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机器摩擦磨损与润滑的基本知识一、摩擦磨损有关知识各种运转的机器，都有各种摩擦副组成的运动副，必然产生摩擦和磨损，是零件产生故障和失效的主要模式。据统计[1]，全世界总能耗的1/2~1/3消耗于摩擦，一般机器中75~80%的零部件是因摩擦而出现故障以至报废。英、美、德、日等国，每年由于磨损造成的经济损失达数百亿美元；我国主要工业部门每年因磨损而损耗的备用件钢材达数百万吨。因此，如何减少磨损，对磨损的零部件进行监测分析、故障诊断和预报，是全世界都非常重视的研究内容。（一）摩擦本质两固体表面有接触而产生相对运动时，表面不平产生摩擦，凸峰处的接触面积小而正压力大，发生相对切向滑动时出现以下几种现象：1、接触应力大。使表面产生塑性变形并破坏表面膜；塑变后的再结晶中，两表面的金属共同形成新生晶格，接触点处发生粘着现象，在运动中将这些粘着点剪断撕开，这种剪断所需的作用力即摩擦力。2、表面材料相互嵌入。硬质材料的凸峰会嵌入较软材料中，相互滑动时，硬凸峰将在较软材料上切削出一条沟槽，这种切削阻力也构成摩擦力。3、产生分子引力。两接触表面紧密贴合，会产生分子引力，阻碍正常运动而形成摩擦力。这三者构成摩擦力产生的基础，是摩擦现象的本质。（二）摩擦分类•1、按摩擦副运动形式分。滑动摩擦，如机床导轨、滑动轴承等；滚动摩擦，如滚动轴承、车辆运动等。有的摩擦副（如齿轮传动）既有滚动又有滑动。2、按表面润滑状况分。干摩擦、半于摩擦、边界摩擦、半液体摩擦和液体摩擦。为使机器可靠地正常运行，减少故障，要尽量保证在液体润滑状态下工作。（三）磨损分类物体相对运动时，表面材料逐渐损耗（迁移或脱落），称磨损。1、影响磨损的主要因素（1）零件所处的运动学和动力学状态，表面几何形貌和装配质量。（2）零件所处的环境，如温度、湿度、盐度、酸度、润滑介质。（3）零件材质。如材料成分、组织硬度、摩擦副材料匹配、磨损过程中的变化等。这三者在磨损过程中还会相互影响，产生种种复杂的磨损情况。2、磨损分类一般认为磨损可按其表面物质损耗的不同机理去分类。•（1）粘着磨损摩擦副接触面发生粘着作用而产生磨损，有热粘和冷粘磨损之分。例如发动机汽缸的拉缸、滑动轴承的抱瓦、抱轴及齿轮的胶合等。改善材料性能、合理设计运动学和动力学性能参数、改善润滑介质和润滑条件等，是减少或防止粘着磨损的主要措施。（2）磨粒磨损磨损后产生的金属颗粒是磨粒的主要来源，还包括装配清洗不好，外界污染的磨粒。磨粒磨损包括刨削式磨粒磨损，高应力碾碎式磨粒磨损、低应力擦伤式磨粒磨损。•（3）腐蚀磨损在腐蚀性气体或液体环境中进行摩擦时，摩擦副表面会发生化学反应或电化学反应，生成反应产物，使表面生成物脱落，即称腐蚀磨损。腐蚀磨损分氧化磨损（例如FeO,Fe2O3,Fe3O4等），即金属表面受到空气中或润滑油中氧的作用所形成的氧化膜，处于不断生、灭或减薄与增厚的交替循环之中，影响摩擦副的性态，增加磨损量；此外还有腐蚀介质磨损，即除氧以外的酸、碱、盐作用下，在摩擦过程中的生成物不断产生和磨耗的过程。•（4）微动磨损两接触表面之间在外载荷作用下产生切向往复振动（振幅一般不超过0.1mm）由此发生的磨损称微动磨损。它通常发生在宏观上相对静止（静配合）的零件上，如花键联接、过盈配合的轴与孔、机座的固定处等。微动磨损使金属表面出现麻点或沟纹，导致配合或联接松动，增加磨损，振动加剧等不良后果。•（5）冲蚀和气蚀冲蚀是指表面材料由于固体、气体、液体或其他混合相的不断高速冲击而发生的磨损现象。最常见的是固体颗粒对固体表面撞击造成的冲蚀，如水轮机、水泵叶轮被水中砂粒撞击，气流式材料输送管道的弯管内壁冲蚀等。气蚀是指在流体机械零件（例如高压泵、马达）的液体内产生气蚀气泡，或表面与冷却剂液体接触处（例如内燃机气缸套外壁）可能出现局部集中的麻点、针孔甚至蜂窝状孔穴群等磨•损现象，这种现象称气蚀或穴蚀。•（6）表面疲劳磨损循环应力周期性地作用在摩擦表面上，使表面材料疲劳而引起材料微粒脱落的现象，称疲劳磨损。一般可分两类：a.滚动接触疲劳磨损。是指以点、线接触的摩擦副在滚动或同时兼有滑动时的磨损，例如齿轮啮合、滚动轴承中钢球与内外滚道的接触中，都会产生这种疲劳磨损。b.滑动疲劳磨损。固体相互滑动摩擦表面的粗糙度使表面接触集中在若干接触点上，在法向力作用下，实际接触斑点相互挤压产生应力和应变，这种过程反复进行，逐渐形成应力集中源，继而产生裂纹或磨屑。例如各类滑动轴承即会产生这种磨损。二、机器磨损的浴盆曲线规律•前面论述的各类磨损，在不同机器中都可能发生。磨损是客观存在，对于批生产使用的机器，磨损随使用时间而逐渐增长，经大量研究统计，具有如图1的浴盆曲线规律；由于磨损与故障率相关，故也称故障率规律曲线。•（a）w=f(T)(b)Q=f(T)图3-1机器磨损过程的浴盆曲线（故障率规律曲线）•图3-1（a）是磨损速率W与运行时间T的规律，像浴盆形状；图3-1（b）是磨损量Q与运行时间T的规律。两者形状虽不同，本质是一样的。由图3-1（a）或图3-1（b）可见，曲线分三个区段：1、早期故障期，也称机器磨合期（T1）–在此阶段，机器装配后进行试验或磨合使用，由于各摩擦表面峰谷不平，故磨损速率W在一开始较大然后逐渐下降（图3-1（a）），或磨损量Q由小向大增长（图3-1（b）），当达一定运行时间后，无论是W或Q转折到逐渐平缓变化。因在此阶段，有可能出现故障，故称早期故障期，但只要制造、装配、润滑良好，一般是故障率很低或不出现。2、偶然故障期或正常使用期（T2）经过良好磨合后，各摩擦副表面已磨配良好，磨损稳定进入正常使用，这个期限很长，它标志机器的正常寿命，但由于各种原因，也可能出现故障，故亦称偶然故障期。但应注意，实际磨损是平缓增长，没有突变，并非真像浴盆平底.3、磨损剧增期或损耗（劣化）故障期（T2），即应进行大修机器使用到接近寿命期，W或Q会明显增长，标志应进入大修，如继续使用，磨损会急剧增加，出现严重故障，甚至机毁人亡。即使尚可修复，要化费昂贵的修理费用，故称损耗故障期。特殊情况的磨损曲线三、机器中润滑油的作用•1、形成油膜。在摩擦副之间具有足够厚度的润滑油膜，形成液体润滑，避免摩擦副表面的干摩擦而导致磨损加剧，过早损坏。•2、减少摩阻。液体润滑条件下可减少摩擦阻力，提高系统效率，减少发热量。•3、帮助冷却。由于循环油的不断循环，可以带走摩擦部位的热量。•4、冲涮清洗。不断冲涮磨损产物，使其进入油箱，大的颗粒沉淀下来，并经滤清器后再进入润滑系统，提高油的清洁度。•5、作为传递动力的介质。在液压传动、液压控制中，具有一定压力和流量的润滑油（液压油）是传递动力的介质，使系统具有柔性和布置方便。•6、是磨损类故障诊断中取样分析的重要介质。磨损金属流入润滑油中循环流动，在一定部位取样分析，可测出机器磨损元素的浓度（含量）。磨损浓度大小标志磨损的程度，包含丰富的磨损状态的信息。定期取样分析，可及时了解磨损程度和变化趋势，用科学的数据处理方法，可作故障诊断和预报。磨损类故障诊断的信息源主要是从取油样分析得来的。•7、机器正常工作的保证。润滑油性能的好坏，很大程度上与机器的性能、可靠性、寿命和故障有关，故机器的润滑油油品不能随便选用或更换。油液质量恶化原因分析一、氧化-------原因：一般有温度、空气、压力等三方面因素影响。二、污染------据资料统计，液压系统的故障约有70%是由于液压油的污染引起的。1、种类：•（1）固体颗粒污染：危害：阀件卡紧；增加泄漏；滤器堵塞；油液氧化等。据实践表明：5~15μm的固体最易使阀卡紧，10~30μm颗粒会造成动力元件的磨损，轴向柱塞泵配油盘处对于10~15μm的固体颗粒最为敏感，径向泵与马达对15~25μm的固体颗粒最为敏感，叶片泵与马达对20~30μm的固体颗粒最为敏感。•（2）水污染：危害：金属腐蚀；降低润滑；形成冰晶；产生气穴；油液氧化等。液压油的吸水饱和度一般在200~300ppm，温度越高，吸水性越好。•（3）空气污染：危害：动作迟滞；产生气穴；油液氧化等。当空气中含量超过2%时油液开始变浑浊。（最高为8%~10%）溶解于液压油中的空气量取决于下列因素：液压油的种类；工作压力；工作温度。2．污染度的表述方法：•a、宏观的总体表示法：重量水平mg/L；重量百万分之几ppm(重量)；体积百万分之几ppm(容积)；•b、微观的分散表示法：间隔的颗粒浓度（单位体积油液内在某一尺寸间隔范围内的颗粒数目）；累计颗粒浓度（单位体积油液内尺寸大于某一值的颗粒数目）。•3、合理更换液压油（1）固定周期换油法：规定液压油使用时间为半年，一年，或者工作1000~2000h(新系统500h首次换油，以后5000h)后更换液压油的方法。此方法被广泛应用，但不是很科学。（2）现场鉴定换油法：根据现场油品的使用情况确定。（3）综合分析换油法：取出油样进行实验分析来确定，此方法符合换油原则。•油液分析——目的何在？•1、测定油品的品质以决定可否继续使用(只适用于油槽体积很大的机器)。油槽体积较小的机器通常应该依据制造商指定的期限换油。但如果多部同一型号的机器使用某一牌号的润滑油，定期分析其中一部机器所使用的油品有助于监察油品的使用效率。•2、鉴定及判别不同油品的品质优劣。•3、显示机器的运行状况。•4、发现可能发生的问题。油品分析-润滑剂基本知识•润滑剂是指加在做相对运动的摩擦面之间，使两接触表面之间形成润滑膜而降低摩擦阻力作用的介质。润滑剂所形成的润滑膜变做对运动摩擦面间的干摩擦为润滑剂内部分子间的内摩擦，达到了减少摩擦，降低磨损，延长机械零部件使用寿命的目的。因此正确的选择和使用润滑剂对于保证机械设备的正常，持久的运行至关重要。一、润滑剂的基本功能要求•润滑剂是加在做相对运动摩擦面之间的介质；它的基本功能要求为：1.能有效的控制和减小摩擦，润滑剂加到摩擦石之间一般可以减小摩擦，从而降低了摩擦系数。如在两个相对运动平面之间，保持对磨的材料不变其摩擦系数对于干摩擦，液体摩擦和边界摩擦会有很大的变化：摩擦种类摩擦系数干摩擦0.1~0.5流体摩擦0.001~0.01边界摩擦0.01~0.1这样就能减少摩擦阻力，减少功率消耗。•2.减少磨损。摩擦面间具有润滑膜，这个润滑膜能够支承负荷，避免或尽量减少摩擦表面的直接接触，从而可减轻接触表面的塑性变形，熔化焊接，剪断再粘接等各种程度的粘着磨损。•3.冷却降温。润滑剂能够降低摩擦系数，从而减少摩擦生热。润滑剂也将要从接触表面流过，通过这种热传导将摩擦表面的热量带走，达到冷却降温的目的。如燃气涡轮发动机中的轴承所用的润滑剂就选择尽量小的粘度，尽可能大的比热和导热系数，以便起到冷却降温的作用。•4.防腐剂。润滑剂覆盖于机械设备零部件的表面，可以起到隔离空气中的水份的作用，防止湿气、水气和其它有害气体对表面（特别是金属表面）的腐蚀、防止生锈，减少失效的可能。•5.减振。润滑剂还能起到减缓冲击、吸收机械振动噪声的作用。二、润滑剂的基本性能要求•1.摩擦性能。要稳定，不希望其摩擦性能随外界环境变化很大，如对温度的依赖性等等。•2.适宜的粘度。粘度是液体润滑剂的最重要的性能，因此对润滑剂的基本性能的要求，首先就要选择适宜的粘度。特别是对流动摩擦的润滑状态下，注意这个基本性能十分重要。•3.极压性。特别是对边界润滑的时候，此时，润滑剂的粘性作用不大，主要靠边界膜强度支承载荷。这种润滑剂的基本性能在机械设备启动和低速重载荷的工况中更体现出重要性。•4.化学安性和热稳定性，这是对润滑剂从生产、运输、贮存到使用过程中的一种基本性能的要求，即不易被氧化、分解变质。此外，对某些特殊用途场合的润滑剂在要求耐强化学介质和耐辐射方面的基本性能要•求更高。5.材料适应性。即要求它对被润滑部件的材料无腐蚀，无化学反应（如与橡胶接触时的溶胀）问题。三、润滑剂的分类•按照润滑剂的物理状态，可将其分为液体润滑剂、半固体润滑剂、固体润滑剂和气体润滑剂四大类：•液体润滑剂液体润滑剂是用量最大、品种最多的润滑剂，包括矿物油、合成油、动植物油和水基液等。其