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摩擦学基础知识(润滑).ppt

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摩擦 基础知识 润滑
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摩擦学基础知识(润滑),,润滑的原理,润滑的原理是给滑动的负荷提供一个减摩的油膜,概述,一、润滑的分类,按润滑剂的物质形态分,按摩擦面间的润滑形态分,,固体润滑,,,,边界润滑,流体润滑,,,二 润滑体系研究现状,1883年塔瓦(Tower)发现了轴承中的流体动压现象。 彼得洛夫(Петров)研究了同心圆柱体的摩擦及润滑。 雷诺(Reynold)应用了数学和流体力学的原理对流体动压现象进行了分析,发表了着名的雷诺方程。 20世纪中叶,格鲁宾(Грубин)提出了着名的弹性流体动力润滑的计算公式。 道松(Dowson)郑绪云(Cheng)温诗铸等的进一步发展,使弹性流体动力润滑理论日趋成熟。,三、润滑状态的转化,h→0,h=R,h≥R,h—间隙,F—压力;R—表面粗糙度,,四 流体润滑定义: ? ? ? ? ?在适当条件下,摩擦副的摩擦表面由一层具有一定厚度的粘性流体完全分开,由流体的压力来平衡外载荷,流体层中的分子大部分不受金属表面离子、电子场的作用而可以自由地移动。这种状态称为流体润滑。流体润滑的摩擦性质完全取决于流体的粘性,而与两个摩擦表面的材料无关。流体润滑的优点:摩擦阻力低,摩擦系数低(0.001~0.008),磨损降低。流体润滑的分类:流体静压润滑和流体动压润滑。流体静压润滑是从外部供给具有一定压力的流体来平衡外载荷。流体动压润滑是由摩擦表面几何形状和相对运动,借助粘性流体的动力学产生动态压力,用此润滑膜的动压来平衡外载荷。,4.1 流体粘度,在流体润滑理论中,流体(润滑油)的粘度是评价润滑油性质的重要指标。流体的粘性是流体内部对抗相对运动或变形的一种物理性质,也就是流体分子彼此流过时所产生的一种内摩擦阻力。粘性的大小以粘度表示。,流体粘度分类,1、动力粘度η,η=1N·s/m2或1Pa·s(SI制),,式中η为粘度系数(动力粘度或绝对粘度)。其物理意义为:两个面积各为1m2的平行液面,相距1m,以1m/s的速度作相对运动,此时产生的阻力为该液体的动力粘度,以η表示。当阻力为1N(牛顿)时,动力粘度为1P(泊)。,牛顿流体粘性定律,,动力粘度的量纲为M·L-1·T-1(质量·长度·时间)。 ? ?1P=10-1Pa·s=100cP(厘泊) ? ?1cP=10-2P=10-3Pa·s(帕斯卡·秒)常用的液体中,水的η=1cP;空气的η=0.02cP;润滑油的η=2~400cP。在英制中,动力粘度称为雷恩(Reyn)。1Reyn≈69000P。,2、运动粘度υ,,将同一温度下某液体的动力粘度和该液体的密度之比定义为运动粘度ν。,式中ρ ?流体密度,g/cm3;ν ?运动粘度,m2/s;沲(斯托克斯)St。1St=10-4m2/s=100cSt(厘沲)1cSt=10-6 m2/s一般润滑油的密度ρ=0.85~0.95g/cm3。,3、影响润滑油粘度的主要因素,(1)温度,润滑油的粘度随着温度的升高而降低,(2)压力,P>20MP时,随P↑→ηP↑,当p>(4~5)×107Pa时,油的粘度约为大气压时的2倍。,流体润滑2,4.2 流体润滑的基本方程,弹性流体动力润滑,弹性流体动力润滑理论是研究在点、线接触条件下,两弹性物体间的流体动力润滑膜的力学性质。这时的计算必须把在油膜压力下,摩擦表面的变形的弹性方程、表述润滑剂粘度与压力间关系的粘压方程与流体动力润滑的主要方程结合起来,以求解油膜压力分布、润滑膜厚度分布等问题。,流体静力润滑是指借助外部供入的压力油形成的流体膜来承受外载荷的润滑方式。,流体静力润滑,采用流体静力润滑可在两个静止且平行的摩擦表面间形成流体膜,其承载能力不依赖于流体粘度,故能用粘度极低的润滑剂,且既可使摩擦副有较高的承载能力,又可使摩擦力矩降低。,,§3-4流体动力润滑基本原理,流体动力润滑,一、形成动压油膜的条件,先分析两个平行平板的情况,两板之间充满润滑油。,平行间隙不能形成动压油膜。,再分析两板之间构成楔形间隙的情况,如右图所示。,,楔形间隙能够形成动压油膜。,流体动力润滑是指借助于两个摩擦表面的相对运动产生动压油膜,靠油膜的压力将两摩擦表面完全隔开,实现流体润滑。,流体动力润滑原理2,形成动压油膜的条件:,1)两摩擦表面之间必须能形成收敛的楔形间隙;,3)两表面之间必须有一定的相对运动速度。,2)两表面之间必须连续充满具有一定粘度的液体;,,二、雷诺润滑方程,,从动压油膜中取出一个微元体,,在一定假设下对其进行受力分析,经推导可得表示油膜压力在 x 方向的变化率 ? ? 与油膜厚度 h 之间关系的方程:,流体动力润滑的基本原理,流体动力润滑原理3,,流体动力润滑的基本原理,上式即为一维雷诺润滑方程。,利用雷诺方程也可解释形成动压油膜的条件。,4.3 弹性流体动压(力)润滑,弹性流体动力润滑是研究在相互滚动或滚动伴有滑动的两个弹性物体之间的流体动力润滑问题。 大部分的机械运动副,载荷是通过较大的支承面来传递的。如滑轨、滑动轴承等。其单位面积受的压力比较小,通常为1~100×105Pa。另一些运动副是通过名义上的线接触或点接触来传递载荷的,如齿轮、滚动轴承等。因接触面积很小,平均单位面积压力很大,接触处的压力可达109Pa以上。在这种苛刻条件下,用古典润滑理论计算的油膜厚度与实际情况不符。凡表面弹性变形量与最小油膜厚度处在同一量级的润滑问题,都属于弹流问题。,五、润滑剂,⑴液体润滑剂即润滑油,②矿物油,③合成油,①动植物油,1、分类,⑶固体润滑剂,⑵润滑脂,钙基润滑脂,耐水不耐热,钠基润滑脂,耐热不耐水,铝基润滑脂,锂基润滑脂,耐水且耐高温,耐水,可防锈,石墨、MoS2、聚四氟乙烯,⑷气体润滑剂,空气、氢气、氮气、二氧化碳等,有粉剂、涂膜、粘结膜或喷涂膜等形式,主要用于高温、超低温、真空等场合。,适用于高速、轻载场合,对环境无污染。,用以满足低温、高温、粘温性能、化学安定性、真空和抗辐射、阻燃性等条件,,润滑剂,一、定义:,4.4 流体润滑剂,:石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。,凡是能减小摩擦阻力,减小磨损的物质都可作为润滑剂。,1 ?润滑剂的分类,1)液体润滑剂:,主要有:动植物油、矿物油、水、液态金属等。,2)润滑脂:,注:润滑油和润滑脂在实际中应用最广。,俗称黄油。由润滑油+稠化剂混合而成。,3) ?固体润滑剂,4)气体润滑剂:如空气、氮气、二氧化碳等。,,润滑油的主要性质,2 润滑油的主要性质,1)油性:是润滑油吸附于摩擦表面形成边界膜的能力。油性越好, ? ? ? ? 吸附能力就越强。,2)粘度:是表示油液内部相对运动时产生内摩擦阻力大小的性能 ? ? ? 指标。 ? ? ? ?(粘度是选择润滑油的主要依据)。,2、润滑油的主要性能指标,①粘度,②油性,③倾点(凝点),④闪点与燃点,2、主要性质,粘度↑ → 内摩擦阻力↑ ,流动性↓,吸附能力越强,油性越好,,是衡量润滑油高温性能的尺度,是衡量润滑油低温性能的尺度,3、润滑剂的选用⑴工作条件;⑵工作温度;⑶周围环境;⑷润滑部位和方式。,③其它,,1、粘温特性,二、润滑油的特性,润滑油的粘度随温度的变化存在指数关系:,2、润滑油的粘压特性,粘度和压力的关系近似表示为:,粘温关系曲线,3、油性—反映在摩擦表面的吸附性能 ? ? ? (边界润滑和粗糙表面尤其重要)4、闪点—瞬时燃烧和碳化的温度; ? 燃点—长时间连续燃烧的温度(高温性能);5、凝点—冷却,由液体转变为不能流动的临界温度; ? (低温启动性能)6、极压性(EP), 在重压下表面膜破裂的最大 ? ? ? ? 接触载荷,用PB表示,(极限载荷)7、酸值—限制润滑剂变质后对表面的腐蚀,三、润滑脂及其主要性能组成:基础油+稠化剂+添加剂+澎润土润滑脂的性能指标主要有针入度、滴点、析油量、机械杂质、灰分、水分等,1)针入度软硬程度 ?H(mm)/0.1阻力大小、流动性强弱,标准锥体,150g,25 ℃ ,5s,2)滴点----固体?流体的温度转折点,表示耐热性3)防水性能;4)静音性能;5)种类  A)钙基脂:抗水,适于轻中重载荷;  B)钠基脂:高温,但不抗水;  C)锂基脂:多用途,最好;  D)铝基脂:高度耐水性,航运机械 ? ? ?E)其它特种润滑脂(特种合成油、添加剂、 ? ? ?稠化剂等),四、固体润滑剂用途:真空、辐射、重载等恶劣环境;种类:MoS2,PTFE,石墨,氟化石墨, WS2、 ? ? ? ? ?纳米材料应用方法:涂镀,沉积,粘贴,嵌入,添加剂,五、添加剂作用越来越大,在润滑脂、合成油中不加添加剂,则润滑很差或没有润滑作用种类繁多: 1)油性添加剂,极性分子结构; 2)抗磨/极压(EP)添加剂 3)抗氧化/腐蚀添加剂; 4)洁净分散剂,汽车中 5)防锈剂 6)降凝剂 7)增粘剂 8)消泡剂--液压油 ? ?9)纳米添加剂--新材料,六、对润滑剂的要求,较低的摩擦系数良好的吸附和渗入能力有一定的黏度有较高的纯度和抗氧化性没有腐蚀性有良好的导热性和较大的热容量,七、润滑装置,单体供油装置 ? 油壶, ? 油杯, ? ?油枪,,,油杯,压配式油杯,,,滴油式油杯,油芯式油杯,,,,油环,油链,集中供油装置 ?a) 简单的少数点位集中供油 ?b) 设备中心、车间及工厂级集中供油 ? ? ?泵站+(稳压+冷却)+过滤+分配器+工位润滑,手动润滑泵,电动润滑泵,

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