机械设计教案（68） 第四章 摩擦、磨损及润滑概述 大纲要求：了解机械零件的润滑状态；了解机械零件的摩擦与磨损规律；掌握常用润滑 材料和润滑方式；了解常用密封方法和密封件的性能与选用。（2＋1 学时） 重点内容：机械零件的摩擦状态、磨损规律。常用润滑油和润滑脂的主要性能指标及选 用原则。常用润滑方式。常用密封方法。常用密封件的性能及选用。 §4―1 摩擦学发展概况 Jost 的报告，Tribology诞生，摩擦学研究得到世界各国的广泛重视，成果丰硕。 §4―2 摩擦 静摩擦 滚动摩擦 摩擦 摩擦 干摩擦 动摩擦 滑动摩擦 边界摩擦 流体摩擦 混合摩擦 边界摩擦 流体摩擦 混合摩擦 膜厚比λ≤ 1 λ ＞ 3 1 ≤λ≤ 3 F.P.Bowden ,Tabor在 1945年提出摩擦的粘着理论，1963 年又进一步提出修正的粘着 理论。目前可以解释很多摩擦现象。 边界摩擦理论认为： 边界膜 吸附膜 物理吸附膜 （靠润滑油中的极性分子形成――油性） 化学吸附膜 （靠润滑油中的化学键结合形成） 反应膜（靠润滑油中的 S、P、Cl等与金属表面的化学反应形成 ――极压性） 维持边界膜是相互运动的摩擦表面所必需的，否则将会产生剧烈摩擦。 吸附膜 只在较低温度下存在。 反应膜 只在较高温度下（通常 150 o C～200 o C)才能生成。反应膜牢固，但有腐蚀性。 添加剂的合理应用 ，见图4－10 流体润滑（液体润滑） 动压液体润滑 （滑动轴承中讲述） 静压液体润滑 §4―3 磨损 磨损的一般规律 ，图 4－6 ――磨合阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段 跑合（磨合）的重要性――有合适的磨合期，按一定的规程进行缓慢、逐级加载，并注 意润滑油的清洁，防止磨粒磨损。 磨损按其机理可分为： 粘附磨损 磨粒磨损机械设计教案（68） 疲劳磨损 冲蚀磨损（流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损） 腐蚀磨损（机械化学磨损） §4－3 润滑剂、添加剂和润滑方法 （一）润滑剂 1．润滑油 润滑油的种类 润滑油的主要性质指标： ⑴ 粘度――表征润滑油流动时的内部阻力。 （重点内容） 动力粘度――牛顿在1687 年研究粘性液体流动的摩擦定理中，定义了动力粘度η 见图 4－7 ， 4－8 τ＝－η ≈ ∂u/∂y （4-6） 动力粘度η的量纲 N·s/m 2 或 Pa·s 。不便测量，主要用于流体动力学计算。 运动粘度―― 动力粘度η与同温度下该液体密度ρ之比值, υ＝η/ρ （4－7） 运动粘度υ的量纲 m 2 / s .在 C.G.S 制中用 St（斯）,1 St=1 cm 2 /s;常用的为 cSt(厘斯)， 1 cSt=1 mm 2 /s 。GB/T314-1994 规定采用润滑油在 40℃时的运动 粘度中心值作为润滑油的牌号。 条件粘度―― 用一定的粘度计进行计量的润滑油的粘度，主要是商业用。如恩氏度 （ o Et）,赛氏秒（SUS） ，雷氏秒（R） 润滑油的粘－温特性：随着温度的升高，粘度将变小。其影响程度由粘度指数（VI）表 示，VI 越大，则粘度随温度的变化越小，即粘－温性能越好。图 4－9 为几种全损耗系统润滑 油的粘－温曲线。 润滑油的粘－压特性：当应力很高（大于 20MPa）时,润滑油的粘度将明显增大。一般， 只在高副元件中才有这种现象，如重载齿轮传动中，啮合处的局部压力可能高达 4000MPa，此 时润滑油的粘度极大，变得像腊状的固体。 ⑵ 润滑性（油性）――润滑油中含有极性分子形成吸附膜的能力 ⑶ 极压性――润滑油中含有极压添加剂而形成化学反应膜的能力 ⑷ 闪点 ⑸ 凝点 ⑹ 氧化稳定性 1．润滑脂 国外发展状况 润滑脂种类及特性――钙基润滑脂、钠基润滑脂、 存在的差距 鋰基润滑脂、铝基润滑脂 品种、品质 润滑脂的主要性质指标： 添加剂 ⑴ 锥入度（针入度、稠度） 合成油 ⑵ 滴点 （二）各种添加剂――油性添加剂、极压添加剂、消泡剂、MｏＳ２……
第四章刚体静力学专门问题
一、是非题
1 .摩擦力的方向总是和物体运动的方向相反。 （）
2. 摩擦力是未知约束反力，其大小和方向完全可以由平衡方程来确定。 （）
3. 静滑动摩擦系数的正切值等于摩擦角。 （）
4 .在任何情况下，摩擦力的大小总等于摩擦力系数与正压力的乘积。 （）
5. 当考虑摩擦时，支承面对物体的法向反力 N和摩擦力F的合力R与法线的夹角力称
为摩擦角。
6. 只要两物体接触面之间不光滑，并有正压力作用，则接触面处摩擦力一定不为零。
7. 在求解有摩擦的平衡问题（非临界平衡情况）时，静摩擦力的方向可以任意假定,
而其大小一般是未知的O
8. 滚阻力偶的转向与物体滋动的转向相反。
二、选择题
1. 五根等长的细直杆皎接成图示杆系结构，各杆重量不计
若RA=PC= P,且垂直 BD则杆BD的内力 SBE=
① -P （压）；
② -V3P （压）；
③-J3P/3 （压）；
④—J3P/2 （压）。
2. 图示（a）、（b）两结构受相同的荷载作用，若不计各杆自重，则两结构 A支座反 力, B支座反务 ，杆 AC内力，杆 BC内力。
① 相同； r F
② 不同。 ［入 甲
3. 若斜面倾角为a ,物体与斜面间的摩擦系数为 f, -
欲使物体能静止在斜面上，则必须满足的条件 些 ______________________ 盐 W_1
4. 已知杆OA重W物块M重Q杆与物块间有摩擦，而物体 与地面间的摩擦略去不计。当水平力 P增大而物块仍然保持平衡 时，杆对物体M的正压力。
①由小变大；① tg
f
② tg
f
③ tg
④ tg V a ；
> a ；
a V
f ；
a > f o
② 由大变小；
③ 不变。
5 .物A重100KN,物B重25KN A物与地面的摩擦系数为 0.2 ,滑轮处摩擦不计。则物体 A与地面间的摩擦 为
① 20KN ; ② 16KN ;
③ 15KN ; ④ 12KN。
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
分析与思考题
4-1 按照摩擦面间的润滑状态不同，滑动摩擦可分为哪几种?
4-2 膜厚比的物理意义是什么?边界摩擦、混合摩擦和液体摩擦所对应的膜厚比范围各是多少?
4-3 在工程中，常用金属材料副的摩擦系数是如何得来的?
4-4 什么是边界膜?边界膜的形成机理是什么?如何提高边界膜的强度?
4-5 零件的磨损过程大致可分为哪几个阶段?每个阶段的特征是什么?
4-6 根据磨损机理的不同，磨损通常分为哪几种类型?它们各有什么主要特点?
4-7 润滑油的粘度是如何定义的?什么是润滑油的粘性定律?什么样的液体称为牛顿液体?
4-8 粘度的表示方法通常有哪几种?各种粘度的单位和换算关系是什么?
4-9 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?
4-10 在润滑油和润滑脂中加入添加剂的作用是什么?
4-11 流体动力润滑和流体静力润滑的油膜形成原理有何不同?流体静力润滑的主要优缺点是什么?
4-12 流体动力润滑和弹性流体动力润滑两者间有何本质区别?所研究的对象有何不同?
静力学小结
第一章
1五个基本公理及其推论
(1) 二力平衡公理：作用在刚体上的二力使刚体平衡的充要条件是：大小相等、方向相反、作用在一条直线上。
(2) 加减平衡力系公理：在作用于刚体的已知力系中加上或减去任何平衡力系，并不改变原力系对刚体的效应。
推论1
力的可传性：作用于刚体上的力可沿其作用线移至同一刚体内任意一点，并不改变其对于刚体的效应。
(3) 力的平行四边形法则：作用于物体上某一点的两力，可以合成为一个合力，合力亦作用于该点上，合力的大小和方向可由这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线确定。
推论2
三力平衡正交定理：当刚体受三力作用而平衡时，若其中两力作用线相交于一点，则第三力作用线必通过两力作用线的交点，且三力的作用线在同一平面内。
(4) 作用力与反作用力定律：两物体间的相互作用力总是大小相等、方向相反，沿同一直线，分别作用在两个物体上。
(5) 刚化原理：若将处于平衡状态的变形体刚化为刚体，则平衡状态保持不变。（举例）应写出具体的例子来。
2 常见约束
(1) 柔性约束约束力方向：沿着绳索，背离物体，是拉力。
(2) 光滑接触面约束约束力方向：沿过接触点的公法线而指向物体是压力。
(3) 光滑铰链约束和固定铰支座：一般情况下用一对正交的未知分力
(4) 活动铰支座约束力方向：垂直于支承面，指向未知
(5) 球铰链：一般情况下用三个正交的未知分力
(6) 平面固定端：两个正交的未知分力，一个约束力偶
(7) 空间固定端：三个个正交的未知分力，三个正交的约束力偶
(8) 径向轴承（向心轴承）：在轴的径向平面里两个正交的未知分力
(9) 止推轴承（向心轴承）：在轴的径向平面里两个正交的未知分力，沿轴向还有一个分力
3 物体的受力分析步骤：
取研究对象；
画出作用在物体上的主动力；
解除约束，根据约束的性质代之以相应的约束反力
4 力在坐标轴上的投影
直接投影：已知力与三个坐标轴的方向余弦coscoscosFFFFFFyyx
