当前位置：文档之家 › 2011-摩擦学设计

2011-摩擦学设计

  • 格式：ppt
  • 大小：974.50 KB
  • 文档页数：73

下载文档原格式

  / 73

合集下载

第3章摩擦学设计

第3章摩擦学设计

（3）摩擦状态转化
仅依据润滑膜的厚度还不能准确地判断润滑 状态，尚须与表面粗糙度进行对比，图3.2。 实际机械中的摩擦副，通常几种润滑状态会 同时存在--------混合润滑状态。
（4）摩擦状态的判断
① 通常用膜厚比来判断摩擦状态-测量困难，不便采用

hmin Ra1 Ra 2
2 2
hmin—两滑动粗糙表面间的最小公称油膜厚度；
介于1~3之间，因此该摩擦副处在混合润滑状态。
3.2.2 摩擦设计
内摩擦:发生在物质内部，阻碍分子间相对运动
流体分子间的摩擦
摩擦
静摩擦
外摩擦:发生在接触表面，阻碍相对滑动（趋势） 动摩擦 本课程讲述
F 定义：摩擦力与法向力的比值，即 f N
摩擦系数在静摩擦条件下是变化的。
1．摩擦系数
一般与摩擦副材质有关，通常从试验中得到。
3 s
dV W 或磨粒磨损的式 ka ds H
对稳定的一维磨损，高度h的磨损率为常数，即:
dh 常数 dt
再通过对时间的积分可以得到对应时间下的磨 损的高度h。
2．磨损设计准则
（1）要求轴承表面的平均压强不大于材料的 许用压强，以避免材料过载，即 p p （2）要求轴承的摩擦功耗不大于材料的许用 值，以防止表面温升过高产生胶合，即 pv pv （3）要求表面的相对速度不大于材料的许用 值，以防止轴承表面严重磨损，即
磨损
粘着磨损
根据磨损机理
磨粒磨损 疲劳磨损 腐蚀磨损 气蚀磨损 微动磨损
1．磨损计算 （1）粘着磨损—金属摩擦副之间最普遍的一种
定义：当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处发 生“冷焊”后，在相对滑动时，材料从一个表面迁 移 到另一个表面，便形成了粘着磨损。 粘着磨损计算根据如图3.8所示的模型求得。 dV W

摩擦学设计.

摩擦学设计.

2.1表面形貌设计
表面形貌设计主要是表面粗糙度的设计。 当表面过于光滑时, 液体或气体润滑介质难以介入摩擦副 之间, 运动中导致摩擦副表面的氧化膜破裂而发生干摩擦, 易于疲劳破坏或粘着拉脱, 但是, 当表面过于粗糙时, 微 凸体接触数量少, 接触应力大, 微凸体之间发生严重的弹 塑性变形, 相对滑动时, 摩擦表面发生粘着磨损和表面剥 离. 粗糙度的设计原则 一是用加工精度与粗糙度相对应的方式设计; 二是与机械工况相适应的润滑模式设计； 三是在特殊的润滑情况下粗糙度及其纹理方向应 特殊设计。
2.3摩擦副表层设计
一般设计法则 1) 摩擦副若是粘着磨损为主, 则应采用互溶性小、 化学活性强而抗剪切强度低的表面层； 2) 摩擦副若是磨粒磨损为主, 则应采用非常硬的表 面； 3) 摩擦副若是几种摩擦磨损过程混合的情况, 即采 用强度正梯度法则-硬度负梯度法则的复合梯度法 则设计.
2.3摩擦副表层设计
3 摩擦学设计的研究现状与发展 国外发展现状 60年代末, 英国发表Jost 的调查报告, 正式 提出Tribology 一词, 摩擦学从此成为一门独立 的学科。 经典流体润滑理论已经基本成熟, 研究的重点 转向特殊介质和极端工况下的润滑理论； 材料磨损研究已从早期的宏观现象分析转向微 观机理研究； 近年来国际上提出基于能量理论或材料疲劳机 制的各种磨损理论, 可以作为摩擦副材料选择和 抗磨损设计的依据。 此外, 新型轴承和动密封装置的结构; 新型材 料与表面热处理技术; 新型润滑材料与添加剂等 方面的研究均有较大的进展。
简失 事
哥伦比亚号左翼上的裂纹
(b) 链条 自行车链条的磨损
空气与金属的摩擦导致
1.1定义 一组数据调查 全世界工业能源的1/3被摩擦损耗掉； 失效零件的80%是由磨损造成的； 20世纪80年代我国在冶金、煤炭、农机等五个行 业的调查表明：由于磨粒磨损损耗的备用钢材达 100万吨以上，如考虑停机等费用造成的损失每年 达几亿元。 如果从摩擦学方面采取正确的措施, 就可以大大节约能源消耗。

11-摩擦学设计方法

11-摩擦学设计方法

第11章 摩擦学设计方法
根据润滑膜厚度 鉴别润滑状态的办法 虽然是可靠的，但由 于测量上的困难，往 往不便采用。另外， 也可以用摩擦系数值 作为判断各种润滑状 态的依据。图11-5所示 的是摩擦系数的典型 值。
图11-5 摩擦系数的典型值
第11章 摩擦学设计方法
11.2摩擦与磨损
摩擦系数定义为摩擦力与法向力的比值，即
第11章 摩擦学设计方法
润滑剂的分类
液体润滑剂 气体润滑剂
半固体润滑剂 固体润滑剂
第11章 摩擦学设计方法
1．润滑油
用做润滑剂的油类主要包括以下三类。
一是有机油，通常是动植物油 二是矿物油，主要是石油产品 三是化学合成油
F f N
摩擦系数一般与摩擦副材质有关，通常 从试验中得到。
第11章 摩擦学设计方法
摩擦系数
静摩擦系数 动摩擦系数
仅有相对滑动趋势时的摩擦称为静摩擦 相对滑动进行中的摩擦称为动摩擦
第11章 摩擦学设计方法
一般静摩擦系数指的是最大静摩擦系 数fm，即当切向力T达到最大时，使物体产 生运动前的瞬间切向力Tmax与法向力N之比， 即
F Tmax fm N N
当物体发生运动后，摩擦系数会从最大静摩 擦系数降低到动摩擦系数。虽然动摩擦系数一般 也与工况条件有关，但为了简单起见通常假设它 是一个常数。
第11章 摩擦学设计方法
运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的 逐渐丧失或迁移，即形成磨损 磨损量可用体积、重量或厚度来衡量，通 常把单位时间内材料的磨损量称为磨损率，用ε 表示。 磨损率是研究磨损的重要参数。耐磨性是 指磨损过程中材料抵抗脱落的能力，通常用磨 11.3润滑
润滑就是将润滑剂导入两个摩擦表面， 将两个摩擦表面部分或全部隔开。这样，不 仅可以改善摩擦表面的摩擦状态，减小摩擦， 减小磨损，保护零件不遭锈蚀，而且在采用 循环润滑时还能起到散热降温的作用。

工程摩擦学9 摩擦学的设计共48页文档

工程摩擦学9 摩擦学的设计共48页文档
成正比。靠热处理提高硬度时，其耐磨性提高不如同样硬度的退火 钢。对淬硬钢来说，硬度相同时，含碳量高的淬硬钢耐磨性优于含 碳量低的淬硬钢。
耐磨性与金属的显微组织有关。马氏体耐磨性优于珠光体，珠 光体优于铁素体。对珠光体的形态，片状的比球状的耐磨，细片的 比粗片的耐磨。回火马氏体常常比不回火的耐磨，这是因为未回火 的组织硬而脆。
2021/3/31
9. Tr考虑的因素 2）结构设计
磨损率受结构的影响很大，包括整机的结构和零件的形状尺 寸。例如：4M3电铲斗齿寿命较低，首钢公司迁安煤矿通过改善 斗齿形状，即把斗齿上下面上挖一长槽，将这部分材料放在齿尖 部位，加长了斗齿长度，改变了矿石与零件表面接触时的力流状 况，从而增加了耐磨性。
摩擦学系统是机器系统的一种抽象，它由机器中的全体摩擦 副和必要的支持系统组成。设计一个能经济而可靠地实现运动并 保证功能的摩擦学系统就是摩擦学设计的任务，所以，摩擦学设 计必须理解为摩擦学系统的设计，它不仅仅只是一个摩擦副或其 中一个摩擦学元素的设计。
2021/3/31
9. Tribology Design
2021/3/31
9.2 耐 磨 设 计
9. Tribology Design
9.2.1 考虑的因素 4）使用与维护
经常维护保养使用设备也是提高零件使用寿命的一项重要措施，
同样的机械产品，不同技术素养的工人操作，设备会有不同的寿命。
2021/3/31
9. Tribology Design
9.2 耐 磨 设 计 9.2.2 防止和减少磨损的方法 1）润 滑
9.2 耐 磨 设 计
9.2.1 考虑的因素 1）选 材
要提高机器的耐磨性，最重要的问题就是要合理选择符合该 工况条件的最佳性能材料，不同类型的磨损方式，选择的方向也 不同。

摩擦学设计PPT教案学习

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。

摩擦学设计

摩擦学设计
摩擦学设计
Tribology Design
组员：李兵 江鹏 龚文强 韩猛猛 赵奎鹏
Contents
1 2
3 4
摩擦学设计的定义 摩擦学设计的主要内容和方法 摩擦学设计的研究现状 摩擦学设计的应用
1.1定义
摩擦学（Tribology）是近40年来发展起来 的一门新的边缘学科。 其定义为：研究作相对运动的相互作用表 面及其有关理论和实践的一门科学。它是 一门跨学科的科学。其内容包括摩擦、磨 损、润滑、接触力学、表面物理和化学等 方面的专题。
简单实例
(a)自行车链传动
哥 伦 比 亚 号 失 事
哥伦比亚号左翼上的裂纹
(b) 链条 自行车链条的磨损
空气与金属的摩擦导致
1.1定义 一组数据调查 全世界工业能源的1/3被摩擦损耗掉； 失效零件的80%是由磨损造成的； 20世纪80年代我国在冶金、煤炭、农机等五个行 业的调查表明：由于磨粒磨损损耗的备用钢材达 100万吨以上，如考虑停机等费用造成的损失每年 达几亿元。 如果从摩擦学方面采取正确的措施, 就可以大大节约能源消耗。
3 摩擦学设计的研究现状与发展 国外发展现状 60年代末, 英国发表Jost 的调查报告, 正式 提出Tribology 一词, 摩擦学从此成为一门独立 的学科。 经典流体润滑理论已经基本成熟, 研究的重点 转向特殊介质和极端工况下的润滑理论； 材料磨损研究已从早期的宏观现象分析转向微 观机理研究； 近年来国际上提出基于能量理论或材料疲劳机 制的各种磨损理论, 可以作为摩擦副材料选择和 抗磨损设计的依据。 此外, 新型轴承和动密封装置的结构; 新型材 料与表面热处理技术; 新型润滑材料与添加剂等 方面的研究均有较大的进展。
2.1表面形貌设计

第三章-摩擦学设计.知识讲解

第三章-摩擦学设计.知识讲解
祖先们在春秋时代（公元前770~221年）对摩擦、磨损现 象有了一定的了解，并且已经知道采用动物油脂进行润 滑——诗经中相关的记载
西晋时代张华所著《博物志》最早记载了人类使用矿物油 做润滑剂
15世纪，意大利的列奥纳多·达芬奇才开始把摩擦学引入 理论研究的途径
18世纪起摩擦学研究蓬勃兴起，到20 世纪60年代摩擦学 成为一门独立的交叉学科
❖ 磨损的类型：依据近代对磨损的分类可以分为六种类型： 粘着磨损：是指在摩擦过程中，由于粘着点的剪切作用，是
摩擦表面的材料从一个表面脱落或者转移到另一个表面的 磨损现象。一般发生在干摩擦或者边界摩擦表面上。 磨粒磨损：在摩擦过程中，由于外界硬颗粒或摩擦表面上硬 的微凸体引起表面材料脱落的现象。 表面疲劳磨损：摩擦表面在交变载荷的作用，表层材料由于 疲劳而局部剥落，形成麻点或凹坑的现象。一般在固体有 缺陷的地方最先出现。 腐蚀磨损（摩擦化学磨损）：是金属腐蚀和粘着磨损、磨粒 磨损的复合。 微动磨损：是粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损的复合。 冲蚀磨损（侵蚀磨损）
当一个物体在外力作用下沿与它相接触的 另一个物体相对运动时所产生的摩擦。
两接触表面作相对滑动时所产生的摩擦。 接触点具有不同的速度
在外力矩作用下,两物体沿接触面作相对滚 接触点具有相同的速度（速
动时产生的摩擦。
度、大小）
一物体沿接触面法线与另一物体作相对转 动时所产生的摩擦。
两纯净接触表面,在无任何形式的润滑剂存 只有在真空中存在,工程上指
2.正常磨损：即稳定磨损阶段，其磨损率为常量，该阶段在整个磨损过程中所占 的比例越大，说明设备的寿命越长。
（6）摩擦学状态的测试技术与仪器设备
（7）机器设备摩擦学失效状态的在线检测与监控以及 早期预报与诊断

第八章 摩擦学设计的基本原理

第八章 摩擦学设计的基本原理

3.行程和行程数 滑动距离的单位以行程表示。它是指沿着滑动方向 摩擦副相互接触的长度，即单位寿命。 而行程数 N 则用来表示摩擦副中零件的寿命，它
是时间、表面几何特性、运动和接触尺寸的函数。
例如，对于从动 杆与旋转的凸轮 发生相对滑动的 情况(图）其从动 杆的行程等于L, 而当凸轮每转一 转，从动杆的行 程数为N=2π r/ L。
几种表面技术的主要特性
类型
CVD (Chemical Vapor
环境压力 p/Pa
常压~400
母材温度 T/C
900~1100 (反应温度)
膜厚
几十微米 (最大值)
涂层特 性
很好
成本
中
可涂敷物质
金属及其化合物； 碳化物；氮化物； 硼化物；氧化物； 金属及其化合物； 绝大多数无机物； 少数有机物；
Deposition)
几种典型的磨损条件下的磨损系数
2.允许摩擦系数设计准则 摩擦副设计的最大计算磨损系数Kmax不得大于其允 许磨损系数[K]，即
K max K
K max Wmax H Wmax H NL Nvt
Wmax----允许最大体积磨损量 H -----表面的布氏硬度 N -----法向载荷 L -----摩擦行程 V -----滑动速度 t -----工作时间
（3）耐磨性结构设计。 （4）磨损计算与预测。
第二节 耐磨材料的选择与表面层设计
一、耐磨性材料的选择
1.材料选择的主要原则 （1）调研影响其使用寿命的主要因素，确定起主导作用
的磨损类型与磨损机理，选择适用的耐磨材料。
几种磨损类型对材料基本性能的要求 序号
1 2 3 4 5
磨损类型
粘着磨损 磨粒磨损 接触疲劳 腐蚀磨损 微动磨损

第三章 摩擦学设计

第三章 摩擦学设计
一.径向滑动轴承形成液体动力润滑的过程
（图3-12）
二.形成液体动力润滑的条件和基本方程 三.径向滑动轴承的几何参数 四.液体动力润滑径向滑动轴承的工作能力计算 五.轴承参数的选择
二.流体膜压力分布的微分方程----雷诺方程
1.假设条件：
1）忽略重力、磁力、惯性力的影响；
o 移动件 Uh x
2）流体在界面上无滑动，即贴于界面的油 层速度与界面速度相同；
二.轴瓦的结构与材料
二.轴瓦的结构与材料
1.轴瓦的结构


轴瓦的形式和构造--整体铸造、对开式 油孔及油槽（p476，图15-27、15-28） 轴瓦的定位--保证轴瓦与轴承座之间无轴向、周向的
相对移动 （图15-28）
2.轴瓦的材料

选用原则 常用的轴瓦材料（p75，表3-3）
§3-3 不完全液体润滑滑动轴承 设计计算
hmin r (1 ) hmin
式（3-35）
hmin S ( Rz1 Rz 2 )
安全系数 表3-5
式（3-34）
S 2
4.轴承热平衡计算
根据能量守恒：每秒产生的热量 H 带走热量 H 1 H 2 达到热平衡时的润滑油温度差
Bdpv10 6 t Qc p sdB ( Q ) c s Bdv p v p 10 6 d 2qv c p s B v
流量系数，图3-17
( ) p 10 6

式(12-28)
为保证轴承的正常工作，一般要求等效温度不超过75℃。
等效温度：
中等载荷和一切非稳 定载荷下：
t out t in te 2
式（3-32）
高速重载条件：

第11章 摩擦学设计-2分解

第11章 摩擦学设计-2分解

hh dp 6U ( 3 m ) dx h
(11-18)
上式称为一维雷诺方程的积分表达式。为了区别，通常把式(1117)称为一维雷诺方程的微分表达式。利用式(11-18)可求得油膜压力 函数p(x)，再次积分就可求得油膜的承载能力P。 由式(11-18)可以看出，建立流体动压润滑必须满足以下条件： (1) 两相对滑动表面之间必须相互倾斜而形成收敛油楔； (2) 两滑动表面应具有一定的相对滑动速度，并且其速度方向应 该使润滑油从楔形大口流入，从小口流出；在一定范围内，油膜承 载能力与滑动速度成正比关系； (3) 润滑油应具有一定的粘度，粘度愈大，油膜承载能力也愈大 。
图11-10
动压滑动轴承油膜压力分布
对于无限长轴承（沿Z向的压力变化率 p z 0），上式(11-16) 可简化为一维雷诺方程
3 p h (h ) 6U x x x
(11-17)
对上式进行积分并设 d p d x 0 处的油膜厚度为 hm（即油压最大 处的油膜厚度），则上式可整理成以下形式 ：
11.4.1 摩擦副间的基本润滑状态 1. 摩擦副间的基本润滑状态
摩擦副表面间的润滑可分为非流体润滑和流体润滑两大类。 流体润滑是指在适当条件下，摩擦副的两摩擦表面被一层粘性流 体润滑膜（厚度约为1.5～2μm以上）完全分开，有流体压力平衡外载 荷。由于两摩擦表面不是直接接触，当两表面相互滑动时，产生的摩 擦为润滑油分子之间的内摩擦，因此摩擦系数很小，一般为0.001～ 0.008，从而有效地降低了磨损。 此时，流体润滑的摩擦性质完全决定于流体的粘性而与两个摩擦 表面的材料无关。所用的粘性流体可以是液体，如各类润滑油、水等， 也可以是气体，如空气、氦、氢等，相应地称为液体润滑和气体润滑。 流体润滑的主要优点是：摩阻低，摩擦系数很小，一般为0.001～ 0.008(液体动压润滑)或更低(气体润滑及静压润滑)，可以改善摩擦副 的动态性能并能有效地降低磨损。

摩擦学设计PPT之1-2章：绪论、固体表面特性

摩擦学设计PPT之1-2章：绪论、固体表面特性
由此可以看出，在设计过程中重视和积极的对产品进行摩擦学设计具有
显著地经济效益和社会效益。
第二章 固体表面特性
由摩擦学的定义我们已经知道，摩擦学特性是接触
表面在相对运动过程中表现出的行为和特性。要对 机械系统进行摩擦学设计，就必须全面系统的掌握 摩擦学的基本原理，而它与相互作用表面的性质有 着极其密切的联系。为此，我们首先对固体表面的 特性进行学习和讨论。
影响摩擦学性能的因素非常多，而且，各种因素往往错综复杂，涉及到
多门学科的综合运用，因此，摩擦学设计的重要特点是多学科的综合分 析和运用。
1.3 摩擦学设计与摩擦学
1.1.3. 摩擦学设计与摩擦学
摩擦学是研究接触表面在相对运动中的相互作用的，具有很强的实践性。
从摩擦学的发展历史可以看出，随着工程技术的发展和新产品开发的需 要，出现许多重要的摩擦学现象和摩擦学问题需要解释和解决，这就促 进了摩擦学理论的形成和发展，而摩擦学新的研究成果反过来又为产品 的设计提供理论指导，使人们设计出更为可靠耐用的产品。
并不仅限于磨损。由于摩擦原因而导致的非法运动（振动、噪声、爬行、 溜行等）以及发热和变形等，都将导致运动精度的降低和运动保证功能 丧失，这些都是属于与摩擦学行为有关的可靠性问题。通过摩擦学设计 就可以避免这些情况的出现，从而提高产品的精度和可靠性。
1.5 摩擦学设计的地位和作用
在零件上，接受摩擦学行为作用的是零件的表面，工作条件
1.1.4 摩擦学的特点

从学科性质上看，摩擦学具有以下三个特点： (1)摩擦学是一门在某些传统学科的基础上综合发展起来的边缘学科。摩擦、磨 损和润滑涉及到科学技术的极其广泛的专业领域，包括力学、物理学、化学、 热力学、传热学、表面科学以及机械学和材料科学与工程等多种学科。

2011-摩擦学设计

2011-摩擦学设计
摩擦学设计
Tribology Design
摩擦学设计
内容简介
摩擦学（Tribology）是近 40 年来发展起来的一门新的边缘学 科。它是有关摩擦、磨损与润滑科学的总称，是研究相互接触的摩 擦表面之间的摩擦和磨损的有关科学和技术的一门学科。 由于在机械产品及其零部件的设计中，需要应用和处理大量的 摩擦学问题，因而也就诞生了摩擦学设计。
摩擦学设计的基本内容主要包括如下三方面：
(1)摩擦副设计。
它包括摩擦副的类型选择、结构设计和材料选择等；
(2)润滑系统设计。
它包括润滑剂和润滑方法的选择、润滑系统的设计等；
(3)状态监测及故障诊断系统设计。
为了获得摩擦副当前运动状态的信息，并进行机械故障诊断，包 括温度、振动传感器、油液监测器的设计或选用；信号传输的处理、 分析等。
图11-1
表面形貌及其特性
2. 金属的表层结构
图11-2 金属零件表层的一般结构
3. 金属表面的接触
如图11-3所示。接触 面积可分为如下 3 种：
(1)名义接触面积An An=a×b ， 即 接 触 表 面的宏观面积，由接触物 体的外部尺寸决定。 (2)轮廓接触面积AP 即金属表面弹性变形 部分所形成的接触面积总 和，AP的大小与表面所承 受的载荷有关，通常， AP≈An(5~15)％。
1. 摩擦的定义
两个相互接触的物体在外力作用下作相对运动时其接触表面之间 的切向阻抗现象，叫做摩擦。其阻力叫做摩擦力。 这种摩擦与两个物体接触部分的表面相互作用有关，而与物体内 部状态无关，所以又称为外摩擦。液体或者气体中各部分之间相对移 动而发生的摩擦，称为内摩擦。而边界润滑状态下的摩擦是吸附膜或 其它表面膜之间的摩擦，也属于外摩擦。 两个物体之间的摩擦力与其法向压力之比值，称为摩擦系数。

工程摩擦学9 摩擦学设计ppt课件

工程摩擦学9 摩擦学设计ppt课件

9.2.2 防止和减少磨损的方法 1〕润 滑
减少摩擦与磨损的有效方法之一是在摩擦副中采用液体光滑。这就意味着在流体动 压光滑形状下延续运转，只需摩擦副可以坚持这种光滑形状，就可使磨损减少。
—般说来，光滑形状对粘着磨损值有很大影响。实验阐明，流体静压光滑形状时粘着 磨损佰最小，其次足流体动压光滑形状，边境光滑形状时的粘着磨损值最大。在光滑油 脂中参与油性和极压添加剂能提高光滑油膜吸附才干及油膜厚度，因此能成倍提高抗粘 着磨损才干。
2021/8/7
9.2 耐 磨 设 计
9. Tribology Design
9.2.2 防止和减少磨损的方法 2〕资料选择 〔4〕微动磨损的摩擦副资料的选配
由于微动磨损是粘着磨损、氧化磨损和磨粒磨损等的复合方式，普通说来，适于抗 粘着磨损的资料配对也适于抗微动磨损。
抗氧化磨损或抗磨粒磨损良好的资料都能改善抗微动磨损才干。
耐磨性与金属的显微组织有关。马氏体耐磨性优于珠光体，珠光体优于铁素体。对
珠光体的形状，片状的比球状的耐磨，细片的比粗片的耐磨。回火马氏体经常比不回火 的耐磨，这是由于未回火的组织硬而脆。
对于同样硬度的钢，含合金碳化物的比普通渗碳体耐磨．碳化物的元素原子越多就 越耐磨。
2021/8/7
9.2 耐 磨 设 计
9. Tribology Design
9.2.2 防止和减少磨损的方法 3〕外表耐磨处置 〔1〕以提高外表硬度为主的耐磨处置，处置工艺有外表淬火、外表化学热处置、等离子 喷涂或氧乙炔喷焊、熔渗处置、复合镀层及化学堆积和物理堆积等方法。
〔2〕以改动外表化学成分与组织为主的耐磨处置，化学热处置及外表喷涂或咬焊、各种 镀层和复合镀层、堆积等方法。
当速度足以产生动压油膜，但该油膜又缺乏以将接触外表完全分开时，齿轮处于混合 光滑形状，齿面粗糙镀的最高处发生直接接触，可以促进跑合，摩擦力和磨损率明显低 于边境光滑时的值。摩擦系数在0.04—0.07之间。

第5章摩擦学设计

第5章摩擦学设计

图3.2 润滑膜厚度与粗糙度高度
用膜厚比来判断摩擦状态处于哪种润滑状 态的公式是： hmin 2 2 （3.1） Ra1 Ra 2 式中，hmin为两滑动粗糙表面间的最小公称油 膜厚度；Ra1、Ra2为两表面轮廓算术平均偏 差。 （1）当膜厚比 1时，为边界摩擦（润滑） 状态； （2）当膜厚比=1~3，摩擦表面间处于混合润 滑状态； （3）当＞3时，为流体摩擦（润滑）状态。
Q sin / 2
又如图3.7中的非矩形螺纹，在轴向载荷Q作 用下的当量摩擦系数可按下式计算： f fv （3.6） cos 式中，为牙型角。
F f fv Q sin / 2
Q
f fv cos
N/2
N/2

图3.6 带传动当量 摩擦系数
图3.7 非矩形螺纹 当量摩擦系数
（3.3） 当物体发生运动后，摩擦系数会从最大静 摩擦系数降低到动摩擦系数。虽然动摩擦系数 一般也与工况条件有关，但为了简单起见通常 假设它是一个常数。 2．当量摩擦系数 摩擦系数是摩擦力与法向力的比值。有 时，作用在运动副上的力不一定是法向力。而 因为结构和分析需要等原因，会用摩擦力与这 些作用力的比值作为摩擦系数。
ds 2a 3 s
考虑到并非所有粘结点都形成半球形的磨 屑，引入粘着磨损常数ks，则粘着磨损公式为: （3.10） dV W ks ds 3 s （2）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 峰尖在较软材料表面上犁刨出很多沟纹时被移 去的材料，一部分流动到沟纹的两旁，一部分 则形成一连串的碎片脱落下来成为新的游离颗 粒，这样的微切削过程就叫磨粒磨损。
4）微动磨损 这是一种由粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨 损和疲劳磨损共同形成的复合磨损形式。 它发生在宏观上相对静止，微观上存在微幅相 对滑动的两个紧密接触的表面上，如轴与孔的 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。微动磨损不仅 要损坏配合表面的品质，而且要导致疲劳裂纹 的萌生，从而急剧地降低零件的疲劳强度。

摩擦学设计

摩擦学设计
从目前来看，绝大多数研究成果都是通过实验得出，虽然实验 结果具有客观真实性，但实验成本相对较高，并且研究工况受 实验条件限制，大多数实验只能在低载低速下进行。为了弥补 实验不足，用数值模拟的方法代替实验方法去研究高载高速高 副等特殊工况下的表面摩擦润滑性能具有非常重要的意义。
实验原理及重要参数
实验原理图：实验时，钢球静止，上面施 加有实验所需载荷，样品绕旋转中心旋转， 富油润滑。
• 摩擦学是研究相对运动的相互作用表面间的摩擦、润滑和磨损， 以及三者间相互关系的基础理论和实践
• 摩擦学研究的主要内容是摩擦、磨损和润滑，其主要任务就是 要控制摩擦和磨损，改善润滑，以达到节能、节材、降耗和减 排的目的。
摩擦状态
不同的摩擦状态表现出的摩擦系数不同，Stribeck曲线表现了这些摩擦状 态，u、η、p 分别表示速度、润滑剂粘度和压力。
传动功率 小齿轮转速 齿轮的当量弹性模量
z1 39 ， z2 18 m 7mm n 20o 或 n 25o 13.3o
B 32mm ha* 1
i z1 / z2 2.16 P 1103kw
n2 10000 r / min E ' 227GPa
结论：由实验结果可知，粘度大润滑
实验下试样样品： 三角形微织构：边长443um 微坑面积比分别为5%、10%、 15%、20%。 微坑深度：20um。
实验结果：
1000 800 600
0.14
V
1
2
0.13
3
4 0.12
V (rev/sec) COF
400
0.11
200 0.10
0 0
0.09 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

摩擦学设计的基本内容主要包括如下三方面：
(1)摩擦副设计。
它包括摩擦副的类型选择、结构设计和材料选择等；
(2)润滑系统设计。
它包括润滑剂和润滑方法的选择、润滑系统的设计等；
(3)状态监测及故障诊断系统设计。
为了获得摩擦副当前运动状态的信息，并进行机械故障诊断，包 括温度、振动传感器、油液监测器的设计或选用；信号传输的处理、 分析等。
(4) 粘着理论 粘着理论和分子机械理论相比较，二者都考虑了表面微凸峰间的 啮合力，但粘着摩擦理认为这种啮合力是由微凸峰受载后的塑性变形 所产生，同时，还考虑了微凸峰在接触以后产生粘结，如果被外力所 剪切而分离时，还必须克服微凸峰间相互位移所需的切向力。由于粘 着结点具有很强的粘着力，当两表面作相对滑动时，粘着点被切断， 当一表面比另一表面硬时，则硬的微凸体顶峰还将较软的表面上拉划 出犁沟，这时，摩擦力是粘着效应和犁沟效应产生阻力的总和，即剪 切这些粘着点的力和拉划出犁沟的力之和就是摩擦力。 按上述粘着理论得出的摩擦力 F 为
(3)磨损度：指磨损量与发生磨损所经过的规定距离或所作的功 之比值。 (4)耐磨性：用以表示材料抵抗磨损的性能。它以规定的摩擦条 件下的磨损率的倒数来表示。
2. 磨损的类型
磨损的分类方法很多，为了对磨损现象能够深入地理解和研究， 现代机械工程常按摩擦表面破坏的机理和特性对磨损进行分类。为此， 一般可将磨损分为如下五类： ● 粘着磨损 ● 磨料磨损 ● 表面疲劳磨损 ● 腐蚀磨损 ● 微动磨损
图11-1
表面形貌及其特性
2. 金属的表层结构
图11-2 金属零件表层的一般结构
3. 金属表面的接触
如图11-3所示。接触 面积可分为如下 3 种：
(1)名义接触面积An An=a×b ， 即 接 触 表 面的宏观面积，由接触物 体的外部尺寸决定。 (2)轮廓接触面积AP 即金属表面弹性变形 部分所形成的接触面积总 和，AP的大小与表面所承 受的载荷有关，通常， AP≈An(5~15)％。
2)按摩擦副的运动形式分类
按摩擦副的运动形式分类，摩擦可分为：滑动摩擦、滚动摩擦和 滑-滚摩擦。 (1)滑动摩擦：指两个接触物体之间的动摩擦，其接触表面上切向 速度的大小和（或）方向不同。也就是两表面发生相对滑动运动时的 动摩擦。 (2)滚动摩擦：在力矩作用下，物体沿接触表面滚动时的摩擦。也 就是两表面发生纯滚动运动时的动摩擦。滚动摩擦时，其接触表面上 至少有一点切向速度的大小和方向均相同。 (3)滚－滑摩擦：指两个接触物体之间的动摩擦，其接触表面上同 时发生滚动和滑动运动时的摩擦。
11.2.3 磨损
1. 磨损的定义及其表示方法
相互接触物体的表面相对运动过程中，表层物质发生不断损失的 现象称为磨损，表现为物体尺寸和(或)形状的变化。 为了说明材料磨损程度和耐磨性能，需要用 定量方法 表征磨损 现象。通常采用下述几种指标。 (1)磨损量：指以尺寸、体积或重量的减少量来表示的磨损过程 结果的量。通常可用线磨损量、体积磨损量、重量磨损量来表示。 磨损量是评定材料耐磨性能，控制产品质量和研究摩擦磨损机理的 重要指标之一。 (2)磨损率：是指磨损量对产生磨损的行程或时间之比值。它可 用三种方式表示，即单位滑动距离的材料磨损量；单位时间的材料 磨损量；每转或每一往复行程的材料磨损量。
f F b W s
（11-5） 为较软材料的抗
式中，τb 为较软材料的剪切强度极限；σs 压屈服极限；W 为外载荷。
4. 影响摩擦的因素
研究摩擦的根本目的在于弄清摩擦的机理，以便控制摩擦过程和 降低摩擦损耗。影响摩擦的因素是多方面的，目较普遍的认识认为有 以下几个主要方面： (1)金属材料的性质（材料互溶性，材料的金相分子结构等）； (2)法向载荷； (3)表面的滑动速度； (4)环境及表面间的温度； (5)表面的粗糙度； (6)表面膜等。 因此，在研究分析具体摩擦现象及问题时，应给于全面考虑。 表11-1给出了部分常用材料间的滑动摩擦系数。
外摩擦和内摩擦的共同特征是：一物体或一部分物质将自身的 运动传递给与它相接触的另一物体或另一部分物质，并试图使两者 的运动速度趋于一致，因而在摩擦过程中发生能量的转换。 外摩擦与内摩擦的不同特征在于内部运动状况。 内摩擦时流体相邻质点的运动速度是连续变化的，具有一定的 速度梯度；而外摩擦是在滑动面上发生速度突变。 此外，内摩擦力与相对滑动速度成正比，当滑动速度为零时内 摩擦力也就消失；而外摩擦力与滑动速度的关系随工况条件变化， 当滑动速度消失后仍有静摩擦力存在。
F T Pe Ar b Spe
（11-3）
式中，T 剪切力，T＝Ar τb；Pe 犁沟力，Pe = S pe；其中，Ar 为粘着面积即实际接触面积；τb 粘着点的剪切强度；S ； 犁沟面积； pe 单位面积的犁沟力。
对于金属摩擦副，通常Pe 的数值远小于 T 值。粘着理论认为粘着 效应是产生摩擦力的主要原因。如果忽略犁沟效应，式(11-3)变为 摩擦力： F A b W b （11-4） S 摩擦系数：
F Ar W f Ar / W
（11-1） （11-2）
式中，α 由摩擦表面分子特性决定的系数； β 械特性决定的系数；Ar 实际接触面积；W
由摩擦表面机 外载荷。
分子机械理论较上述两种摩擦理论更为完善一些，主要是因为它 既考虑了微凸峰间分子的吸引力，并又明确指出，界面间微凸峰的机 械啮合力是产生摩擦的主要原因。这一理论更为符合实际情况。
11.2 金属表面的摩擦和磨损
11.2.1 金属表面特性
机械设备的工作表面大多都是采用 金属制作的。而摩擦学研究 的对象是作相对运动、相互作用的表面，所以了解金属表面的特性 是解决摩擦学问题的基础知识之一。
金属表面的特性，主要包括金属表面的形貌、表面的结构组成 以及表面的接触。
1. 金属表面形貌
摩擦学问世于1966年，它是世界上近几十年中发展最快的学科之 一，这主要是由于摩擦学的研究对于国民经济具有十分重要的意义。 由于全世界约有 1/2 ~ 1/3 的能源以各种形式消耗在摩擦上，而摩 擦导致磨损是机械设备失效的主要原因，大约有80％的损坏零件是由 于各种形式的磨损引起的。
由于摩擦学对于工农业生产和人民生活的巨大影响，因而自这门 学科与1966年一经提出，就迅速引起世界各国的普遍重视，成为近40 多年来迅速发展的技术学科，并日益得到广泛的应用。
摩擦学设计
Tribology Design
摩擦学设计
内容简介
摩擦学（Tribology）是近 40 年来发展起来的一门新的边缘学 科。它是有关摩擦、磨损与润滑科学的总称，是研究相互接触的摩 擦表面之间的摩擦和磨损的有关科学和技术的一门学科。 由于在机械产品及其零部件的设计中，需要应用和处理大量的 摩擦学问题，因而也就诞生了摩擦学设计。
摩擦学设计是以摩擦、磨损及润滑理论为基础，从系统工程观点 出发，通过一系列计算与经验类比分析，来预测并排除可能发生的故 障，使机械设备在使用过程中达到尽可能小的摩擦、损耗和经济的稳 定磨损率。 摩擦学设计是机械设备零件设计经历了运动设计与强度设计以后 的第三阶段设计，它涉及到流体力学、固体力学、流变学、数学、材 料科学、物理和化学等内容。
图11-3
表面接触面积
(3)实际接触面积Ar 即轮廓接触面积AP内各真实接触部分的微小面积的总和。
11.2.2 摩擦
两上物体表面相互接触或相对运动时，就会发生摩擦。因此，摩 擦是自然界普遍存在的一种现象。 人类对摩擦最早的应用就是“摩擦起火”。近代工业的摩擦轮传 动、各种车辆和飞机的制动器、摩擦切削等都是利用摩擦为人类服务 的例子。但在大多数情况下，摩擦是有害的，它造成能量的损耗和机 件材料的磨损。据统计，世界上能源有1/2~1/3以各种形式消耗于摩擦。
本章主要介绍了如下方面内容： 摩擦学的概念及摩擦学设计内容 金属表面的摩擦和磨损 摩擦学设计中的减摩和耐磨材料的选择 润滑和润滑系统设计 摩擦学系统的监测与诊断技术
11.1 摩擦学设计概述
摩擦学（Tribology）是近40 年来发展起来的一门新的边缘学科。 它是有关摩擦、磨损与润滑科学的总称，是研究相互接触的摩擦表 面之间的摩擦和磨损的有关科学和技术的一门学科。 摩擦是现象，磨损是摩擦的结果，润滑是降低摩擦、减少磨损的重 要措施。因此，摩擦、磨损与润滑三者有着十分密切的关系。 任何机器的运转都依赖其零件副的相对运动来实现。而零件的相对 运动必然会产生摩擦和磨损。 为了 减少摩擦 或 降低磨损 ，最有效的手段是 采用润滑 。因此，解 决 摩擦 、 磨损和润滑问题 就成为机械及大多数技术部门 最普遍和最重 要的问题之一。
1. 摩擦的定义
两个相互接触的物体在外力作用下作相对运动时其接触表面之间 的切向阻抗现象，叫做摩擦。其阻力叫做摩擦力。 这种摩擦与两个物体接触部分的表面相互作用有关，而与物体内 部状态无关，所以又称为外摩擦。液体或者气体中各部分之间相对移 动而发生的摩擦，称为内摩擦。而边界润滑状态下的摩擦是吸附膜或 其它表面膜之间的摩擦，也属于外摩擦。 两个物体之间的摩擦力与其法向压力之比值，称为摩擦系数。
以上对摩擦的定义，确切地指出了摩擦的实质。显然，两接触 表面有相对运动或相对运动的趋势，必然就有摩擦现象，其量值可 以用摩擦力或摩擦系数反映，而摩擦力始终与相对运动的方向相反。
2. 摩擦的分类
摩擦可以按以下不同的方式来分类。
1)按摩擦副的运动状态分类
按摩擦副的运动状态分类，摩擦可分为：静摩擦和动摩擦。 (1)静摩擦：两个物体作宏观位移前的微观位移时其接触表面之间 的外摩擦。其摩擦力称静摩擦力。 静摩擦力随作用于物体上的外力变化而变化。当外力大到克服了 最大静摩擦力时，物体才开始宏观运动。最大静摩擦力是物体产生宏 观位移前的摩擦力极限。 (2)动摩擦：两个物体作相对运动时接触表面之间的外摩擦。其阻 碍物体运动的切向力叫动摩擦力。 动摩擦力通常小于静摩擦力。