摩擦和磨损与润滑学的基本原理.docx
《摩擦和磨损与润滑学的基本原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《摩擦和磨损与润滑学的基本原理.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
摩擦和磨损与润滑学的基本原理
摩擦和磨损与润滑学的基本原理
1、摩擦和摩擦的种类
1.什么是摩擦？
相互接触的物体沿着它们的接触面做相对运动时，会产生阻碍物体相对运动的阻力，这种现象称为摩擦。
这种阻力叫摩擦力。
2.摩擦的种类
摩擦的种类很多，因为研究的依据不同，摩擦的分类也不同。
按摩擦副的运动状态分为静摩擦和动摩擦；按摩擦副运动形式分类分为滑动摩擦、滚动摩擦和自旋摩擦；按摩擦发生的部位分类分为内摩擦和外摩擦；按摩擦副表面润滑状况分类分为静摩擦、干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。
本文重点介绍静摩擦、干摩擦、边界摩擦、流体摩擦（液体摩擦）和混合摩擦。
（1）静摩擦是指摩擦表面没有任何吸附膜或化合物存在时的摩擦。
静金属的摩擦会产生表面粘着。
（2）干摩擦是指在大气条件下，摩擦表面没有任何润滑剂存在的摩擦。
严格说干摩擦是在接触表面上无任何其他介质，如自然污染膜、润滑膜以及湿气等。
干摩擦是消耗动力最多，磨损最严重的一种摩擦。
（3）边界摩擦是指摩擦表面有一层极薄得润滑膜存在时的摩擦。
这层膜称为边界油膜。
（4）流体摩擦是指摩擦表面完全被润滑油膜隔开时的摩擦。
这种摩擦发生在界面的润滑剂膜内，摩擦阻力最小，磨损最小。
（5）混合摩擦——是指属于过渡状态的摩擦，包括半干摩擦和半流体摩擦。
半干摩擦是指同时存在着干摩擦和边界摩擦的混合摩擦。
半流体摩擦是指同时存在着流体摩擦和边界摩擦（或干摩擦）的混合摩擦。
2、磨损和磨损的种类
1.什么是磨损？
是指两个相互接触的物体发生相对运动时，物体表面的物质不断地转移和损失。
磨损的结果使相对运动的物体表面不断有微料抖落，表面性质、几何尺寸均发生改变。
2.磨损的三个阶段
磨损阶段、稳定磨损阶段和急剧磨损阶段
3.磨损的种类
按磨损的破坏机理，通常把磨损分为粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损五种。
（1）粘着磨损
由于摩擦表面存在着一定的粗糙度，在压力的作用下，当摩擦表面做相对运动时，在真空接触点上产生瞬时高温，使其表面软化，熔化，甚至相互粘着，接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面，这种现象就叫做粘着磨损。
粘着磨损严重时，摩擦副之间咬死，不能再发生相对运动。
（2）磨料磨损
外来的硬料介质进入摩擦副，或摩擦副一个表面比另一个表面硬，在较硬表面上存在的微凸体，在摩擦过程中对较软表面犁沟或拉槽，引起表面材料的脱落，这种现象叫做磨料磨损。
磨料磨损是一种最常见的磨损。
（3）腐蚀磨损
在摩擦过程中，金属与周围介质发生化学或电化学反应，产生物质损失，这种现象叫做腐蚀磨损。
（4）疲劳磨损
两接触面做滚动或滚动滑动复合摩擦时，由于接触时应力的作用，产生重复变形，使材料表面疲劳而产生物质损失，这种现象叫做疲劳磨损。
（5）微动磨损
由振幅在10-7~10-3mm范围的振动滑动而引起的磨损叫做微动磨损。
3、润滑和润滑的种类
1.什么是润滑？
在发生相对运动时的各种摩擦副的接触面之间加入润滑剂，从而使两摩擦副之间形成润滑膜，将原来直接接触的干摩擦面分隔开来，变干摩擦为润滑剂分子间的内摩擦，从而减小摩擦，降低磨损，延长机械设备的使用寿命的技术就是润滑。
2.润滑的种类
根据润滑状态，润滑可分为流体润滑和边界润滑两种。
（1）流体润滑在摩擦面间有一层具有一定厚度的润滑油膜，把摩擦表面完全隔开，这种润滑状态叫做流体润滑。
它的优点是摩擦阻力小，可以有效地降低磨损，延长机具的使用寿命，是润滑中最理想的状态。
润滑油的粘度越大、摩擦面的相对运动速度越快、摩擦面上负荷越小，就越易形成一定厚度的油膜，也越易形成流体润滑。
但在流体润滑状态时，润滑油的粘度越大，内摩擦力越大，摩擦损失也越大。
（2）边界润滑。
当摩擦副上的负荷很高，运动速度很慢、运动方向和运动速度经常改变、或油温很高时，都会使摩擦面上的油膜越来越薄。
当油膜厚度只有10-6左右时，这种状态下的润滑叫边界润滑。
在边界润滑状态下，摩擦阻力要比液体润滑大得多。
这层边界油膜的牢固程度几乎和润滑油的粘度无关，而取决于向润滑油中加入的化合物的活性。
对在高温、高压下的边界润滑，习惯上称为极压润滑。
第2章润滑剂基础知识
1、润滑剂的组成
润滑油一般有基础油和添加剂两部分组成。
基础油是润滑剂的主要成分，决定着润滑剂的基本性质，添加剂则可弥补和改善基础油性能方面的不足，赋予某些新的性能，是润滑剂的重要组成部分。
（1）基础油
1.基础油的分类
（1）通用润滑油基础油的分类
通用润滑油基础油按饱和含量和粘度指数的高低分三类共七个品种，其中I类分为MVI,HVI,HVIS,HVIW四个品种；II类分为HVIH,HVIP两个品种；III类只设VHVI一个品种。
详见表一
表一通用润滑油基础油的分类（Q/SY22-2009《通用润滑油基础油》新标准）
项目
I
II
III
MVI
HVI
HVIS
HVIW
HVIH
HVIP
VHVI
饱和，%
<90
<90
≥90
≥90
≥90
粘度指数VI
80≤VI<95
95≤VI<120
80≤VI<110
110≤VI<120
≥120
（2）代号说明
“VI”表示“粘度指数”；
“MVI”表示“中粘度指数I类基础油”；
“HVI”表示“高粘度指数I类基础油”；
“HVIS”表示“高粘度指数深度精制I类基础油“；
“HVIW”表示“高粘度指数低凝I类基础油”；
“HVIH”表示“高粘度指数加氢II类基础油”；
“HVIP”表示“高粘度指数优质加氢II类基础油”；
“VHVI”表示“很高粘度指数加氢III类基础油”；
“BS”表示光亮油。
2.基础油的粘度等级牌号的划分
本标准中I类基础油粘度等级牌号按赛氏通用粘度来划分，其数值为某粘度等级基础油运动粘度所对应的赛氏通用粘度整数的近似值。
粘度等级以40℃赛氏通用粘度[秒（S）]表示的牌号有150，200，300，400，500，600，650，750；粘度等级以100℃赛氏通用粘度[秒（S）]表示的牌号有90BS,120BS,150BS。
本标准II类、III类基础油粘度等级以100℃运动粘度中心值来表示。
具体粘度牌号见表2
表2通用润滑油基础油粘度牌号（Q/SY44-2009《通用润滑油基础油》新标准）
I类基础油粘度牌号
粘度等级
150
200
300
400
500
600
650
750
90BS
120BS
150BS
运动粘度
（40℃）
mm2/s
28.0~34.0
35.0~42.0
50.0~62.0
74.0~90.0
90.0~110
110~120
120~135
135~160
运动粘度（100℃）
17.0~22.0
22.0~28.0
28.0~34.0
粘度等级
2
4
5
6
8
10
12
14
16
20
26
30
运动粘度（100℃）
mm2/s
1.50~<2.50
3.50~<4.50
4.50~<5.50
5.50~<6.50
7.50~<9.00
9.00~<11.0
11.0~<13.0
13.0~<15.0
15.0~<17.0
17.0~<22.0
22.0~<28.0
28.0~34.0
（2）添加剂
1.什么叫添加剂？
为了适应越来越苛刻的使用条件，单纯靠基础油生产的润滑油难以满足要求，必须加入少量的化学物质来提高润滑油的性能。
这种为了改善、提高基础油的性能或为基础油增加新的性能而加入的化学物质，称为润滑油添加剂。
2.润滑油添加剂的分组
润滑油添加剂的分组
润滑油添加剂按作用的不同分为若干个组。
其分组、代号见下表。
组号
组别
代号
1
清净剂和分散剂
T1
2
抗氧抗腐剂
T2
3
极压抗磨剂
T3
4
油性剂和摩擦改进剂
T4
5
抗氧剂和金属减活剂
T5
6
粘度指数改进剂
T6
7
防锈剂
T7
8
降凝剂
T8
9
抗泡沫剂
T9
10
抗乳化剂
T10
30
汽油机油复合剂
T30
31
柴油机油复合剂
T31
32
通用汽车发动机油复合剂
T32
33
二冲程汽油机油复合剂
T33
34
铁路机车油复合剂
T34
35
船用发动机油复合剂
T35
40
工业齿轮油复合剂
T40
41
车辆齿轮油复合剂
T41
42
通用齿轮油复合剂
T42
50
液压油复合剂
T50
60
工业润滑油复合剂
T60
70
防锈油复合剂
T70
80
其他类润滑油添加剂
3.添加剂的符号代表的意义
例1:
T101,其中“T”代表是有添加剂，“1”代表组别，即清净分散剂，“01”代表牌号，即低碳值石油磺酸钙。
例2：
T1001，其中“T”表示石油添加剂，“10”代表组别，即抗乳化剂，“01”代表牌号，即胺与环氧化物缩合物
舜能逃出合金润滑油的基础油为进口基础油，韩国双龙和台湾台塑，添加剂为雅富顿和润英联。
2、润滑剂的基本作用
润滑剂的作用很多，但其主要有：
润滑减膜作用；冷却降温作用；密封防漏作用；防腐防锈作用；清净分散作用；缓冲减震作用；传递动力作用等。
1、润滑减摩，降低摩擦阻力以节约能源，减少磨损以延长机械寿命，提高经济效益。
2、冷却降温，要求随时将摩擦热排出机外。
3、密封防漏，要求防泄漏、防尘、防窜气；
4、抗腐防锈，要求保护摩擦表面不受油变质或外来侵蚀；
5、清净分散，要求把摩擦面积垢清洗排除；
6、缓冲减震，分散负荷、缓和冲击及减震；
7、传递动力，液压系统无级变速等。
3、润滑剂常见的理化性能项目
1.粘度
粘度表示流体物质内部阻力的量度，是液体受外力作用而发生流动时，分子间内摩擦力作用的表现。
内摩擦力大，则流动性差，液体的粘度就大。
反之，内摩擦力小，则流动性差，液体的粘度就小。
粘度的表示方法有动力粘度、运动粘度、恩氏粘度、雷氏粘度和赛氏粘度五种。
实际应用中，一般采用运动粘度。
运动粘度是同温度下液体的动力粘度与其密度的比值，计量单位为mm2/s。
粘度代表的意义是：
（1）大多数润滑油是根据粘度划分牌号的
（2）是润滑油的重要理化指标
（3）是工艺设计的主要参考数据之一
（4）是判断润滑油是否变质的重要依据
2.粘度指数是表示油品粘度随温度变化这个特征的一个约定量值，粘度指数越高，表示油品随温度变化越小，粘温性能越好。
3.密度和相对密度
密度是指在规定温度下，单位体积内所含物质的质量，单位为g/m3或kg/m3.规定我们标准密度石油产品在标准温度（20℃）下的密度叫相对密度相对密度亦称比重，是指标准密度与纯水在4℃的密度之比值，符号为d.
测定密度的意义：
（1）密度可以近似地判断油品的化学组成。
如含烷烃多的油品其密度比含环烷烃和芳香烃多的油品小，含胶质和沥青质多的油品，其密度就大。
（2）在油品储存和运输过程中，用来计算油品的体积和重量。
（3）根据密度可初步判断油品的品种，如内燃机油的密度约为0.85—0.90g/cm3。
（4）从密度的测定变化中，可以了解油品质量变化的情况。
4.闪点
在规定的条件下，石油产品加热到它的蒸汽与火焰接触闪火时的最低温度叫闪点。
闪点分为开口闪点和闭口闪点两种。
燃料和轻质润滑油测定测定闭口闪点，重质润滑油测定开口闪点。
闪点代表的意义：
（1）闪点越低，油品馏分的组成越轻，反之，油品馏分的组成就越重。
（2）判断油品发生火灾的危险性。
（3）判断油品蒸发的倾向。
（4）判断油品是否变质。
例如：
润滑油在使用中其闪点显著下降，可能是被轻油稀释等。
5.机械杂质
机械杂质是指油品种不溶于规定溶剂的物质，以重量百分数表示。
6.水分
水分表示油品种含水量多少，用重力百分数表示。
水分的测定按GB/T260标准方法进行。
一定量的试样与无水溶剂混合，进行蒸馏，测定其水分含量。
若水分含量小于0.03%，则认为是痕迹。
若没有水分时，认为是无。
7.低温动力粘度
低温动力粘度即表示该条件下润滑油的内摩擦力，他是预示发动机在低温条件下能否顺利启动的粘度指标，该年度以冷启动模拟机（CCS）测试，在不同的低温下测出的粘度值，该粘度值越小，说明机油的低温流动性越好，冷启动效果越好。
8.抗氧化安定性
抗氧化安定性是指润滑油抵抗氧气的氧化作用而保持其性质不发生永久性变化的能力。
9.酸值
酸值是指中和1G油品种的酸性物质所需的KOH（氢氧化钾）的毫克数。
10.滴点
滴点是指润滑脂在规定的加热条件下，从滴点测定仪的脂杯中滴出第一滴液体时的最低温度，代表润滑脂的耐热性能。
11.抗泡沫型和空气释放值
润滑油在使用过程中要经受剧烈的搅动，如果密封不严，就会使空气储存在油品种，形成气泡。
较大的气泡能迅速上升到油品表面，而较小的气派则上升速度较慢，这种小气泡称为雾沫空气。
较大的气泡表现为油品的泡沫性，用油品的发泡趋势和泡沫稳定性测定。
较小的气泡表现为油品的空气释放性，用空气释放值表示。
12.抗乳化性
润滑油的抗乳化性是指油品与水混合乳化后，油品与水分离开来的性能。
油水分离越快，代表油品抗乳化性越好。
测定乳化性的意义是
（1）润滑油乳化后降低润滑性能，并使润滑系统生锈，而且乳化后的润滑油很难保持其原来的性质。
（2）汽轮机油一定要有良好的抗乳化性，破乳化时间要短，否则，水进入汽轮机系统后，形成的乳化液会影响设备正常运行，甚至损坏设备。
4、润滑剂的分类
为了与国际标准相一致，参照采用国际ISO/DIS8681-1985,我国制定了GB498-87石油产品及润滑剂的总分类及GB7631.1-87润滑剂和有关产品（L类）的分类等几个国际标准。
具体润滑剂和有关产品（L类）的分类见下表。
该标准根据润滑剂的应用领域（场合）吧产品分成19组：
组别
应用场合
A
全损耗系统
B
脱膜
C
齿轮
D
压缩机（包括冷冻机和真空汞）
E
内燃机
F
主轴、轴承和离合器
J
导轨
H
液压系统
M
金属加工
V
电器绝缘
P
风动工具
Q
热传导
R
暂时保护防腐蚀
T
汽轮机
U
热处理
X
用润滑脂的场合
Y
其他应用场合
Z
蒸汽气缸
S
特殊润滑剂应用场合
第3章：
常用润滑剂介绍
1、车辆用油
（1）内燃机油
1.内燃机油的粘度分类
目前我国内燃机油粘度分类采用SAE（美国汽车工程师协会）J300-2007《发动机油粘度分类》制定的，见下表：
SAE粘度级别
低温动力粘度/（mPa.s）不大于
低温汞送粘度/mPa.s（MARVTP-1）不大于
100℃运动粘度
高温高剪切粘度（150℃）/mPa.s不小于
不小于
不大于
mm2/s
0W
6200（-35°）
60000（-40°）
3.8
5W
6000（-30°）
60000（-35°）
3.8
10W
7000（-25°）
60000（-30°）
4.1
15W
7000（-20°）
60000（-25°）
5.6
20W
9500（-15°）
60000（-20°）
5.6
25W
13000（-10°）
60000（-15°）
9.3
20
5.6
9.3
2.6
30
9.3
12.5
2.9
40
12.5
16.3
3.5（0W/40;5W/40;10W/40）
40
12.5
16.3
3.7（15W/40;20W/40;25W/40,40）
50
16.3
21.9
3.7
60
21.9
26.1
3.7
注：
标准中粘度等级以6个含W的低温粘度等级号和6个不含W的100℃的运动粘度等级号表示。
该粘度值越小，说明机油的低温流动性越好，冷启动效果越好！
2.内燃机油的质量分类
我国内燃机油分类是参照美国API分类并结合我国发动机制造业的实际和润滑油的生产实际制定的。
东方舜能陶瓷合金润滑油符合API标准，其中汽油机油相应的质量等级和粘度牌号还满足更为苛刻的ILSAC（国际润滑剂标准化及审核委员会）规范。
（1）API（美国石油学会）质量分类
API关于汽油机油的质量分类
等级
适用对象
油品性能
SE
用于1972年机型
具有更好地防止高温氧化，低温锈蚀和高温沉积性能
SF
用于1980年机型
氧化稳定性较SE为佳，同时改进了抗磨性
SG
用于1989年机型
抑制发动机沉积、机油氧化，减少发动机磨损，降低低温油泥的生成
SH
用于1994年机型
测试通过程序较SG严格，防发挥性及过滤性更佳
SJ
用于1996年机型
在SH的基础上增加台架测试和模拟实验，并改善挥发性
SL
用于2000年机型
提高油品的燃油经济性，保护尾气净化系统，防止催化转换器中毒对发动机更好保护，提供更长的换油周期
SM
用于2005年机型
提高氧化安定性，控制沉积物，环保节能，抗磨损及低温性能更优异
API关于柴油机油的分类
API规格
适用机型
性能特点
CC
1961机型
用于在中及重负荷下运行的非增压、低增压或增压式柴油，并包括一些重负荷汽油机。
对于柴油机具有控制高温沉积物和腐蚀的性能，对于汽油机具有控制锈蚀、腐蚀和高温沉积物的性能，并可代替CA、CB级油。
CD
1955年机型
用于重负荷条件下运行的需要严格控制磨损及沉积物或使用包括高硫燃料非常增压、低增压及增压式柴油机以及国外要求使用APICD级柴油机。
具有控制轴承腐蚀和高温沉积物的性能，并可代替CC级油
CD-II
1985年机型
用于要求高效控制磨损和沉积物的重负荷二冲程超有机以及要求使用APICD-II级油的发动机，同时也满足CD级油性能要求
CE
1983年机型
用于在低速高负荷和高速高负荷条件下运行的低增压和增压式重负荷柴油以及要求使用APICE级油的发动机，同时也满足CD级油性能要求
CF
1994年机型
各种发动机，尤其是间接喷油柴油发动机
CF-2
1990年机型
重负荷（二冲程），有效防止磨、损、粘环及沉积物生成
CF-4
1990年机型
用于高速苛刻四冲程柴油机以及要求使用APICF-4级油的柴油机。
在机油耗和活塞沉积物控制方面性能优于CE并可代替CE，此种油品特别适用于高速公路行驶的重负荷卡车
CG-4
1994年机型
适用于低硫燃烧（<0.05%）的重负荷公路卡车及工地设备发动机
CH-4
1999年机型
满足美国1998年排放要求，并兼顾高低硫燃料的使用，比CG-4具有更好的高温抗氧化性能、洁净性能以及良好的分散性能
CI-4
2002年机型
装有EGR，满足美国2002年排放要求，硫含量不大于0.5%，在CH-4基础上进一步改进烟灰颗粒的分散性能
（2）ILSAC（国际润滑剂标准化及审核委员会）质量分类
ILSAC关于汽油机油的分类
等级
适用对象
油品性能
GF-1
用于使用SH油的汽油车
质量等级相当于SH，并要求通过程序VI,P<0.12%
GF-2
用于使用SJ油的汽油车
质量等级相当于SJ，并要求通过程序VI-A,P<0.1%
GF-3
用于使用SL油的汽油车
质量等级相当于SL，并要求通过程序VI-B，P<0.1%
GF-4
用于使用SM油的汽油车
质量等级相当于SM，并要求通过程序VI-B，0.06%
升级会员 