是润滑油最重要的性能之一。
动力粘度
运动粘度
条件粘度
表4-2
名
常用润滑油的主要性质
主要用途
用于高速低负荷机械、 110 精密机床、纺织纱锭的 125 润滑和冷却
§4-1 摩
一、摩擦的分类
擦
内 摩 擦：在物质的内部发生的阻碍分子之间相对 运动的现象。
外 摩 擦：在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍 作用现象。
静 摩 擦：仅有相对运动趋势时的摩擦。 动 摩 擦：在相对运动进行中的摩擦。
滑动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滑动。
滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动。
润滑
粘度可用动力粘度、运动粘度、条件粘度（恩氏 粘度）等表示。我国的石油产品常用运动粘度来标 定。 （1）动力粘度
（2）运动粘度


η为动力粘度，单位为Pa•s；为密度，单位为
kg / m3
ν为运动粘度，单位为 m 2 s 。