中南大学摩擦学考试试卷2012

中南大学考试试卷2011--2012学年下学期时间90分钟摩擦学课程32学时2学分考试形式：开卷专业年级：机械工程总分100分，占总评成绩70%注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上1阐述粘着摩擦理论。（15分）2绘出Stribeck曲线，标明不同摩擦状态的三个区域，并说明各个区域影响摩擦的主要因素。（15分）3简述边界润滑膜的减摩机理（15分）4如何合理选用工业齿轮润滑油（10分）5齿轮是一种广泛使用的机械零部件，根据你所熟悉的使用工况，分析齿轮的受力特点、润滑状态和磨损机理，并采取合理的润滑措施。（15分）6通过电镀、物理气相沉积等方法在金属表面沉积一层软金属薄膜（如Pb,Sn,In,Ag,Au）作为固体润滑剂，这层厚度不到0.1μm的薄膜已成功地应用在高真空或太空摩擦系统。有镀膜金属间的滑动摩擦因数很低(In为0.06，Sn为0.09)，而没有镀膜金属间的摩擦因数很大。这层软金属薄膜能降低磨损至少一个数量级以上。根据赫兹接触理论和软金属薄膜的剪切强度，我们想建立硬基体镀膜的摩擦因数的数学表达式。假定一个硬质钢球（半径为R）施加载荷于表面镀膜的硬质平面上，球和平面的材料弹性参数相同（E和ν），且忽略软金属膜对接触区赫兹接触的影响。（a）在圆形接触区内，法向接触压力p(r)是怎样的径向分布？根据中心点压力po和接触半径a，提出法向接触压力的径向分布方程。（b）依据Po计算出按触区内的平均接触压力Pmean。（c）接触区不发生剪切的条件下，最大压力由Po=τy/0.31确定,这时τy是基材的剪切强度，提出法向载荷N与τy、a等的关系表达式。（d）摩擦力等于真实按触面积与软金属膜的τf的积，提出摩擦力的数学表达式。（e）依据膜和基材的剪切强度（或硬度），计算摩擦因数μ=F/N?（f）膜和基材的硬度分别为60kg/mm2和600kg/mm2，试估计摩擦因数μ，并与上述试验结果进行比较？请对上述方法的所有假设进行评价。（20分）7．右图为可倾瓦滑块组成的推力轴承。在工程设计中常用长方形代替扇形。已知瓦块的长度B=200mm，瓦平均宽度L=240mm。滑动的运动速度U=10m/s，润滑油的动力粘度η=15×10-3Pa.s，允许最小膜厚度为0.0125mm，试确定轴承的下列性能：（1）最大承载能力W，（2）如忽略润滑油的侧向泄漏，估算润滑油的最小流量。（10分）（K=1，L/B为∞、2、1.5、1.0、0.75、0.5时，6W*分别为0.1589，0.1096，0.09457，0.06894，0.05037，0.02892)参考答案1题:简单粘着理论1）摩擦表面处于塑性接触状态；W=Ar×σs2）滑动摩擦是粘着与滑动交替发生的跃动过程；瞬间高温→粘着→剪切→滑动3）摩擦力是粘着效应和犁沟效应产生阻力之和。F=T+Pe=Aτb+Spet为剪切力，Pe为犁沟力；对于金属材料，摩擦力主要是两滑动表面间金属接点的粘着效应，而忽略犁沟过程。F＝Ar×τs=W×τs/σsf＝F/W＝τs/σs结论：摩擦力与载荷成正比，摩擦力与接触面积无关。指导意义：在金属表面镀(涂)一层低剪切强度的膜可降低摩擦因数，如软金属、润滑剂、氧化膜等剪切力使粘着接点长大：使真实接触面积增加，摩擦力增加。表面膜效应：使接触点的剪切应力降低，使摩擦力降低。犁沟效应：表面粗糙度对摩擦力有很大的影响。修正的摩擦粘着理论的摩擦因数表示为2题:1）当粘度、速度太低、压力太高，轴承数ηv/p较小，处于边界润滑区（Ⅲ区），μ大、磨损大，对润滑起主要作用的是润滑油和表面的理化性能。2）当轴承数ηv/p增加，部分动力润滑增加，过渡到混合润滑（Ⅱ区），μ和磨损逐渐降低。3）轴承数ηv/p进一步增加至一定程度，油膜足以承担全部载荷，过渡到液体润滑，摩擦磨损极低，润滑性能取决于油的体相性能（如粘度）。22(1)cfctgc3题:•在法向载荷作用下，相对运动的微凸体接触增加，部分接触点处边界膜破裂，产生金属间的接触。摩擦力等于粘附点的剪切力和边界膜分子的剪切力之和。•摩擦力：F=αArτ+(1-α)Arτα=Ar[ατ+(1-α)τα]Ar:真实接触面积，α金属直接接触所占的比例τ：粘附点的剪切强度，τα：边界膜分子的强度•载荷：W=Ar[ασs+(1-α)σsf]σs金属抗压强度，σsf边界膜的屈服极限，一般两种相差不大，取平均值可得摩擦因数为：若α→0，即边界膜起决定作用时，所以边界润滑是以低剪切强度的润滑膜代替金属间的直接接触，降低了摩擦阻力。4题：工业齿轮油选用的四条原则：1）根据齿轮线速度选择齿轮油的粘度。速度高的选用低粘度油，速度低的选用高粘度油。2）根据齿面接触压力（MPa）选择齿轮油的类型低于350，用CKB；350-500，用CKC；500-1100，用CKC、CKD，高于1100，用CKD。3)使用温度：油温高，油的粘度大，油温低，油的粘度低。夏天用高粘度油，冬天用低粘度油。4）齿轮润滑与轴承润滑是否同一系统，滑动轴承要求润滑油的粘度较低。5题:1）齿轮的受力特点：循环应力、线接触、高接触应力2）润滑状态：多数为弹流3）磨损机理：点蚀为主的疲劳磨损4）润滑措施：（1）高粘度的润滑油或润滑脂，（2）控制润滑油的水分（3）加强密封（4）选用性能优良的润滑剂（5）优化结构设计6题:（a）圆形接触区内，法向接触压力呈半椭圆分布。,,ssssf使则sWAr[(1)](1)aassArFWAras21202201)(1)(arprparprp（b）2020032)(aprdrdrpNa接触载荷3202paNpmean(c)222075.631.03232aaapNyy(d)摩擦力F=Arτy=πa2τf(e)摩擦因素μ=F/N=πa2τf/6.75a2τy=0.465τf/τy(f)μ=0.465τf/τy=0.465*60/600=0.0465(g)此假设计算的结果基本正确。但没有考虑剪切变形使接触面积增加，故计算值比实际值偏小。7题:已知：B=0.2m，L=0.24m，U=10m/s，η=15×10-3，h0=1.25×10-5∵L/B=0.24/0.2=1.2由插值法求解6w*：6*0.068940.094570.068941.21.01.51.0w6w*=0.07919单个滑块的最大承载能力:220323256*=0.079191015100.20.24(0.012510)7.310()wuBWLhN块单个滑块的最小流量：03531=uLh2100.240.0125102.2/3.22.0610(/)kQkms块∵轴承由6个滑块组成∴轴承的最大承载能力W=6W块=6×7.3×105=4.38×106（N）轴承的最小流量Q=6Q块=6×2.06×10-5=1.24×10-4（m3/s）