摩擦、磨损和润滑
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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)和表面分子相互吸引分子-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,摩擦力也会力F2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) 软金属剪切大量的试验表明,工程表面的实际接触面积约为名义接触面积的10-2~10-3,这样接触区压力很高,使材料发生塑性变形,表面污染膜遭到破坏,从而使基体金属发生粘着现象,形成冷焊结点(如图a 所示)。
摩擦磨损润滑之间的关系1. "同学们,今天咱们来聊个有趣的话题!"老王拿起两块小木板,"摩擦、磨损和润滑,这三个家伙就像是一个江湖故事里的主角。
"2. "你们看啊,"老王搓着两块木板,"摩擦就像两个人打架,非得较劲。
这两个表面碰在一起,就会产生阻力,这就是摩擦力。
"3. "老师,那磨损是啥意思啊?"小明举手问道。
"哈,磨损就是摩擦打架的后果!"老王笑着说,"就像两个人打架会受伤一样,两个表面摩擦久了,表面就会受伤,变得坑坑洼洼的。
"4. "摩擦和磨损就像是一对难兄难弟,"老王继续说,"哪里有摩擦,哪里就会有磨损。
就像你们天天穿的鞋底,走得多了就会磨薄,这就是摩擦导致的磨损。
"5. "那润滑又是干啥的呢?"小红好奇地问。
"润滑就像是和事佬!"老王拿出一瓶油,"它在两个打架的表面之间加一层'缓冲',让它们不那么剧烈地打架。
"6. "你们想想汽车发动机,"老王说,"里面的零件天天转啊转的,要是没有机油润滑,那些零件早就'打得头破血流'了。
润滑油就像个调解员,让零件们和平相处。
"7. "所以说啊,这三个家伙的关系可有意思了,"老王在黑板上画着,"摩擦会引起磨损,磨损会加剧摩擦,它们互相影响。
而润滑就像救火队员,哪里摩擦严重就去哪里救火。
"8. "生活中的例子可多了,"老王说,"你们写字的时候,笔尖和纸面摩擦,墨水就是润滑剂。
要是没有墨水,笔尖可能就把纸划破了。
"9. "还有你们的自行车链条,"老王接着说,"不上油的时候骑起来'吱吱呀呀'响,上了油后就顺滑多了,这就是润滑的功劳。
摩擦学中的磨损和润滑研究一、引言摩擦学是研究摩擦、磨损和润滑等问题的一门重要学科,其涉及到材料学、力学、化学、电子学等多个学科领域。
磨损和润滑是摩擦学研究的关键问题,其研究对于提高机械设备的使用寿命、降低能源消耗、提高生产效率等方面具有重要意义。
本文将重点阐述摩擦学中磨损和润滑的研究现状及未来发展方向。
二、磨损与磨损机理磨损是指摩擦双体之间的材料表面损伤和材料的松散、脱落等现象,它会对机械设备的寿命和性能产生严重影响。
磨损机理包括磨粒磨损、微动磨损、疲劳磨损等。
其中磨粒磨损主要是由于磨粒在摩擦过程中撞击表面而造成的局部磨损。
微动磨损是由微观结构上的相对位移和相互接触引起的。
疲劳磨损是由于表面应力加载和循环变化引起的。
三、润滑与润滑机理润滑是指在两个表面之间形成液体或膜层,降低摩擦系数和磨损的现象。
润滑机理主要分为液体润滑、固体润滑和气体润滑。
液体润滑是指在两个表面之间形成液体膜层,减少表面间的接触和摩擦;固体润滑是指添加固体润滑剂,形成在表面上的保护膜层,减少表面间的接触及摩擦;气体润滑是指利用高压气体形成气体薄层,以减少表面间接触,减轻摩擦力和磨损。
四、研究现状1. 磨损研究在磨损方面,目前的研究主要集中在材料的选择和改性上,包括表面改性、材料合成和涂层技术。
表面改性的方法包括化学改性、物理改性和机械改性等。
化学改性主要是通过表面处理等方法,改变材料表面化学性质以提高耐磨性和耐腐蚀性能。
物理改性是利用离子注入、电子束强化等方法改变材料的物理性能;机械改性主要是通过表面处理、高温等方式增强材料的硬度和韧性。
2. 润滑研究在润滑方面,目前的研究主要集中在润滑剂的开发和润滑机理的研究上。
润滑剂的研究主要包括传统的润滑油和润滑脂的改进,以及新型的润滑剂的研究和应用。
润滑机理的研究主要是将摩擦、粘度、黏度、液态密度等多个参数综合考虑,构建一个更为科学合理的润滑理论体系。
五、未来发展方向未来的磨损和润滑研究将更加注重材料的基础性能和提高材料防磨损和润滑性能。
第四章摩擦、磨损和润滑
一、选择题
4-1 现在把研究有关摩擦、磨损与润滑的科学与技术统称为__________。
(1)摩擦理论(2)磨损理论(3)润滑理论(4)摩擦学
4-2 两相对滑动的接触表面,依靠吸附的油膜进行润滑的摩擦状态称为____________。
(1)液体摩擦(2)干摩擦(3)混合摩擦(4)边界摩擦
4-3 两摩擦表面被一层液体隔开,摩擦性质取决于液体内部分子间粘性阻力的摩擦状态称为__________。
(1)液体摩擦(2)干摩擦(3)混合摩擦(4)边界摩擦
4-4 两摩擦表面间的膜厚比λ=0.4~3时,其摩擦状态为__________。
(1)液体摩擦(2)干摩擦(3)混合摩擦(4)边界摩擦
4-5 两摩擦表面间的膜厚比λ<0.4时,其摩擦状态为__________。
(1)液体摩擦(2)干摩擦(3)混合摩擦(4)边界摩擦
4-6 两摩擦表面间的膜厚比λ>3~5时,其摩擦状态为__________。
(1)液体摩擦(2)干摩擦(3)混合摩擦(4)边界摩擦
4-7 通过滑动轴承试验,可得到摩擦系数μ与轴承特性数ηn/p相互关系的摩擦特性曲线,下图中__________是正确的。
题4-7图题4-8图4-8 如图所示,在滑动轴承摩擦特性曲线μ—ηn/p的A区内,摩擦状态属于__________。
(1)干摩擦(2)混合摩擦(3)边界摩擦(4)液体摩擦
4-9 在滑动轴承μ—ηn/p曲线的A区内(见题4-8图),摩擦状态如图__________所示。
4-10 如图所示,混合摩擦状态应位于滑动轴承摩擦特性曲线μ—ηn/p的__________。
(1)Ⅰ区(2)Ⅱ区(3)Ⅲ区(4)与临界特性数对应的E点
4-11 如题4-10图所示。
边界摩擦应位于滑动轴承摩擦特性曲线μ—ηn/p 的__________。
(1)Ⅰ区 (2)Ⅱ区 (3)Ⅲ区 (4)与临界特性数对应的E 点
题4-9图 题4-10图
4-12 采用含有油性和极压添加剂的润滑剂,主要是为了减小_________。
(1)粘着磨损 (2)表面疲劳磨损 (3)磨粒磨损 (4)腐蚀磨损
4-13 通过大量试验,得出的摩
擦副的磨损过程图(磨损量q 与时间t
的关系曲线),图中_________是正确的。
4-14 为了减轻摩擦副的表面疲
劳磨损,下列措施中_________不是正确
的措施。
(1)合理选择表面粗糙度
(2)合理选择润滑油粘度
(3)合理选择表面硬度
(4)合理控制相对滑动速度 题4-13图
4-15 根据牛顿液体粘性定律,大多数润滑油油层间相对滑动时所产生的切应力τ与偏导数y
v ∂∂之间的关系是__________。
(1)y v ∂∂-=ητ (2)2⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛∂∂-=y v ητ (3)y
v ∂∂-=ητ (4)2
⎪⎪⎭⎫ ⎝∂∂-=y v ητ 4-16 润滑油的_________又称为绝对粘度。
(1)运动粘度 (2)动力粘度 (3)恩格尔粘度 (4)赛氏通用秒
4-17 动力粘度η的c ·g ·s 制(绝对单位制)单位为_________。
(1)泊(P ) (2)厘斯(cSt ) (3)恩氏度(o E ) (4)帕·秒(Pa ·s ) 4-18 动力粘度η的国际单位制(SI )单位为_________。
(1)泊(P ) (2)厘斯(cSt ) (3)恩氏度(o E ) (4)帕·秒(Pa ·s )
4-19 运动粘度ν是动力粘度η与同温度下润滑油_________的比值。
(1)密度ρ(2)质量m (3)相对密度d (4)速度v
4-20 运动粘度ν的国际单位制(SI)单位为_________。
(1)m2/s (2)厘斯(cSt)(3)厘泊(cP)(4)帕·秒(Pa·s)
4-21 运动粘度ν的c·g·s制(绝对单位制)单位为_________。
(1)m2/s (2)斯(St)(3)厘泊(cP)(4)帕·秒(Pa·s)
4-22 我国常用的相对粘度(条件粘度)的单位为_________。
(1)m2/s (2)厘斯(cSt)(3)厘泊(cP)(4)恩氏粘度(o E)
4-23 当压力加大时,润滑油的粘度_________。
(1)随之加大(2)保持不变(3)随之减小
(4)增大还是减小或不变,视润滑油性质而定
4-24 当稳定升高时,润滑油的粘度_________。
(1)随之升高(2)随之降低(3)保持不变
(4)升高或降低视润滑油性质而定
4-25 在新国标中,润滑油的恩氏粘度o E是在规定的温度t等于________摄氏度时测定的。
(1)20 o C (2)40 o C (3)50 o C (4)100o C
二、分析与思考题
4-26 何谓摩擦、磨损和润滑?它们之间的相互关联如何?
4-27何谓静摩擦和动摩擦?哪种摩擦力大?
4-28按摩擦面间的润滑状况,滑动摩擦可分哪几种?
4-29 在不同润滑状态下,当载荷和润滑油粘度保持不变二滑动速度增加时,摩擦系数如何变化?这是为什么?
4-30 按照摩擦机理分,磨损有哪几种基本类型?它们各有什么主要特点?如何防止或减轻这些类型的磨损发生?
4-31 机械零件的磨损过程分为哪三个阶段?怎样跑合可以延长零件的寿命?
4-32 实现液体润滑的方法有哪几种?它们的工作原理有何不同?各自特点如何?
4-33 获得流体动压润滑的必要条件是什么?
4-34 润滑剂的作用是什么?常用润滑剂有哪几种?
4-35 流体动压润滑及弹性流体动压润滑,二者之间的最根本差别是什么?
4-36 什么是膜厚比λ?引入这个参量在润滑工程中有何现实意义?
4-37 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?
4-38 试述润滑油粘度的物理意义。
粘度的表示方法有哪几种?各种粘度的单位及换算关系是什么?哪一种适用于流体动压计算中?
4-39 两种润滑油如果粘度相同,是否就可以完全代替?如果不可以,还应考虑哪些问题?
4-40 润滑油中为什么要加入添加剂?常用的添加剂有哪几种?
4-41 润滑油(指各种矿物油)的粘度—压力关系可用何经验公式表示?要求对公式
中的各项予以说明。
三、设计计算题
4-42 由试验得到轴承合金材料的摩擦特性曲线如图所示,其摩擦系数最小点的轴承
特性系数λc=2.5×107。
有一滑动轴承的宽度B=100mm,
轴颈直径d=100mm,轴转速n=120r/min。
承受径向载荷
F r=30000N,润滑油的动力粘度η=0.03Pa·s。
问此轴承是
否可以得到液体摩擦?
4-43 在题4-42中,如果希望λ≥λc,这时轴转速最
低应为多少?如轴转速达到此最低值,该轴承处于何种润滑
状态?题4-42图4-44 为了得到可靠的液体摩擦滑动轴承,在设计中常要求λ≥3λc。
按这样的要求,题4-42中的轴承尺寸应该怎样改变?。