第8章 边界润滑理论要点
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摩擦与润滑基础知识目录一、摩擦学概述 (3)1. 摩擦定义及分类 (4)2. 摩擦现象产生原因 (5)3. 摩擦学研究内容 (6)二、润滑基础 (7)1. 润滑概念及作用 (8)2. 润滑剂的种类与选择 (9)3. 润滑剂的性能指标 (11)三、摩擦与润滑原理 (13)1. 摩擦原理 (14)(1)干摩擦与湿摩擦 (15)(2)静摩擦与动摩擦 (16)(3)摩擦系数 (17)2. 润滑原理 (17)(1)液体润滑理论 (18)(2)边界润滑理论 (19)(3)混合润滑理论 (20)四、摩擦与润滑影响因素 (21)1. 材料性质影响 (22)2. 载荷影响 (23)3. 速度影响 (24)4. 温度影响 (24)5. 环境影响 (25)五、摩擦与润滑在机械设备中的应用 (26)1. 机械设备中的摩擦现象分析 (28)2. 润滑系统在机械设备中的作用 (29)3. 典型机械设备的润滑设计实例 (30)六、摩擦与润滑的试验方法及设备 (31)1. 摩擦试验方法及设备 (32)2. 润滑试验方法及设备 (33)3. 实验结果分析与评价 (34)七、摩擦与润滑的故障诊断及维护保养 (35)1. 摩擦故障类型及诊断方法 (36)2. 润滑系统故障分析及处理 (38)3. 设备维护保养策略与建议 (39)八、摩擦与润滑的未来发展趋势 (41)1. 新材料在摩擦与润滑领域的应用 (42)2. 智能润滑技术的发展趋势 (43)3. 绿色环保理念在摩擦与润滑领域的应用前景 (44)一、摩擦学概述摩擦学是研究摩擦现象及其产生机理、摩擦过程中的物理和化学变化、摩擦性能和润滑技术的一门科学。
它是机械工程、材料科学、物理学和化学等多个学科的交叉领域。
在现代工程实践中,摩擦学对于提高机械效率和可靠性、节约能源、减少磨损和延长设备寿命等方面具有至关重要的作用。
摩擦是一种普遍存在的物理现象,任何相互接触的物体在相对运动时都会产生摩擦。
第八章摩擦和润滑第一节摩擦与润滑机理当两个紧密接触的物体沿着它们的接触面作相对运动时,会产生一个阻碍这种运动的阻力,这种现象叫摩擦,这个阻力就叫做摩擦力。
摩擦力与垂直载荷的比值叫做摩擦系数。
摩擦定律可描述如下:(1)摩擦力与法向载荷成正比:F∝P(2)摩擦力与表面接触无关,即与接触面积大小无关。
(3)摩擦力与表面滑动速度的大小无关。
(4)静摩擦力(有运动趋向时)F S大于动摩擦力F K,即Fs>F K。
摩擦定律公式:F=f·P或f=F/P式中F——摩擦力f—-摩擦系数;P-—法向载荷,即接触表面所受的载荷;载荷机器中凡是互相接触和相互之间有相对运动的两个构件组成的联接称为“运动副”(也可称为“摩擦副”),如滚动轴承里的滚珠与套环;滑动轴承的轴瓦与轴径等等。
任何机器的运转都是靠各种运动副的相对运动来实现,而相对运动时必然伴随着摩擦的发生.摩擦首先是造成不必要的能量损失,其次是使摩擦副相互作用的表面发热、磨损乃至失效。
磨损是运动副表面材料不断损失的现象,它引起了运动副的尺寸和形状的变化,从而导致损坏。
例如油在轴承内运转,轴承孔表面和轴径逐渐磨损,间隙逐渐扩大、发热,使得机器精度和效率下降,伴随着产生冲击载荷,摩擦损失加大,磨损速度加剧,最后使机器失效.润滑是在相对运动部件相互作用表面上涂有润滑物质,把两个相对运动表面隔开,使运动副表面不直接发生磨擦,而只是润滑物质内部分子与分子之间的摩擦。
所以,摩擦是运动副作相对运动时的物理现象,磨损是伴随摩擦而发生的事实,润滑则是减少摩擦、降低磨损的重要措施。
第二节摩擦分类摩擦有许多分类法。
1.按摩擦副运动状态分静磨擦:一个物体沿着另一个物体表面有相对运动趋势时产生的摩擦,叫做静摩擦。
这种摩接力叫做静摩擦力。
静摩擦力随作用于物体上的外力变化而变化。
当外力克服了最大静摩擦力时,物体才开始宏观运动。
动磨擦:一个物体沿着另一个物体表面相对运动时产生的摩擦叫做动摩擦。
设备润滑常识1、润滑理论基础:1.1磨擦按润滑状态分类:1.1.1干摩擦:既无润滑又无湿气的摩擦,金属间的摩擦系数达0.3~1.5,磨损严重,发热很多,寿命相对很短。
1.1.2流体摩擦(流体润滑):两相对运动表面间被一层具有压力的流体完全隔开的摩擦。
它的摩擦阻力很小,只与流体内部的分子运动阻力(即黏度)有关。
摩擦系数约0.01~0.001或更小,摩擦损耗功率小,几乎没有磨损,是一种非常理想的摩擦状态。
1.1.1.1.3边界摩擦(边界润滑):在摩擦表面间存在一层即具有润滑性能,又能吸附在表面上的极薄的边界膜(一般在0.1um以下),使其处于干摩擦和流体摩擦的边界状态。
摩擦阻力的大小不取决于润滑剂的黏度,而与表面的吸附性质和边界膜有关。
摩擦系数一般为0.15~0.3,能比较有效的降低摩擦阻力和减轻磨损。
边界膜按结构形式分为吸附膜和反应膜a、吸附膜:润滑剂中的极性分子靠分子力吸附在金属表面上,形成定向排列的分子栅,亦称为物理吸附膜。
形成膜既可以是单分子层,也可以是多分子层。
分子间的内聚力使吸附膜具有一定承载能力,能有效的防止两摩擦表面直接接触,构成吸附膜之间的摩擦。
这种边界膜的润滑性能通常称润滑油的油性,在温度、速度和载荷不太高的情况下极易形成并起作用。
此外润滑剂中的活性分子靠离子键吸附在金属表面上,形成另一种熔点低、剪切强度小的化学吸附膜,可防止粘着和降低摩擦力。
在重载、高温时吸附膜很容易破裂,使金属摩擦面直接接触。
b、反应膜:在润滑剂中添加硫、氯、磷等与金属表面进行化学反应生成的膜,称为反应膜,它的熔点高、剪切强度和摩擦系数较低,主要用在重载、高滑动速度和高温作条件下。
1.1.4混合摩擦(混合润滑):既有边界摩擦又有流体摩擦(即半流体摩擦)的混合状态。
摩擦系数一般为0.1~0.01,能较有效的降低摩擦阻力,减轻磨损。
是一般机械设备在实际工况下最为常见的摩擦方式,尤其是在设备开停车的阶段时通常会发生此类摩擦。
润滑理论润滑理论⼀、润滑的作⽤和类型1.润滑的作⽤润滑的⽬的是在机械设备摩擦副相对运动的表⾯间加⼊润滑剂以降低摩擦阻⼒和能源消耗,减少表⾯磨损,延长使⽤寿命,保证设备正常运转。
润滑的作⽤如下:1)降低摩擦2)减少磨损3)冷却,防⽌胶合4)防⽌腐蚀此外,润滑剂在某些场合可以起阻尼、减振或缓冲作⽤。
润滑剂的流动,可将摩擦表⾯上污染物、磨屑等冲洗带⾛,起清洁作⽤。
有些场合,润滑剂还可起到密封作⽤,减少冷凝⽔、灰尘及其他杂质的侵⼊。
2.润滑的类型1)液体润滑(摩擦),两表⾯完全为润滑剂隔开,摩擦为流体内的粘性阻⼒形成。
2)混合润滑(摩擦),两表⾯之间⼜有液体润滑状态,⼜有边界润滑状态的混合情况。
3)边界润滑(摩擦),两表⾯之间由边界膜(吸附膜或化学膜等)形成的润滑。
4)⽆润滑(⼲摩擦),⽆或很少润滑剂的情况。
流体润滑⾃然是最佳的润滑状态。
形成液体润滑的⽅式主要有:流体动压润滑、弹性流体动压润滑、流体静压润滑等。
⼆、流体动压润滑运动副⼯作时,两⼯作表⾯之间的相对运动可将润滑剂带⼊⼯作区,并建⽴⼀定的油压(动压)⽀撑外载荷,形成油膜,保护⼯作表⾯,形成所谓"流体动压润滑"。
流体动压润滑的形成需要三个条件:1)两表⾯之间有相对的运动(滚动或滑动); 2)两表⾯之间有楔形间隙,润滑油从⼤⼝进⼊;3)两表⾯之间有润滑剂(有粘度)。
这就是所谓的流体动压润滑三要素。
动压润滑理论就是探讨间隙中流体的流动、压⼒等关系。
1886年雷诺导出了经典的Reynolds ⽅程。
1.雷诺⽅程雷诺⽅程是流体润滑理论的基本⽅程:4) 变密度效应。
在密度等随时间变化的场合,雷诺⽅程可写成:雷诺⽅程假设条件: 1)忽略体积⼒的作⽤。
2)沿流体膜厚度⽅向,流体压⼒不变。
3)与流体膜厚度相⽐较,轴承表⾯的屈率半径很⼤,因此,不需要考虑流体速度⽅向的变化。
2.雷诺⽅程的求解 1)压⼒分布从理论上讲,当运动速度和润滑剂粘度已知时,对于给定的间隙形状h(x,y)和边界条件,将雷诺⽅程积分,既可求得压⼒分布p(x,y)。
第一章摩擦学绪论摩擦力:两个相互接触的物体,在外力的作用下,发生相对运动时,阻碍运动的阻力。
根据两个摩擦物体状态不同分为:固体与固体的摩擦、固体与液体的摩擦、固体与气体的摩擦。
磨损:摩擦副之间发生相对运动时引起接触表面材料的迁移或脱落过程。
磨损和摩擦热是摩擦的必然结果。
润滑:在两个相对运动的表面之间施加润滑剂,以减少摩擦和磨损的过程。
摩擦理论的两种学说:凹凸说:认为摩擦的起因是一个凹凸不平的表面沿另一个表面上的微凸物体上升所做的功。
粘附说:认为摩擦的起因是接触摩擦区两表面之间分子的粘附作用。
研究摩擦的意义:1、降低金属成形过程力能的消耗;2、提高生产效率;3、改进成形制品质量,减少金属损失。
4、节约用水,减少酸液的使用。
第二章表面性质与表面接触按照凹凸不平的几何特征和形成原因,实际的金属表面形貌是由形状偏差、波纹偏差和表面粗糙度组成。
常用粗糙度:Ra(中线平均值)、Rs(均方根值)表面粗糙度的测量通常用显微镜和表面轮廓仪,其中表面轮廓仪不仅可以测量全部16个表面参数,而且还可以得到表面轮廓的图形。
➢表面吸附根据吸附膜的性质不同分为物理吸附和化学吸附。
物理吸附:在气体与固体的表面接触时,由于分子间的作用力(范德华力)而产生的吸附,其特征是不改变吸附层的分子结构或电子分布,吸附能力较弱。
当温度升高时易发生解吸。
化学吸附:在接触面上分子间发生了电子交换,或是电子对的偏移,电子分布发生变化而形成的化学结合力。
吸附能力比物理吸附大,在较高温度时才能解吸。
接触面积:表观接触面积(或名义接触面积,用Aa表示)、轮廓接触面积(Ac)、实际接触面积(Ar)。
实际接触面积是很小的,一般只占表观接触面积的0.01%-1%,但是当接触表面发生相对运动时,实际接触面积对摩擦和磨损却起着决定作用。
➢润滑条件下金属的的表面粗糙化:在金属成形过程中,工模具与变形金属接触表面之间,当存在连续的足够厚度的润滑油时,由于过后的油膜阻碍了金属表面与工模具的直接接触,变形过程中金属的表面如同自由表面变形,导致变形后表面差生粗糙化现象。
1第十五章 滑动轴承(一)教学要求1、 了解滑动轴承特点、分类和主要结构,滑动轴承的材料、润滑方式,了解非流体摩擦滑动轴承的计算方法2、 了解流体动压润滑滑动轴承计算,主要参数选择,了解其它型式滑动轴承(二)教学的重点与难点1、 非流体摩擦滑动轴承的设计计算2、 流体动压滑动轴承的承载能力及影响因素(三)教学内容轴承——支承轴颈使轴作回转运动,分:滑动轴承;滚动轴承 一、滑动轴承类型:按承载:向心轴承(受Fr );推力轴承(受Fa ) 二、滑动轴承的特点优点:1)承载能力高;2)工作平稳可靠、噪声低;3)径向尺寸小;4)精度高;5)流体润滑时,摩擦、磨损较小;6)油膜有一定的吸振能力缺点:1)非流体摩擦滑动轴承、摩擦较大,磨损严重。
2)流体摩擦轴承在起动、行车、载荷、转速比较大的情况下难于实现;3)流体摩擦其设计、制造、维护费用较高。
三、应用:1)n 特高或特低;2)对回转精度要求特别高的轴;3)承受特大载荷;4)冲击、振动较大时;5)特殊工作条件下的轴承;6)径向尺寸受限制或轴承要做成剖分式的结构 例:机床、汽轮机、发电机、轧钢机、大型电机、内燃机、铁路机车、仪表、天文望远镜等。
§15-1 摩擦状态一、摩擦及其分类根据摩擦面间存在润滑剂的状况,干摩擦 最低要求滑动摩擦 液体摩擦(液体润滑) 最理想 如图所示 边界摩擦(边界润滑) 最不利 混合摩擦(混合润滑) 最常见1、干摩擦——两摩擦表面直接接触,不加入任何润滑剂的摩擦。
2、边界摩擦(边界润滑)——摩擦面上有一层边界膜起润滑作用。
3、液体摩擦(润滑)——摩擦表面间的润滑膜厚度大到足以将两个表面的轮廓完全隔开时,即形成了全液体摩擦,f极小,是理想摩擦状态。
4、混合摩擦(润滑)——在实践中有很多摩擦副处于干摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态,称为混合摩擦。
图15—1d为摩擦副的摩擦特性曲线,这条曲线是由实验得到的。
§15-2滑动轴承的结构形式一、向心滑动轴承图15-2,为剖分式径向滑动轴承,由轴承座,轴承盖,剖分轴瓦(附轴承衬)、双头螺柱(调整垫片)等,轴瓦表面有油沟,油通过油孔、油沟而流向轴颈表面,轴瓦一般水平剖分,也有倾斜剖分。
目录1.课程名称:《自动控制原理》 (1)2.课程名称:《半导体器件物理》 (6)3.课程名称:《微电子封装工程》 (9)4.课程名称:《微电子制造学》 (12)5.课程名称:《材料成型加工Ⅰ》 (20)6.课程名称:《金属塑性成形原理》 (23)7.课程名称:《光电检测技术》 (27)8.课程名称:《集成电路工艺原理》 (33)9.课程名称:《集成光子器件制造理论与技术》 (37)10.课程名称:《传感器原理和技术》 (40)11.课程名称:《MEMS技术》 (48)12.课程名称:《微电子制造装备》 (53)13.课程名称:《压电学与超声驱动》 (58)14.课程名称:《光纤通信器件与技术》 (61)15.课程名称:《工程热力学》 (67)16.课程名称:《传热学》 (70)17.课程名称:《机械振动》 (73)18.课程名称:《有限单元法》 (76)19.课程名称:《金属凝固及控制》 (79)20.课程名称:《材料成型加工Ⅱ》 (83)21.课程名称:《材料成型的计算机仿真》 (86)22.课程名称:《摩擦学》 (91)23.课程名称:《工程图学》 (95)24.课程名称:《C及C++可视化程序设计》 (101)25.课程名称:《工程制图》 (105)26.课程名称:《工程制图基础》 (110)27.课程名称:《现代设计方法》 (114)28.课程名称:《机械原理》 (118)29.课程名称:《机械设计》 (123)30.课程名称:《机械设计基础Ⅱ》 (128)32.课程名称:《机械设计学》 (140)33.课程名称:《轨道车辆工程》 (143)34.课程名称:《工程机械底盘》 (146)35.课程名称:《现代工程实验方法》 (152)36.课程名称:《内燃机构造与原理》 (155)37.课程名称:《车辆液压传动系统设计》 (159)38.课程名称:《高速铁路养护设备》 (163)39.课程名称:《车辆动力学》 (167)40.课程名称:《金属结构设计及计算》 (171)41.课程名称:《车辆电传动及控制》 (175)42.课程名称:《流体力学》 (178)43.课程名称:《互换性与测量技术》 (183)44.课程名称:《机械制造工艺学》 (187)45.课程名称:《机械制造装备技术》 (190)46.课程名称:《计算机辅助制造》 (194)47.课程名称:《金属成形与模具设计》 (198)48.课程名称:《非金属成型与模具设计》 (204)49.课程名称:《机械工程材料》 (208)50.课程名称:《先进制造技术导论》 (215)51.课程名称:《机床数控原理与系统》 (220)52.课程名称:《数控加工编程与应用》 (223)53.课程名称:《计算机辅助工艺设计》 (226)54.课程名称:《金属切削原理与刀具》 (230)55.课程名称:《现代模具制造技术》 (235)56.课程名称:《模具CAD/CAM》 (239)57.课程名称:《热流道模具设计》 (242)58.课程名称:《注射成型过程计算机模拟技术》 (246)59.课程名称:《机械制造工艺学》 (250)60.课程名称:《极限配合与测量技术基础》 (253)61.课程名称:《工程机械机电液一体化》 (257)62.课程名称:《电液比例控制技术》 (260)64.课程名称:《设备管理》 (268)65.课程名称:《机电一体化系统设计》 (273)66.课程名称:《机电传动控制》 (276)67.课程名称:《机械工程控制基础》 (279)68.课程名称:《机械工程测试技术》 (283)69.课程名称:《液压传动与控制》 (286)70.课程名称:《微机原理与应用》 (289)71.课程名称:《可编程序控制器原理及应用》 (293)72.课程名称:《数控技术》 (297)73.课程名称:《单片机接口技术》 (300)74.课程名称:《计算机控制系统》 (304)75.课程名称:《工业机器人导论》 (308)76.课程名称:《机械系统动力学建模与分析》 (311)77.课程名称:《控制系统数字仿真》 (314)《自动控制原理》课程简介课程编号:08010011课程名称:自动控制原理英文名称:Principles of Automatic Control学时与学分:40/2.5先修课程:《高等数学》、《大学物理》、《电路分析》、《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》等课程简介:《自动控制原理》是一门探索自动控制系统普遍规律的学科。