摩擦与磨损.pptx
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1、摩擦学(摩擦学(Tribology)l定义:研究相互运动物体的相互作用表面及其有关理论和实践的科学技术。l内容:摩擦(friction)、磨损(wear)润滑(lubrication)l意义:l(1)经济方面l(2)理论方面l(3)应用方面21 摩摩 擦(擦(Friction)l一摩擦l1定义:两个接触物体在外力作用下产生相对运动(或运动趋势)时,接触表面产生切向力和阻力矩以阻止运动的现象称为摩擦。l2摩擦副:l二、摩擦表面相互运动零件配合表面的摩擦、磨损与摩擦表面的形貌、表面层的结构和性能有关。摩擦表面的形貌(摩擦表面的形貌(Surface Layer morphology)和表示方法)和表
2、示方法l实际表面与理想表面存在一定的几何形状误差。l零件表面形貌可分为:l表面波度:l表面粗糙度:粗糙度(Ra)l宏观几何形状:用圆度、圆柱度、平面度表示。轮廓算术平均偏差(Ra)l指在L长度范围内被测表面轮廓上的各点至轮廓中线mm距离绝对值总和的算术平均值。它是用表面轮廓在高度上的量来反映表面粗糙度的大小。l(公式见课本)表面层的结构(表面层的结构(Surface Layer Composition)l金属表面层的具体结构:l表面层的硬度高于基体,提高表面的耐磨性。l表面层晶粒较细使晶界增加,对腐蚀介质中工作的摩擦副不利。l表面层中存在着物理、化学和应力缺陷。会成为磨损的应力集中源。结论结论
3、l(1)实际表面是凹凸不平的;l(2)接触表面并非真正的全部接触:实际接触面积名义接触面积;l(3)即使在接触点上,也可能有表面膜把金属隔开。三、(滑动)摩擦机理三、(滑动)摩擦机理l1 机械理论(凹凸说)机械理论(凹凸说)1699年年产生摩擦的原因是由于表面凹凸不平的交错啮合交错啮合 作用而引起的。表面的粗糙度越大,摩擦力越大。l2 分子理论(分子说)分子理论(分子说):1734年,基本观点:产生摩擦的原因是由于表面分子间的相互作用。l3 分子分子机械理论:机械理论:1939年,年,认为:摩擦有两重性(分子作用和机械作用)。l4 粘着理论:粘着理论:1942年,比较公认的理论。Bowden等
4、人,基本观点:实际接触面积小(名义接触面积的千分之几或万分之几)应力大表面膜破裂并伴有塑性变形(变形热)粘着产生滑动阻力即摩擦力。四、摩擦类型四、摩擦类型l按摩擦副的运动状态分:静摩擦和动摩擦l按摩擦副的运动形式分:滑动摩擦和滚动摩擦l按摩擦表面的润滑状态分:l纯净摩擦l干摩擦DryFriction:l边界摩擦BoundaryFrictionl液体摩擦(LiquidFriction)l混合摩擦:干摩擦干摩擦 Dry Frictionl定义:摩擦表面间没有任何润滑剂时的摩擦。l特点:摩擦系数大,0.11.5。l摩擦机理:l机械作用:接触面积小塑性变形氧化膜被压碎或剪切分子溶合冷焊焊点被剪切l分子
5、作用:塑性变形晶格歪扭破碎加工硬化表面温度升高,高于再结晶温度硬化层发生再结晶温度继续升高表面金属软化,发生粘结和相变继续运动接触部分脱开冷却淬火进一步提高硬度。l化学作用:氧化膜被压碎或剪切裸露的金属氧化形成新的氧化膜。边界摩擦边界摩擦 Boundary Frictionl定义:在摩擦副的表面间,存在一层极薄边界膜时的摩擦,称为边界摩擦边界摩擦。边界膜分为物理吸附膜、化学吸附膜、化学反应膜。l特点:l边界膜的厚度很小(0.1微米),但仍可使摩擦系数大大降低(0.050.5)。l摩擦磨损特性不取决于润滑剂的粘度,而是取决于表面膜的特性。l减少边界摩擦的方法l在普通工作条件的机械的润滑剂中,加入
6、油性添加剂,如:油酸、甘油等。l在低速、重载的“极压条件”下工作的润滑剂中,加入极压添加剂(又称油膜增强剂),如:酯。l边界摩擦实例:气缸套活塞环,凸轮挺杆等。物理吸附膜物理吸附膜l矿物润滑油中常含有一些极性物质,其分子的一端是带有强电荷的极性团,与金属表面亲和力强,在金属表面形成单层分子或多层分子的吸附膜。因此,摩擦发生在金属表面的极性分子的非极性端,从而有效地防止摩擦表面的直接接触,减少了摩擦。l物理吸附膜完全可逆,受热容易产生脱吸,所以适用于常温、低速、轻载的摩擦副。化学吸附膜化学吸附膜l润滑剂中的一些极性分子的有价电子与金属或其氧化表面的交换电子产生新的化合物,定向排列吸附于金属表面。
7、l化学吸附膜很薄,且吸附于脱吸不完全可逆,受热发生脱吸。化学反应膜化学反应膜l在润滑油中加入硫、磷、氯等元素的添加剂(极压添加剂),在高温下这些元素与金属表面发生化学反应形成厚度较大的化学反应膜。l化学反应膜稳定,用于高温、高压、高滑动速度的摩擦副。液体摩擦(Liquid Friction)l定义:摩擦副表面有一层由边界膜和流体膜组成的润滑剂,摩擦表面不直接接触。l特点:摩擦系数小。l类型:l流体静压润滑:利用压力把润滑剂打入摩擦表面使之隔开的润滑。需要一套专用的供油系统。l流体动压润滑:利用摩擦表面的相对运动使润滑剂流体自然产生内压来承受外部载荷并使摩擦表面隔开的润滑。建立液体摩擦油膜必须具
8、备的条件l摩擦表面应具有较高的加工精度和表面粗糙度等级。l摩擦副零件的配合间隙要合适。l保证连续而又充分地供给一定温度下粘度合适的润滑油。l摩擦副零件必须具有足够高的相对滑动速度。4 混合摩擦:l半干摩擦:介于边界摩擦和干摩擦间的摩擦。l半液体摩擦:介于边界摩擦和液体摩擦间的摩擦。l小结:小结:l 力求维持液体润滑力求维持液体润滑;最低要维持边界润滑或混合最低要维持边界润滑或混合润滑润滑;避免出现干摩擦。避免出现干摩擦。第二节 磨损l定义:摩擦副的表面物质,在摩擦的过程中逐渐损失,使其尺寸、形状和位置精度及表面层性质发生改变的现象,称为磨损。l磨损指标:l磨损量指标:磨损量、磨损率l几何形状指
9、标:平面度、圆度、圆柱度l引起磨损的主要因素。一、磨损的概念几何形状指标l平面度;公差带是距离为公差值t的两个平行平面之间的区域。l圆度:半径差为公差值t的两个同心圆之间的区域。轴颈的圆度误差可以采用外径千分尺测量指定平面两个相互垂直的直径,其半径差就是圆圆度误差度误差。l圆柱度:其公差带是半径差为公差值t的两个同心圆柱面之间的区域。测量轴或孔的同一纵向截面(包含轴线)内数个直径,其中最大与最小直径的半径差即为圆柱度误差圆柱度误差。引起运动副磨损的主要因素摩擦环境因素(温度、介质、润滑条件、应力等)材料的成分、组织和性能,以及在磨损过程中的变化。装配质量二、磨损的机理粘着磨损磨粒磨损腐蚀磨损微
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