摩擦学原理第10章润滑状态转化课件
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摩擦磨损与润滑概述PPT课件
第二定律：摩擦力与表面接触面积无关。
边界摩擦：
1、概念： 摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，但有相当多的不平凸
峰接触，摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能的摩擦。
2、摩擦模型：极性原子团
①、单层分子边界膜： ②、多层分子边界膜：
3、边界膜的分类与机理： ①
②
吸附膜 反应膜
物理吸附膜 化学吸附膜
度形子学（成吸键润1化润引润5力滑合0滑力滑作～剂物济作剂用2中，在用0与而的0即有下金°吸脂）在硫，属附肪下润、紧表在酸，滑氯贴面金分与剂、于接属子金和磷金触表的属金时属时面极起属，表，上性化界并面在，分学面在上两形子反处较，者成受应形高即分的化，成温形 的成化边物学界理吸膜吸附。附膜膜。。
磨损率。
磨合阶段
稳定磨损阶段
时间 剧烈磨损阶段
磨损分类： 磨粒磨损 (简称磨损)
磨粒磨损：
外部进入摩擦表面的游离硬 颗粒或硬的轮廓峰尖所引起的磨 损。
磨损分类： 磨粒磨损 (简称磨损)
疲劳磨损 (也称点蚀)
疲劳磨损：
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磨损。
R —0.两4 粗糙 面3的.0综合不平混度合摩擦
3～4
流体摩擦
( 1 时，不平度凸峰为总载荷的30%)
流体摩擦：
1、定义：
当两摩擦面间的油膜厚度大到足以将两表面的不平凸峰完全 分开，这种摩擦叫液体摩擦。
2、特点：
3～4
①、油分子大都不受金属表面的吸附作用的支配，而能完全移动。
②、摩擦表现为粘性 ，f≈ 0.001～0.008，无磨损 (理想摩擦状态)。
流体中所夹带的硬质物质或颗 粒，在流体冲击力作用下而在摩擦 表面引起的磨损。
边界摩擦：
1、概念： 摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，但有相当多的不平凸
峰接触，摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能的摩擦。
2、摩擦模型：极性原子团
①、单层分子边界膜： ②、多层分子边界膜：
3、边界膜的分类与机理： ①
②
吸附膜 反应膜
物理吸附膜 化学吸附膜
度形子学（成吸键润1化润引润5力滑合0滑力滑作～剂物济作剂用2中，在用0与而的0即有下金°吸脂）在硫，属附肪下润、紧表在酸，滑氯贴面金分与剂、于接属子金和磷金触表的属金时属时面极起属，表，上性化界并面在，分学面在上两形子反处较，者成受应形高即分的化，成温形 的成化边物学界理吸膜吸附。附膜膜。。
磨损率。
磨合阶段
稳定磨损阶段
时间 剧烈磨损阶段
磨损分类： 磨粒磨损 (简称磨损)
磨粒磨损：
外部进入摩擦表面的游离硬 颗粒或硬的轮廓峰尖所引起的磨 损。
磨损分类： 磨粒磨损 (简称磨损)
疲劳磨损 (也称点蚀)
疲劳磨损：
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磨损。
R —0.两4 粗糙 面3的.0综合不平混度合摩擦
3～4
流体摩擦
( 1 时，不平度凸峰为总载荷的30%)
流体摩擦：
1、定义：
当两摩擦面间的油膜厚度大到足以将两表面的不平凸峰完全 分开，这种摩擦叫液体摩擦。
2、特点：
3～4
①、油分子大都不受金属表面的吸附作用的支配，而能完全移动。
②、摩擦表现为粘性 ，f≈ 0.001～0.008，无磨损 (理想摩擦状态)。
流体中所夹带的硬质物质或颗 粒，在流体冲击力作用下而在摩擦 表面引起的磨损。
2024版润滑的学习ppt课件
02 润滑材料选择与 性能评价
常用润滑材料介绍
润滑油
矿物油、合成油、动植物 油等，具有降低摩擦、减 少磨损、冷却降温、密封 隔离等作用。
润滑脂
由基础油、稠化剂和添加 剂组成，具有承载能力强、 密封性好、抗水淋性好等 特点。
固体润滑剂
石墨、二硫化钼、聚四氟 乙烯等，适用于高温、低 温、真空等极端工况。
Байду номын сангаас
润滑材料性能指标
粘度
反映润滑油的流动性， 影响润滑效果和油耗。
粘度指数
表示润滑油粘度随温度 变化的程度，粘度指数 越高，粘度受温度影响
越小。
闪点
表示润滑油在高温下的 稳定性，闪点越高，油
品的热稳定性越好。
倾点
表示润滑油在低温下的 流动性，倾点越低，油 品的低温流动性越好。
润滑材料选用原则
01
根据机械设备的工作条 件（温度、压力、速度 等）选用合适的润滑材 料。
建立设备润滑信息化管理系统，实现设备润 滑数据的实时采集、分析和共享，提高设备 润滑管理的效率和准确性。
04 环保与节能型润 滑剂发展趋势
环保型润滑剂市场需求
严格的环境法规推动 环保型润滑剂需求增 长。
工业企业对环保生产 的重视，增加对环保 型润滑剂的使用。
消费者对环保产品的 偏好提高，推动市场 需求。
磨损类型
粘着磨损、磨粒磨损、疲 劳磨损和腐蚀磨损。
润滑剂分类与特性
油性
粘度
反映液体润滑剂内摩擦力的大小， 影响润滑效果和使用寿命。
反映液体润滑剂在金属表面吸附 能力的大小，影响抗磨性能。
极压性
反映液体润滑剂在极端条件下防 止金属表面擦伤和烧结的能力。
润滑剂分类
润滑基本原理及管理PPT课件
酸碱度
表示润滑油的化学性质，对润 滑油的使用寿命和稳定性有重
要影响。
水分
表示润滑油中含水量的多少， 水分过多会影响润滑油的性能
和使用寿命。
润滑油的更换和维护
01
02
03
定期更换
根据润滑油的性能指标和 使用情况，定期更换润滑 油，以保证设备的正常运 行和延长设备使用寿命。
油品净化
保持润滑油的清洁，定期 对润滑系统进行清洗和过 滤，防止杂质和污物进入 润滑系统。
添加纳米材料，提高润滑 油的性能，延长设备使用 寿命，降低维护成本。
润滑油在节能环保中的作用
减少能源消耗
良好的润滑可以降低设备的摩擦 和磨损，从而减少能源的消耗。
降低排放
润滑油的正确使用可以减少废气和 废水的排放，减轻对环境的压力。
提高设备效率
良好的润滑可以保证设备的正常运 行，提高设备的工作效率。
经济性原则
在满足使用需求的前提下，尽 量选择价格合理、性价比高的
润滑油，降低运营成本。
润滑油的管理制度
建立润滑油档案
定期检查与更换
为每一种润滑油建立档案，记录其名称、 规格、生产日期、保质期等信息，以便跟 踪和管理。
按照设备要求和润滑油性能参数，定期检 查润滑油的品质和数量，及时更换不合格 或过期润滑油。
闪点检测
通过闪点试验测定润滑 油的闪点，以评估其安
全性。
酸碱度检测
使用酸碱度计测定润滑 油的酸碱度，以了解其
化学性质和稳定性。
润滑油性能指标分析
01
02
03
04
粘度指数
表示润滑油粘度随温度变化的 特性，是衡量润滑油质量的重
要指标。
闪点
摩擦学设计PPT教案学习
（a）干摩擦
第4页/共85页
2．边界摩擦
边界摩擦又称为边界润滑。当运动副的 摩擦表 面被吸 附在表 面的边 界膜隔 开，摩 擦性质 取决于 边界膜 和表面 的吸附 性能时 的摩擦 称为边 界摩擦 （图 8.1 b）。润滑油中的脂肪酸是一种极性化合 物，它 的极性 分子能 牢固地 吸附在 金属表 面上。 吸附在 金属表 面上的 分子膜 ，称为 边界膜 。
v
（b）边界润滑
第5页/共85页
按边界膜形成机理，边界膜分为吸附膜 （物理 吸附膜 及化学 吸附膜 ）和反 应膜。 润滑剂 中脂肪 酸的极 性分子 牢固地 吸附在 金属表 面上， 就形成 物理吸 附膜； 润滑剂 中分子 受化学 键力作 用而贴 附在金 属表面 上所形 成的吸 附膜则 称为化 学吸附 膜。吸 附膜的 吸附强 度随温 度升高 而下降 ，达到 一定温 度后， 吸附膜 发生软 化、失 向和脱 吸现象 ，从而 使润滑 作用降 低，磨 损率和 摩擦系 数都将 迅速增 加。
第13页/共85页
摩擦系数
1 50
1 0. 5 0.1 0.05
0.0 0.0015
纯净金
氧化膜
属
干摩擦状态
边界润 边界润滑 流体润
滑
和流体润滑
滑
图8.3 摩擦系数的典型值
第14页/共85页
随着工况参数的改变可能导致润滑状态 的转化 。图 8.4 是典型的 S t r i b e c k 曲线，它表示润滑状态转化过程以及摩 擦系数 随润滑 油粘度 、滑 动速度 v 和轴承单位面积载荷 p 变化的规律。
合理选择摩擦副材料和润滑剂，降低表 面粗糙 度值， 在润滑 剂中加 入适量 的油性 添加剂 和极压 添加剂 ，都能 提高边 界膜强 度。
第4页/共85页
2．边界摩擦
边界摩擦又称为边界润滑。当运动副的 摩擦表 面被吸 附在表 面的边 界膜隔 开，摩 擦性质 取决于 边界膜 和表面 的吸附 性能时 的摩擦 称为边 界摩擦 （图 8.1 b）。润滑油中的脂肪酸是一种极性化合 物，它 的极性 分子能 牢固地 吸附在 金属表 面上。 吸附在 金属表 面上的 分子膜 ，称为 边界膜 。
v
（b）边界润滑
第5页/共85页
按边界膜形成机理，边界膜分为吸附膜 （物理 吸附膜 及化学 吸附膜 ）和反 应膜。 润滑剂 中脂肪 酸的极 性分子 牢固地 吸附在 金属表 面上， 就形成 物理吸 附膜； 润滑剂 中分子 受化学 键力作 用而贴 附在金 属表面 上所形 成的吸 附膜则 称为化 学吸附 膜。吸 附膜的 吸附强 度随温 度升高 而下降 ，达到 一定温 度后， 吸附膜 发生软 化、失 向和脱 吸现象 ，从而 使润滑 作用降 低，磨 损率和 摩擦系 数都将 迅速增 加。
第13页/共85页
摩擦系数
1 50
1 0. 5 0.1 0.05
0.0 0.0015
纯净金
氧化膜
属
干摩擦状态
边界润 边界润滑 流体润
滑
和流体润滑
滑
图8.3 摩擦系数的典型值
第14页/共85页
随着工况参数的改变可能导致润滑状态 的转化 。图 8.4 是典型的 S t r i b e c k 曲线，它表示润滑状态转化过程以及摩 擦系数 随润滑 油粘度 、滑 动速度 v 和轴承单位面积载荷 p 变化的规律。
合理选择摩擦副材料和润滑剂，降低表 面粗糙 度值， 在润滑 剂中加 入适量 的油性 添加剂 和极压 添加剂 ，都能 提高边 界膜强 度。
摩擦、磨损与润滑概述ppt课件
边境摩擦：
1、概念： 摩擦外表被吸附在外表的边境膜隔开，但有相当多的不平凸
峰接触，摩擦性质取决于边境膜和外表的吸附性能的摩擦。
2、摩擦模型：极性原子团
①、单层分子边境膜： ②、多层分子边境膜：
3、边境膜的分类与机理： ①
②
吸附膜 反响膜
物理吸附膜 化学吸附膜
度构的子成学化〔成边吸物键学光1化境光引理光5力吸滑合膜0滑力吸滑作附～剂物。济作附剂用膜2中，在0用膜与而。0的即有°下。金吸脂在硫〕，属附肪光、下紧外在酸滑氯，贴表金分剂、与于接属子和磷金金触外的金时属属时表极属，起外，上性界并化表在，分面在学上两构子处较反，者成受构高响即分的化成温，构
R —0.两4 粗糙 面3的.0综合不平混度合摩擦
3～4
流体摩擦
( 1 时，不平度凸峰为总载荷的30%)
流体摩擦：
1、定义：
当两摩擦面间的油膜厚度大到足以将两外表的不平凸峰完全 分开，这种摩擦叫液体摩擦。
2、特点：
3～4
①、油分子大都不受金属外表的吸附作用的支配，而能完全挪动。
②、摩擦表现为粘性 ，f≈ 0.001～0.008，无磨损 (理想摩擦形状)。
流体中所夹带的硬质物质或颗 粒，在流体冲击力作用下而在摩擦 外表引起的磨损。
磨损分类：
磨粒磨损 (简称磨损)
疲劳磨损 (也称点蚀)
腐蚀磨损：
粘附磨损 (也称胶合)
冲蚀磨损 腐蚀磨损
摩擦外表资料在环境的化学或 电化学作用下引起腐蚀，在摩擦副 相对运动时所产生的磨损即为腐蚀 磨损。(汽缸套易发生)
磨损分类：
1、摩擦是引起能量损耗的主要缘由。 2、摩擦是呵斥资料失效和资料损耗的主要缘由。
3、摩擦学：
摩擦学原理润滑设计PPT课件
通常可认为两种润滑流体在分界面的速度、温度和压力是连续的，即
u1流 u2流
p1流 p2流
T1流 T2流
3．流体润滑膜上游和下游的边界条件
up and down boundary conditions of fluid film
流体润滑膜上游或下游边界条件一般是指该处流体润滑膜的压力和温度。其中上游
h1 C e1 cos1
(a)
(b)
图8.2 椭圆轴承几何关系示意图
其中
h2 C e2 cos2 1
e1 [e2 (e)2 2eecos ]2
各瓦最小润滑膜厚度
1
e2 [e2 (e)2 - 2eecos ]2
h1min C e1 h2min C e2 （8.8）
轴承的最小润滑膜厚度取两瓦最小润滑膜厚度中较小的。
图8.7可倾瓦推力轴承结构示意图
可倾瓦推力轴承润滑膜厚度为：
h hp rpr sin(p )
（8.21）
设最小膜厚位于 (rm,，m)则
hmin hp rprm sin(p m) （8.22）
将式（8.22）代入式（8.21），可得
h hmin rp[r sin(p ) rm sin(p m)] （8.23）
h1 C e1 cos1
h2
C
e2
cos 2
h3
C
e3
cos 3
轴承最小润滑膜厚位于轴承的圆柱部分，因此有：
hmin C e
（8.14） （8.15）
第6页/共130页
4．齿轮与凸轮 gear and cam
对于齿轮与凸轮润滑的问题，通常可以用半径分别与接触点的曲率半径相等的两 个圆柱体的接触来近似表示，见图8.5a。并进一步通过数学变换转化为一个当量圆柱 与一个平面的接触，见图8.5b。因此齿轮、凸轮润滑时的油膜厚度为：
摩擦学原理第章润滑剂课件
摩擦学原理第章润滑剂
25
润滑脂的分类方法
• 按基础油组成分类，如分为石油基润滑脂和合成 油润滑脂；
• 按用途分类，如分为减摩润滑脂，防护脂和密封 脂；
• 按润滑脂的某一特性分类，如高温脂，耐寒脂和 极压脂等。润滑脂中的稠化剂的类型，是决定润 滑脂工作性能的主要因素。
摩擦学原理第章润滑剂
26
• 几类润滑脂特性的简要介绍：
温性能要求严格的严寒区用长寿命内燃机油、
倾点低且冷冻剂溶解度小的冷冻机油、对高低
温性能要求较严格的喷气发动机油、对氧化安
定性和抗剪切安定性要求较高的齿轮油、对粘
度指数、低温性能和热氧化稳定性要求严格的
自动变速传动液等场合。
摩擦学原理第章润滑剂
19
• 2．酯
• 通过酸与醇的组合可以合成出种类繁多的酯用作润滑剂， 包括有机酸酯、氟代酯、磷酸酯和硅酸酯等。酯作为润滑 剂的特点是粘-温性能、抗挥发性能突出，但容易通过氧化、 热反应或水解反应而发生降解。由二元酸、单元酸与甲醇、 乙醇或丙醇反应合成的二元酯（也称双酯）广泛用于航空 发动机润滑。季戊四醇酯的耐热性优于双酯，加入合适的 抗氧化剂后可以用于200℃应用场合，如汽轮机润滑油。聚 乙二醇酯是一种不溶于水的化合物，具有良好的热稳定性 和润滑性，用于液压油。由有机羧酸和氟乙酰胺醇合成的 氟代酯具有较好的抗氧化性和阻燃性，但粘-温性能较差。 磷酸酯（如磷酸三甲苯酯，TCP）广泛用于矿物油和其它 合成润滑油的抗磨添加剂。硅酸酯具有热稳定性好、低粘 度、低挥发性的优点，但水解稳定性较差，主要用于低温
摩擦学原理第章润滑剂
24
1.润滑脂的种类
• 润滑脂是由基础油、稠化剂（如钙、钠、铝、锂 等金属皂）、添加剂和填充剂混合稠化而成。
《摩擦与润滑基础》PPT课件
h
5
✓ 磨粒磨损
磨粒磨损是接触表面作相对运动时由外界 硬颗粒或对磨表面上硬的微凸体，在摩擦过程 中引起的表面擦伤和表面材料脱落的现象。磨 粒磨损是最常见的磨损现象。据统计，在生产 中因磨粒磨损所造成的损失约占磨损总数的一 半左右。
一般说来，磨粒磨损有三体磨粒磨损和两位 磨粒磨损两种形式。磨粒磨损可以归纳为以下 三种磨损机理：微观切削、挤压剥落和疲劳破 坏。
湿度及周围环境、机件运动副的结构特点 及运动性质。
h
22
润滑形式
边界润滑
h
流体润滑
23
h
24
流体动压润滑
滑动轴承流体动压润滑
h
25
▪ 弹性流体动压润滑
当滚动轴承、齿轮、凸轮等高副接 触时，实际承载面积极窄小，使得接触区 内产生高达几千MPa的压力，导致较大的 弹性变形。由于接触压力极高，润滑油粘 度由于粘压效应会增加许多倍，因此弹性 流体动压润滑就是考虑了摩擦副接触面的 弹性变形和润滑油的粘压特性。
微观切削挤压剥落和疲劳破切削磨损切削磨损铝合金磨粒铝合金磨粒腐蚀磨粒腐蚀磨粒粘着磨损粘着磨损是接触表面相对运动时由于粘着效应所形成的粘着结点发生剪切断裂被剪切的材料或脱落成磨屑或由一个表面转移到另一个表面而造成的一种磨损
摩擦学基础
h
1
➢ 摩擦的定义及类型
两个相互接触的物体在外力的作用下发 生相对运动或具有相对运动趋势时，在接触 面间产生切向的运动阻力，叫摩擦力，这种 现象叫摩擦。
1、静摩擦：使处于静止的物体移动时所产生的摩擦。 2、动摩擦：一个物体在另一个物体上作等速滚动滑动 时所产生的摩擦。一般情况下动摩擦小于静摩擦。
根据摩擦条件，动摩擦可分为：干摩擦、液体摩擦、 边界摩擦和混合摩擦。
《摩擦磨损润滑基础》课件
3
润滑剂的性能指标包括粘度、极压性、抗磨性、 抗氧化性等，这些指标需要根据实际需求进行选 择。
摩擦学材料的选择与应用
摩擦学材料是指具有良好摩擦性能和耐磨性能的材料，如金属、塑料、陶瓷等。
选择摩擦学材料时需要考虑其硬度、强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能指标，以及成 本和加工难易程度等因素。
摩擦学材料广泛应用于机械、汽车、航空航天、能源等领域，如轴承、齿轮、密封 件、刹车片等，以提高设备性能和延长使用寿命。
智能化润滑决策
02
基于大数据和人工智能技术，实现智能化润滑决策，提高润滑
效率并减少浪费。
智能润滑材料
03
开发具有自适应、自修复功能的智能润滑材料，以适应各种复
杂工况和环境。
环境友好型润滑剂的开发
生物可降解润滑剂
利用可生物降解的油脂、植物油等作为基础油，减少对环境的污 染。
低挥发性有机化合物润滑剂
降低润滑剂中挥发性有机化合物的含量，减少对大气环境的污染。
。
摩擦和磨损之间存在相互影响的 关系，摩擦会导致磨损，而磨损 也会改变接触表面的性质，进一
步影响摩擦。
润滑对摩擦和磨损的影响
1
润滑剂能够有效地减少摩擦和磨损，通过在接触 表面形成润滑膜，将接触表面分隔开来，从而减 少直接接触的面积和压力。
2
润滑剂的选择和使用需要根据不同的工况和材料 特性进行，选择合适的润滑剂能够显著提高设备 的使用寿命和效率。
选择润滑剂时需要考虑摩擦副的材料、工作条件、环境因素和经济性等因素，以确保润滑 剂能够满足使用要求，并发挥最佳的润滑效果。
润滑剂的应用范围
润滑剂广泛应用于汽车、机械、航空航天、船舶和铁路等领域，用于减少摩擦和磨损，提 高机械效率和使用寿命。
摩擦学原理第10章润滑状态转化课件
摩擦学原理第10章润滑状态转化
• 根据大量的实验结果，将薄膜润滑剪切时间效应与工况 参数的相关关系汇总于表10.2。并由此得出，如图10.16 所示的时间效应与载荷的关系以及图10.17所示时间效应 与速度和粘度的关系。
图10.16 时间效应与载荷关摩系擦学原理第10章润滑状图态1转0化.17 时间效应与粘度、速度关系
摩擦学原理第10章润滑状态转化
• 对钢球3与．玻薄璃膜盘润组滑成随的时点间接变触化摩的擦特副征进行观察，可得到在
薄膜润（滑ti条me件d下ep有en些de润nt滑fea剂tu的re膜of厚th随in 持film续l剪ub切ric时atio间n的）增加 而增加，并逐步趋于稳定数值。薄膜润滑的时间效应不能 用润滑油的触变性来解释。因为润滑油的触变性是稀化作 用，即随剪切时间增加而粘度降低，使膜厚逐渐减小而达 到稳定。 • 采用光干涉相对光强原理测量纳米润滑膜厚度与运行时间 的关系的实验研究表明：薄膜润滑的时间效应的强弱与载 荷、卷吸速度和润滑剂粘度有关。
摩擦学原理第10章润滑状态转化
• 图10.11给出载荷12N、 卷吸速度17.5mm/s、 温度18C、钢球直径 25.4mm条件下，液体 石蜡薄膜润滑膜厚在运 行时间分别为4min和 78min时的情况。膜厚 分布图明显地示出膜厚 随运行时间增加而增厚。
图10.11 中心截面膜厚变化
摩擦学原理第10章润滑状态转化
• 随着润滑膜减薄，吸附膜在总膜厚中所占比例增加，逐 渐影响膜厚随卷吸速度的变化关系。当润滑膜减薄到表 面能作用范围内后，润滑油分子在表面能作用和摩擦剪 切作用下发生结构变化，一部分流体膜转化为有序液体 膜，即开始由弹流润滑转向薄膜润滑，膜厚变化的速度 指数也显著降低。
• 当润滑膜厚继续减小到粘性流体膜完全消失时，润滑 膜由有序液体膜和吸附膜组成。由于吸附膜是非流动膜 而且很薄，此时润滑膜的特征以有序液体膜为主，在摩 擦剪切作用下显示出时间效应即膜厚随时间而增加。如 果润滑膜更薄而只有吸附膜存在时，润滑状态即为边界 润滑。由此可知，三种特性的润滑膜相互变化将预示着 三种润滑状态的转化。
• 根据大量的实验结果，将薄膜润滑剪切时间效应与工况 参数的相关关系汇总于表10.2。并由此得出，如图10.16 所示的时间效应与载荷的关系以及图10.17所示时间效应 与速度和粘度的关系。
图10.16 时间效应与载荷关摩系擦学原理第10章润滑状图态1转0化.17 时间效应与粘度、速度关系
摩擦学原理第10章润滑状态转化
• 对钢球3与．玻薄璃膜盘润组滑成随的时点间接变触化摩的擦特副征进行观察，可得到在
薄膜润（滑ti条me件d下ep有en些de润nt滑fea剂tu的re膜of厚th随in 持film续l剪ub切ric时atio间n的）增加 而增加，并逐步趋于稳定数值。薄膜润滑的时间效应不能 用润滑油的触变性来解释。因为润滑油的触变性是稀化作 用，即随剪切时间增加而粘度降低，使膜厚逐渐减小而达 到稳定。 • 采用光干涉相对光强原理测量纳米润滑膜厚度与运行时间 的关系的实验研究表明：薄膜润滑的时间效应的强弱与载 荷、卷吸速度和润滑剂粘度有关。
摩擦学原理第10章润滑状态转化
• 图10.11给出载荷12N、 卷吸速度17.5mm/s、 温度18C、钢球直径 25.4mm条件下，液体 石蜡薄膜润滑膜厚在运 行时间分别为4min和 78min时的情况。膜厚 分布图明显地示出膜厚 随运行时间增加而增厚。
图10.11 中心截面膜厚变化
摩擦学原理第10章润滑状态转化
• 随着润滑膜减薄，吸附膜在总膜厚中所占比例增加，逐 渐影响膜厚随卷吸速度的变化关系。当润滑膜减薄到表 面能作用范围内后，润滑油分子在表面能作用和摩擦剪 切作用下发生结构变化，一部分流体膜转化为有序液体 膜，即开始由弹流润滑转向薄膜润滑，膜厚变化的速度 指数也显著降低。
• 当润滑膜厚继续减小到粘性流体膜完全消失时，润滑 膜由有序液体膜和吸附膜组成。由于吸附膜是非流动膜 而且很薄，此时润滑膜的特征以有序液体膜为主，在摩 擦剪切作用下显示出时间效应即膜厚随时间而增加。如 果润滑膜更薄而只有吸附膜存在时，润滑状态即为边界 润滑。由此可知，三种特性的润滑膜相互变化将预示着 三种润滑状态的转化。
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摩擦学原理第10章润滑状态转化
1．薄膜润滑的特征膜厚厚度范围
• 图10.6给出10号机械油在 不同速度下接触区中心截 面上膜厚分布。线a为静态 接触，线b为动态接触，由 此可看出：由于卷吸速度 产生的流体动压效应使膜 厚增加。
图10.6中心截面膜厚分布（10号机械油）
摩擦学原理第10章润滑状态转化
第十章 润滑状态转化 （lubrication status transition）
• 本章对润滑状态的转化进行了讨论，介绍了流体润滑到弹流润滑， 弹流润滑到薄膜润滑的发展过程，以及影响薄膜润滑的一些主要 因素，介绍了纳米尺度下的气体润滑的一些存在的问题和解决的 方法。还讨论了混合润滑问题，它是实际机械中最广泛存在的状 态。最后，介绍了边界润滑的基本理论。
摩擦学原理第10章润滑状态转化
并提出25nm为弹流润滑向混 合润滑转变的膜厚值。
图10.2 动压、弹流流体润滑膜厚状态图
摩擦学原理第10章润滑状态转化
由弹流润滑理论，点接触膜厚公式可简化为 (10.1)
度式；中，为h粘c为压接系触数区；中k心是膜为厚常；数u。为卷吸速度；0为常压粘
弹变可流化知润关，滑系在膜 。已厚知h润c应滑与剂hc卷常吸压ku 速粘0.度7度u00在.70 和对0粘.7数压坐系标数系中的构条成件直下线，
摩擦学原理第10章润滑状态转化
10.1润滑状态的转化
（lubrication status transition）
• 10.1.1 弹流润滑向薄膜润滑的转变
（ transition from EHL to thin film lubrication）
根据摩擦系数f与无量纲参数/p的变化，将润
滑状态划分为流体动压润滑(hydrodynamic lubrication ）、混合润滑（mixed lubrication）、边界
摩擦学原理第10章润滑状态转化
• 图10.9为载荷4N、温度20C、 钢球直径20mm条件下，静 态和动态接触时的膜厚随润 滑剂粘度的变化。该图采用 对数坐标系。
• 由图可知，静态和动态接 触的膜厚都随粘度的增加而 增加，即粘度增加对于形成 有序分子膜和粘性流体膜都 有利。
图10.9中心膜厚与粘度关系
• 实践表明，工业中广泛应用的水基润滑介质，由于 其粘度值和粘压系数低而形成薄膜润滑；高温下工 作的机械，由于润滑油粘度降低而润滑膜厚常处于 纳米量级；某些抗磨添加剂的作用机理就是在表面 生成极薄的润滑膜。此外，超低速或者特重载荷的 摩擦表面也都处在薄膜润滑状态。
• 弹流润滑以粘性流体膜为特征，它服从连续介质力 学的规律，而边界润滑以液体分子有序排列的吸附 膜为特征，以表面物理化学为基础。显然，作为中 间状态的薄膜润滑兼有流体膜和吸附膜的特点，因 此，润滑膜的有序化是薄膜润滑的首要特征。
典型实例 普通滑动轴承 稳态载荷滑动轴承 内燃机曲轴轴承、连杆大端轴承 齿轮传动、滚动轴承
最小膜厚m 10-4~10-5 10-5 10-5~10-6 10-6~10-7
粗糙峰润滑、低弹性模量表面、磁
1990~2000
记录装置、塑性流体动压润滑
摩擦学原理第10章润滑状态转化
10-7~10-8 甚至10-9
润滑（ boundary lubrication）三个区域。这里，为 润滑油粘度；为轴颈旋转角速度；p为单位投影面积
上的载荷。通常认为，流体动压润滑最小摩擦系数为 10-3量级，边界润滑的摩擦系数为0.1，而混合润滑状 态是流体膜与边界膜共存的润滑，随着流体膜的比例 增加，摩擦系数逐渐降低。
摩擦学原理第10章润滑状态转化
• 图10.4给出弹流润滑开始 向薄膜润滑转化时的膜厚 值与润滑剂等效粘度的关 系。
图10.4 转化膜厚与粘度关系
摩擦学原理第10章润滑状态转化
0.1.2 薄膜润滑特征 （thin film lubrication characteristics） • 薄膜润滑研究对于深化润滑和磨损理论有着重要意义，
• 如图10.7所示，13602标 准液在载荷4N、温度 25C、钢球直径20mm 时，不同卷吸速度的膜 厚曲线，表明卷吸速度 越高，膜厚曲线弯曲程 度越大即流体动压效应 越强。图示还表明，当 膜厚值大于15nm以后， 膜厚曲线的弧形更为显 著。由此可证明，当膜 厚大于转化膜厚时，润
图10.7中心截面膜厚分布（13602标准液） 滑膜的流体动压效应才 比较显著。
图 10.1 经典润滑状态图
摩擦学原理第10章润滑状态转化
Dowson提出根据膜厚由小到 大依次为
• 边界润滑（ boundary lubrication）
• 混合润滑（mixed lubrication）
• 弹流润滑(elastichydrodynamic lubrication)
• 流体动压润滑 (hydrodynamic lubrication ）
而且也是现代科学技术发展的需要，具有广泛的应用 背景。 • 英国著名学者 Dowson教授总结润滑技术的发展指出， 由于润滑设计和制造技术的不断完善，在20世纪中流 体润滑系统的润滑膜厚度日益减小。
摩擦学原理第10章润滑状态转化
表10.1 20世纪中最小润滑膜厚的发展
年代
1900 1950
1980
近年来新出现的薄膜润滑应是介于弹流润滑和边界润滑 之间的状态，它包容混合润滑，并且出现在相当宽的范 围内。从弹流润滑向薄膜润滑转化的条件主要取决于润 滑膜厚度。当弹流膜厚减薄到一定数值时，膜厚变化规 律偏离弹流润滑理论，该膜厚值即为转化膜厚。
摩擦学原理第10章润滑状态转化
• 由于薄膜润滑以含有分子 排列规律的有序液体膜为 特征，有序液体膜的厚度 与界面粘附能的大小及其 作用范围密切相关。
摩擦学原理第10章润滑状态转化
• 其次，剪切时间稀化是润滑油粘度随着剪切持续时 间增加而降低；剪应变率稀化是粘度随着剪应变率 增加而降低，它们都使得流体动压润滑膜厚度减小。 由于这两种效应对于润滑膜厚的影响并不明显，所 以在常规润滑设计中通常不予考虑。而薄膜润滑涉 及到润滑膜分子的再构造和表面力作用，剪切时间 和剪切应变率对润滑性能的影响就成为了不可忽视 的特征。
1．薄膜润滑的特征膜厚厚度范围
• 图10.6给出10号机械油在 不同速度下接触区中心截 面上膜厚分布。线a为静态 接触，线b为动态接触，由 此可看出：由于卷吸速度 产生的流体动压效应使膜 厚增加。
图10.6中心截面膜厚分布（10号机械油）
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第十章 润滑状态转化 （lubrication status transition）
• 本章对润滑状态的转化进行了讨论，介绍了流体润滑到弹流润滑， 弹流润滑到薄膜润滑的发展过程，以及影响薄膜润滑的一些主要 因素，介绍了纳米尺度下的气体润滑的一些存在的问题和解决的 方法。还讨论了混合润滑问题，它是实际机械中最广泛存在的状 态。最后，介绍了边界润滑的基本理论。
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并提出25nm为弹流润滑向混 合润滑转变的膜厚值。
图10.2 动压、弹流流体润滑膜厚状态图
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由弹流润滑理论，点接触膜厚公式可简化为 (10.1)
度式；中，为h粘c为压接系触数区；中k心是膜为厚常；数u。为卷吸速度；0为常压粘
弹变可流化知润关，滑系在膜 。已厚知h润c应滑与剂hc卷常吸压ku 速粘0.度7度u00在.70 和对0粘.7数压坐系标数系中的构条成件直下线，
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10.1润滑状态的转化
（lubrication status transition）
• 10.1.1 弹流润滑向薄膜润滑的转变
（ transition from EHL to thin film lubrication）
根据摩擦系数f与无量纲参数/p的变化，将润
滑状态划分为流体动压润滑(hydrodynamic lubrication ）、混合润滑（mixed lubrication）、边界
摩擦学原理第10章润滑状态转化
• 图10.9为载荷4N、温度20C、 钢球直径20mm条件下，静 态和动态接触时的膜厚随润 滑剂粘度的变化。该图采用 对数坐标系。
• 由图可知，静态和动态接 触的膜厚都随粘度的增加而 增加，即粘度增加对于形成 有序分子膜和粘性流体膜都 有利。
图10.9中心膜厚与粘度关系
• 实践表明，工业中广泛应用的水基润滑介质，由于 其粘度值和粘压系数低而形成薄膜润滑；高温下工 作的机械，由于润滑油粘度降低而润滑膜厚常处于 纳米量级；某些抗磨添加剂的作用机理就是在表面 生成极薄的润滑膜。此外，超低速或者特重载荷的 摩擦表面也都处在薄膜润滑状态。
• 弹流润滑以粘性流体膜为特征，它服从连续介质力 学的规律，而边界润滑以液体分子有序排列的吸附 膜为特征，以表面物理化学为基础。显然，作为中 间状态的薄膜润滑兼有流体膜和吸附膜的特点，因 此，润滑膜的有序化是薄膜润滑的首要特征。
典型实例 普通滑动轴承 稳态载荷滑动轴承 内燃机曲轴轴承、连杆大端轴承 齿轮传动、滚动轴承
最小膜厚m 10-4~10-5 10-5 10-5~10-6 10-6~10-7
粗糙峰润滑、低弹性模量表面、磁
1990~2000
记录装置、塑性流体动压润滑
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10-7~10-8 甚至10-9
润滑（ boundary lubrication）三个区域。这里，为 润滑油粘度；为轴颈旋转角速度；p为单位投影面积
上的载荷。通常认为，流体动压润滑最小摩擦系数为 10-3量级，边界润滑的摩擦系数为0.1，而混合润滑状 态是流体膜与边界膜共存的润滑，随着流体膜的比例 增加，摩擦系数逐渐降低。
摩擦学原理第10章润滑状态转化
• 图10.4给出弹流润滑开始 向薄膜润滑转化时的膜厚 值与润滑剂等效粘度的关 系。
图10.4 转化膜厚与粘度关系
摩擦学原理第10章润滑状态转化
0.1.2 薄膜润滑特征 （thin film lubrication characteristics） • 薄膜润滑研究对于深化润滑和磨损理论有着重要意义，
• 如图10.7所示，13602标 准液在载荷4N、温度 25C、钢球直径20mm 时，不同卷吸速度的膜 厚曲线，表明卷吸速度 越高，膜厚曲线弯曲程 度越大即流体动压效应 越强。图示还表明，当 膜厚值大于15nm以后， 膜厚曲线的弧形更为显 著。由此可证明，当膜 厚大于转化膜厚时，润
图10.7中心截面膜厚分布（13602标准液） 滑膜的流体动压效应才 比较显著。
图 10.1 经典润滑状态图
摩擦学原理第10章润滑状态转化
Dowson提出根据膜厚由小到 大依次为
• 边界润滑（ boundary lubrication）
• 混合润滑（mixed lubrication）
• 弹流润滑(elastichydrodynamic lubrication)
• 流体动压润滑 (hydrodynamic lubrication ）
而且也是现代科学技术发展的需要，具有广泛的应用 背景。 • 英国著名学者 Dowson教授总结润滑技术的发展指出， 由于润滑设计和制造技术的不断完善，在20世纪中流 体润滑系统的润滑膜厚度日益减小。
摩擦学原理第10章润滑状态转化
表10.1 20世纪中最小润滑膜厚的发展
年代
1900 1950
1980
近年来新出现的薄膜润滑应是介于弹流润滑和边界润滑 之间的状态，它包容混合润滑，并且出现在相当宽的范 围内。从弹流润滑向薄膜润滑转化的条件主要取决于润 滑膜厚度。当弹流膜厚减薄到一定数值时，膜厚变化规 律偏离弹流润滑理论，该膜厚值即为转化膜厚。
摩擦学原理第10章润滑状态转化
• 由于薄膜润滑以含有分子 排列规律的有序液体膜为 特征，有序液体膜的厚度 与界面粘附能的大小及其 作用范围密切相关。
摩擦学原理第10章润滑状态转化
• 其次，剪切时间稀化是润滑油粘度随着剪切持续时 间增加而降低；剪应变率稀化是粘度随着剪应变率 增加而降低，它们都使得流体动压润滑膜厚度减小。 由于这两种效应对于润滑膜厚的影响并不明显，所 以在常规润滑设计中通常不予考虑。而薄膜润滑涉 及到润滑膜分子的再构造和表面力作用，剪切时间 和剪切应变率对润滑性能的影响就成为了不可忽视 的特征。