【正文】 設備潤滑基礎 主講：馮家麟 第一章 摩擦、磨損與潤滑 ? 第一節(jié) 摩擦學簡介 ? 一、摩擦學發(fā)展簡史 ： ? 摩擦學是 19世紀 60年代才開始發(fā)展起來的。在這以前，摩擦、磨損、潤滑及零件設計這 4個方面之間缺乏有機的聯(lián)系，以致零件的設計人員只限于力學基礎知識考慮問題，很少了解摩擦磨損，潤滑的知識，甚至缺乏這方面的基本知識，不單是中國如此，國外同樣也是這樣。英國 1964年組成以喬斯特為首的一個小組，受英國科研與教育部的委托，調查了潤滑方面的科研與教育工作的現(xiàn)狀以及工業(yè)企業(yè)在這方面的情況。后于 1966年提出了一項調查報告，這著名的‘‘喬斯特報告”。這項報告提到，通過充分利用現(xiàn)有的摩擦學理論，就可使英國工業(yè)每年節(jié)約 5億 1千多萬英鎊，相當于英國國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的 1％。因而引起了英國政府和工業(yè)部門的重視。英國開始抓了一下摩擦、磨損、潤滑方面的科學技術工作，并因此而提出了一個新科學技術領域的概念，我國正確翻譯為“摩擦學”。至于名詞，只是一個符號，并不重要，最要緊的是賦予這個名詞的，新內容，新定義。 ? 摩擦學的定義：研究相對運動的相互作用表面及其有關理論的一門科學。 ? 摩擦學工作者的戰(zhàn)斗口號：同磨損作斗爭，控制摩擦。 二、摩擦學研究的內容 ? 摩擦學是研究相對運動的相互作用表面及其有關理論和實踐的一門科學和技術，從這定義可知道，摩擦學是集中精力探討相對運動的固體接合面上的承載力問題。因此這門學科的內容包括各種有用的知識，其所涉及的內容很廣泛，有潤滑、摩擦、磨損、接觸力學，表面物理和化學等方面的課題。摩擦學就是運用了物理、化學、數(shù)學、材料學和工程學方面的基礎知識來研究各種工程問題；醫(yī)學問題，日常生活方面的一切問題。這門學科確實是一門多科性的學科。這就把摩擦、磨損、潤滑，零件設計有機地聯(lián)系在一起了。因為它是跨學科的，所以引起了化學家、工程師、冶金學家、物理學家等專家們對摩擦和磨損的興趣。 三、摩擦學在國內外發(fā)展動態(tài) ? 自從摩擦學這一新詞的提出之后，就很快得到世界的公認。各國也相應接受。首先在英國就成立了摩擦學研究中心，并開展對各企業(yè)進行咨詢服務，收到良好的效果，同時在幾所大專院校開設了摩擦學專業(yè)課，培訓人才。英國規(guī)定工科學生要學完 36學時的摩擦學課程，還規(guī)定有“摩擦學技術士”考試的摩擦學學位制度，并在里茲大學設有摩擦學專業(yè)，斯旺西大學設有摩擦學工業(yè)技術課程，全國設有 4個摩擦學開發(fā)研究服務中心。隨后美、日等國都訂潤滑辦法或潤滑法規(guī)和潤滑獎懲制度，并制定了潤滑考核標準，對從事潤滑工作人員規(guī)定有考核標準和專業(yè)技術職稱。德國設有摩擦學通信教育，對考試合格者授潤滑工程專家稱號，各大工廠對職工規(guī)定有 31學時的摩擦學短期教育課程。我國清華大學、武漢工學院等學校設立了摩擦學教研室及摩擦學研究中心。開設了摩擦學專業(yè)課程。并培養(yǎng)了這方面專業(yè)研究生。 四、摩擦學的重要性 動力能屬于二次能源，是寶貴的能源。世界上能源總耗的 50%一 60％消耗在動力機械上，而這些機械當前的能源有效利用率平均只有 30％左右。德國福格爾波爾教授推測，估算出世界上能源的 1／ 3～ 1／ 2消耗在摩擦損失上。近年來喬斯特也指出，世界能源的30%一 40％消耗在摩擦損失中。當然這些能源中為了克服摩擦阻力，消耗一部分是不可避免的，但是加強管理，采用 —些先進技術，其中很大一部分能源是可以節(jié)約的。日本省能潤滑設計及采用省能潤滑油 (脂 )就取得了節(jié)能 5%～ 10%的效果。我國為了加強合理潤滑技術，做到節(jié)約，國家技術監(jiān)督局已在 1992年頒發(fā)了國家標準 ——GB 13608 92《合理潤滑技術通則》 摩擦學的重要性 2 ? 喬斯特在 1966年提出的調查報告中指出：英國的企業(yè)利用現(xiàn)有的摩擦學知識，每年可以節(jié)約 5億 l千多萬英鎊，其分解項目如下： ? 1)減少維修和更新 230百萬英鎊占44． 66％； ? 2)減少機器故障 115百萬英鎊占 ? 22． 32％； ? 3)延長機器壽命 100百萬英鎊占 ? ％； ? 4)減少摩擦損耗 28百萬英鎊占 ％； ? 5)節(jié)約投資 22百萬英鎊占 ％； ? 6)節(jié)約潤滑劑 10百萬英鎊占 ％； ? 7)節(jié)約人力 10百萬英鎊占 ％。 ? 在此之后，世界各國也相繼做了調查。 1 974年公布的數(shù)值如下： ? 英國每年節(jié)約 20． 4億美元； ? 美國每年節(jié)約 1 60億美元； ? 日本每年節(jié)約 27億日元； ? 原聯(lián)邦德國每年節(jié)約12億馬克。 第二節(jié) 摩 擦 ? 一、概述： ? 兩個相互接觸的物體在外力作用下發(fā)生相對運動 (或具有相對運動趨勢 )時，在接觸而間產(chǎn)生切向的運動阻力，叫摩擦力，這種現(xiàn)象叫摩擦。 ? 在機械運動中，發(fā)生相對運動的零件或部件統(tǒng)稱為運動副。如：軸與軸承、齒輪嚙合、平面導軌、鏈桿與鉸鏈、蝸桿與蝸輪、鏈條與鏈輪、凸輪與頂桿、皮帶與皮帶輪等。這些運動副在相對運動的同時都會發(fā)生摩擦，因此，我們也稱這些運動副為摩擦副。 摩擦的有害方面主要是： ? 1)消耗大量的能量： ? 如機床的導軌、軸承副、齒輪副等，由于摩擦的存在，需要消耗大量的能量去克服摩擦阻力，因此，降低了機械效率。 ? 2)摩擦副嚴重磨損： ? 由于摩擦表面直接接觸，零件表面產(chǎn)生磨損。降低機械的運轉精度，間隙變大，出現(xiàn)振動和噪聲，不僅影響機械的正常運轉，同時還縮短了機械的壽命。 ? 3)產(chǎn)生熱量： ? 根據(jù)能量守恒和能量轉換的原理，機械運動因克服摩擦而消耗的那部分能量轉變成熱量散發(fā)出來。其中一部分熱量散發(fā)到大氣中去，另一部分使機械溫度升高，降低機械的強度，甚至產(chǎn)生熱變形、熱疲勞、熱磨損、導致機械精度破壞，影響機械正常運轉，嚴重時會引起設備事故。 二、摩擦的類型 ? (一 )按摩擦發(fā)生的部位分類： ? 1．外摩擦： ? 外摩擦是指在兩個相互接觸的物體表面之問發(fā)生的摩擦。外摩擦即一般所指的摩擦，只與接觸表面的作用有關，而與物體內部狀態(tài)無關。 ? 2．內摩擦： ? 內摩擦是指在同一物體內部各個部分之間發(fā)生的摩擦。內摩擦一般發(fā)生在液體或氣體之類的流體內，但也可能發(fā)生在固體內，如石墨、二硫化鉬等固體潤滑劑內。 (二 )按摩擦副的運動狀態(tài)分類 ? ： ? 當物體在外力作用下對另一物體產(chǎn)生微觀彈性位移，但尚未發(fā)牛相對運動時的摩擦稱 靜摩擦。在相對運動即將開始瞬間的靜摩擦即最大靜摩擦，又稱極限靜摩擦。此時的摩擦系數(shù)，稱為靜摩擦系數(shù)。 ? 2. 動摩擦 ： ? 物體在外力作用下沿另一物體表面相對運動時的摩擦，稱為動摩擦。此時的摩擦系數(shù)稱為動摩擦系數(shù)。 (三 )按摩擦系數(shù)副的運動形式分類： ? ： ? 兩接觸物體作相對滑動時的摩擦稱為滑動摩擦，見圖 ? 2．滾動摩擦 ? 物體在力矩的作用下沿接觸表面滾動時的摩擦，稱為滾動摩擦，見圖 l—16。 ? 3．旋轉摩擦 ? 物體沿垂直于接觸表面的軸線作旋轉運動時的摩擦稱為旋轉摩擦，但分類時有時不作為單獨摩擦形式出現(xiàn)。 ? 4．復合摩擦 ? 同時存在滾動和滑動或兩種以上的摩擦稱為復合摩擦，如齒輪 l嚙合。 (四 )按摩擦副表面的潤滑狀態(tài)分類 : ? 1．干摩擦 : ? 干摩擦在摩擦學名詞術語中是這樣定義的：無潤滑的摩擦。而且只有既無潤滑又無濕氣的摩擦，才能稱為干摩擦； ? 2．邊界摩擦： ? 兩相對運動的物體表面被極薄的潤滑膜隔開，而潤滑膜不遵從流體動力學定律，且兩表面之間的摩擦磨損不是取決于潤滑油的黏度而是取決于兩表面的特性和潤滑劑的性能時的摩擦。 ? 3．流體摩擦： ? 兩物體的摩擦表面被一層連續(xù)的流體潤滑劑薄膜完全隔開的摩擦稱為流體摩擦。這時的摩擦發(fā)生在界面的流體潤滑劑膜內。 ? 4．混合摩擦： ? 在摩擦表面上同時存在著流體摩擦，邊界摩擦和干摩擦的棍合狀態(tài)下的摩擦稱為混合摩擦。混合摩擦一般以半干摩擦或半流體摩擦的形式出現(xiàn)。 第三節(jié)磨 損 ? 一、磨損的定義 ? 磨損是物體工作表面的物質．由于表面相對運動而不斷損失的現(xiàn)象。 ? 磨損是固體與其他物體或介質相互問發(fā)生機械作用時其表層的破壞過程。 二、磨損過程 ? (自然的 )磨損： ? 雖然機械摩擦表面大多數(shù)用潤滑劑來潤滑，但是，不可能在機械表面上永遠保持 —層潤滑油膜而將金屬完全隔開。例如，當機械剛啟動時，在零件的摩擦表面上還沒有形成油膜，這時就會發(fā)生金屬之間的直接接觸。因此，不可避免的要發(fā)生磨損，這種磨損稱為機械的正常磨損。 ? 2．意外的 (過早的或事故的 )磨損： ? 機件在工作期內，因發(fā)生過早的磨損會提前損壞，或因機件產(chǎn)生缺陷造成強烈的破壞事故。一般情況是潤滑不良會引起機件工作不正常。有時磨損雖在允許范圍內，但磨損速度卻迅速的增快，縮短機械工作壽命 (周期 )，最后機件突然損壞造成事故。 3個階段 ? (1)初期磨損階段： ? 零件 (摩擦副 )由于制造和安裝誤差的原因，機件在運動初期磨損速度較快，并有輕微的振動、噪聲和發(fā)熱，這個階段的磨損稱為初期磨損。 ? (2)穩(wěn)定磨損階段： ? 在這個階段，磨損速度是比較緩慢和恒定的，在磨損量與時間關系的曲線上，具有基本不變的斜率。通常機械壽命的長短就是指這一段時間的長短。 ? (3)加速