第二章 摩擦、磨损及润滑概述
一、教学目标
(一）能力目标
1.会分析摩擦副类型，会选择润滑方式及润滑剂类型
2.会选择密封方式
(二)知识目标
1.掌握摩擦副分类及基本性质、磨损过程及润滑的类型及润滑剂类型
2.掌握密封方式的选择
二、教学内容
1.摩擦与磨损
2.润滑
3.密封方法及装置
三、教学的重点与难点
(一）重点
1.润滑方式及润滑剂类型的选择。
2.密封方法的确定。
(二)难点
密封方法的确定。
四、教学方法与手段
应用工程实例讲解，总结归纳式教学。
2.1 摩擦与磨损
随着现代科学技术的发展，对摩擦、磨损的研究已经形成一门新的学科领域——摩擦学。为了节约能源、提高效率及延长机械零件的寿命，润滑是必不可少的。
摩擦：两接触的物体在接触表面间相对运动或有相对运动趋势时产生阻碍其发生相对运动的现象叫摩擦
磨损：由于摩擦引起的摩擦能耗和导致表面材料的不断损耗或转移，即形成磨损。使零件的表面形状与尺寸遭到缓慢而连续破坏→精度、可靠性↓效率↓直至破坏。
润滑：减少摩擦、降低磨损的一种有效手段。
2.1.1 摩擦及其分类 按运动状态，摩擦分静摩擦和动摩擦 。
根据摩擦面间存在润滑剂的状况，摩擦分干摩擦、边界摩擦、液体摩擦、混合摩擦。 (如图所示)。
1、干摩擦
两摩擦表面直接接触，不加入任何润滑剂的摩擦。
干摩擦状态产生较大的摩擦功耗及严重的磨损，因此应严禁出现这种摩擦。
2、液体摩擦
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，是理想摩擦状态。
3、边界摩擦
两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，使其处于干摩擦和液体摩擦之间的状态。边界膜起润滑作用。
4、混合摩擦
处于干摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态。
2.1.2 磨损及其过程
磨损是摩擦的直接结果，使材料损耗↓，工作精度↓，可靠性↓。
典型的磨损过程：
1、磨合磨损过程：形成一个稳定的表面粗糙度，且在以后过程中，此粗糙度不会继续改变，所占时间比率较小。
机械设计基础摩擦磨损与润滑
摩擦磨损与润滑是机械设计中重要的基础知识，它与机械元件的寿命和性能密切相关。本文将从摩擦磨损的基本概念入手，详细介绍摩擦磨损的机理和分类，并探讨润滑在减少摩擦磨损中的作用和常见的润滑方式。
一、摩擦磨损的基本概念
摩擦磨损是指物体相对运动时，由于受到接触面间的相互作用力造成的物质损失现象。在机械设计中，摩擦磨损往往是不可避免的，因此了解其基本概念对于进行合理的设计和使用至关重要。
二、摩擦磨损的机理和分类
摩擦磨损的机理主要包括机械磨损和表面磨损。机械磨损是由于物体交互作用力导致的物质局部塑性变形和断裂引起的，而表面磨损则是由于接触面间的微观凹凸不平而引发的。
根据摩擦磨损的程度和性质可以将其分为磨粒磨损、疲劳磨损和热磨损。磨粒磨损是由于外界进入的磨粒引起的，磨损程度较轻；疲劳磨损是由于材料表面微观裂纹在周期性应力作用下扩展导致的，磨损程度较为严重；热磨损则是由于磨擦时产生的热量使材料表面温度升高而导致的。
三、润滑在减少摩擦磨损中的作用 润滑是通过在机械元件的接触表面形成润滑膜来减少摩擦磨损的现象。润滑可以起到降低摩擦系数、减小磨擦功率损失、防止磨粒间的干扰、冷却和清洁作用等。
常见的润滑方式包括干润滑、边缘润滑和油润滑。干润滑是指在无润滑剂的情况下进行的摩擦磨损，适用于低速小摩擦系数的情况；边缘润滑是指通过在接触表面边缘施加油脂或润滑剂，形成润滑膜以减少磨损；油润滑是指在接触表面形成润滑油膜来进行润滑，适用于高速大负荷的情况。
四、润滑剂的选择和性能要求
润滑剂的选择应根据工作环境、工作条件和要求确定。常用的润滑剂包括液体润滑剂和固体润滑剂。液体润滑剂包括润滑油和润滑脂，具有润滑性能好、传热性能好、密封性好等优点；固体润滑剂包括固体润滑膜和固体润滑添加剂，具有耐高温、耐腐蚀、降低摩擦和磨损等特点。
润滑剂的性能要求主要包括润滑性能、抗磨性能、抗腐蚀性能和稳定性等。润滑性能是指润滑剂在摩擦过程中形成的润滑膜的厚度和稳定性；抗磨性能是指润滑剂能够承受摩擦磨损并保持较好的性能；抗腐蚀性能是指润滑剂能够有效防止接触表面的腐蚀和氧化；稳定性是指润滑剂在工作条件下不易氧化和分解。
摩擦与润滑
1、基本概念基本概念基本概念基本概念
摩擦学：摩擦学（Tribology）一词是1966年才开始使用的，是研究相互作用表面发生相对运动时的有关科学、技术和实践的一门综合性科学技术，其基本内容就是研究机械中的摩擦、磨损和润滑问题。摩擦：两个相互作用的物体在外力作用下发生相对运动时所产生的阻碍运动的阻力称为“摩擦力”，这种现象称之为“摩擦”。磨损：摩擦副之间发生相对运动时引起接触表面上材料的迁移或脱落过程称之为磨损。润滑：在两物体相对运动表面之间施加润滑剂，以减少接触表面间的摩擦和磨损。
2、基本原理：摩擦原理的早期认识及基本观点：
答：凹凸说：1、认为摩擦的起因是一个凸凹不平的表面沿另一‘表面上的微凸物体上升所作的功，也就是说摩擦是由于表面凸凹不平而引起，即摩擦的凹凸学说。2、库仑在解释摩擦起因时，他认为首先是接触表面凹凸不平的机械啮合力，其次是分子之间的粘附力。虽然，他已认识到粘附在摩擦于可能起一定作用．但是次要的，粗糙表面的微凸体才是主要的。粘附说：1、摩擦粘附说：认为摩擦力的真正原因在于接触摩擦区两表面之间的分子粘附作用。2、表面分子吸引力理论：认为摩擦是接触表面分子间相互排斥力与相互吸引力的作用结果。3、分子机械摩擦理论：认为机械与分子吸附是摩擦之源。摩擦与接触面微凸体的弹塑性变形、微凸体相遇时的剪切、犁沟以及接触面分子吸引有关。4、近代被公认的摩擦粘附理论：认为表观接触面积与真实接触面积差别很大，而且真实接触面积还会随摩擦条件而变化，两微凸体之间因存在吸附力而形成接点。摩擦力应为剪断金属之间接点所需的力与硬金属表面微凸体在软金属表面犁沟所需力之和。这一理论最初应用于两种金属之间的摩擦，现在，已深入到非金属等许多其他材料。
第一章表面性质与表面接触
1、为什么在选择润滑剂时希望其表面张力越低越好？ 答：液体的表面张力越小，接触角越小，固体表面就越容易被液体表面浸润。一般认为，液体的表面张力小于固体的表面张力即可润湿固体表面，所以在选择润滑剂时希望其表面张力越低越好。
第二章
零件的摩擦与磨损
一、摩擦学概述（P.16）
•1. 零件的表面：
•零件表面的几何形态称为表面形貌。
•表面形貌是由宏观几何形状、表面波度和粗糙度(或称微观几何形状)构成。
•零件摩擦表面的形貌受到形成表面的最后加工方法、刀痕、切屑分裂时的变形、刀具与表面的摩擦和加工系统的振动等因素的影晌。
•Ra称为轮廓算术平均偏差，用来评定表面粗糙度等级。
•Ra是绝对值总和的算术平均值(总是正值、大于0)
•零件金属表面层的结构是自表向里依次由外表层(污染层、吸附气体层、氧化层)和内表层(加工硬化层、金属基体)构成,如图所示。
•表面层的结构、性能与基体不同，如表面具有自由能、润湿性、吸附作用、化学作用和加工硬化等性能。
•2. 摩擦学概述
•摩擦学是研究摩擦、磨损和润滑之间关系的科学与技术的总称。
•3.摩擦及其分类：(P.17)
•两个物体在外力作用下产生相对运动或有相对运动趋势时，接触表面间产生切向阻力和阻力矩以阻止运动的现象称为摩擦。
•按摩擦副的运动状态：动摩擦、静摩擦。
•按摩擦副的运动形式：滑动摩擦、滚动摩擦。
•按摩擦表面润滑状态将摩擦分为干摩擦、边界摩擦、液体摩擦和混合摩擦(半干摩擦和半液体摩擦)。
•摩擦表面间设有任何润滑剂时的摩擦，称为干摩擦，摩擦系数最大。
•在边界润滑条件下，摩擦表面间有一层极薄的(～0.1μm)润滑油膜(如物理吸附膜、化学吸附膜或化学反应膜)时的摩擦称为边界摩擦。 •液体摩擦是指摩擦表面间有一层边界膜和流体膜的润滑剂时，摩擦表面不能直接接触，摩擦发生在润滑剂的分子之同的摩擦。
•解释干摩擦产生的机理有四种：机械啮合理论、分子理论、分子—机械理论、粘着理论。
•人们较为公认：粘着理论。(P.17-18)
•两个摩擦表面实际接触面积很小(只有名义接触面积的0.01-0.1%)，只在少数微凸处形成点接触，其上局部应力很大，当超过零件材料的σs时,产生塑性变形,实际接触面积增大并使接触点上的氧化膜被压碎，两种金属分子相互扩散而溶合在一起形成冷焊点。
