摩擦、磨損與潤滑概述
2006-09-11
摩擦、磨損和潤滑是一個古老的課題,特別是工業革命以后,機器的大量使用對其產生了迫切需求,使其研究和發展進入了一個新的時期。1966年英國的H.Perer.Jost先生在其著名的報告—"A Report on the Present and Industry's Needs"中提出了“摩擦學(Tribology)”這一名詞:“相互作用、相對運動表面副的科學及有關技術”,標志著該領域研究的系統化和革命化進展。摩擦學的一般定義是:“關于相對運動中相互作用表面的科學、技術及有關的實踐”。通常也理解為包括摩擦、磨損和潤滑在內的一門跨學科的科學。 在機器系統中,機器構件的運動是Z基本和Z重要的功能。機器構件之間的相對運動和接觸作用(約束)是通過運動副來實現的,同時也在運動副中兩表面之間產生摩擦、磨損和潤滑等物理現象,稱作摩擦副。運動副主要分為低副(理論上為面接觸,如滑動軸承、導軌、制動器、密封等)和高副(理論上是線、點接觸,如齒輪、凸輪等)。機器中任何一個摩擦副故障(稱為摩擦學失效),都將使機器全部或相關部分產生超出設計允許的運動甚至造成功能的失效。而這種故障在概率上又遠遠超過由構件整體失效導致的功能喪失。同時,避免摩擦學失效,又要復雜和艱難得多。因此,摩擦副的設計就是摩擦學研究的基本問題和極其重大的課題,也是機器設計的關鍵技術之一。 機器除了要消耗很大一部分的能量來克服摩擦阻力外,由于機器中的摩擦副往往會較早地損壞,相應的零部件(易損件)就需要定期更換。許多機器每年制造用以更換易損件的鋼材量與制造整機的相當。再加上制造、運輸、存儲、維修維護的費用和維修時的停機損失,構成了機器運行成本中的一個很大的份額。具統計,汽車的維護費用與油料費用相當;機器的失效報廢,有80%以上是由磨損造成的。常見的摩擦學失效如下: 軸承因磨損而間隙變得過大,軸頸就偏離設計規定的位置,機器將失去預定的運動精度;當軸上作用有不穩定的載荷時,間隙過大直接導致軸頸與軸承表面的撞擊和機器的振動;軸及軸上零件的變位,會導致許多不同類型的非法運動;摩擦形成的熱膨脹使間隙變小或潤滑不良,軸頸就可能與軸承咬死而完全不能旋轉。 齒輪齒面或凸輪表面因磨損幾何形狀發生變化,結果將破壞齒輪傳動的平穩性和設計所規定的從動件的運動規律,磨損還造成齒輪輪齒強度的降低和斷齒。 運動副(如機床導軌等)的“爬行”是一個古典的非線性振動問題,其起因是靜摩擦系數大于動摩擦系數而產生的特殊現象。解決的辦法是通過改變潤滑狀態或表面材質匹配來改變這個問題。 流體動力徑向軸承在一定條件下會產生自激振動,或稱油膜振蕩。由此引起的毀機等重大事故的發生已屢見不鮮。 在制動器、離合器、帶傳動或其他摩擦傳動以及螺紋或其他借助摩擦力鎖緊的聯接中,又時常因為摩擦表面之間的摩擦力不足或不穩定而失效,甚至出現嚴重事故,例如因制動失靈造成的車輛、提升設備的重大事故。 利用接觸(如內燃機的活塞環)或不接觸(迷宮式)密封的表面副阻止流體泄漏時,發生碰撞、磨損使間隙增大和流體外流失控,造成機器故障甚至嚴重后果。 除此之外,工作物料對工作部件產生的磨損,也是摩擦學研究去解決的重要課題。例如:攪拌機葉片、水輪機葉片、球磨機磨球、破碎機工作件等。 潤滑的目的是在機械設備摩擦副相對運動的表面間加入潤滑劑以降低摩擦阻力和能源消耗,減少表面磨損,延長使用壽命,保證設備正常運轉。 潤滑的作用如下:降低摩擦;減少磨損;冷卻,防止膠合;防止腐蝕。 此外,潤滑劑在某些場合可以起阻尼、減振或緩沖作用。潤滑劑的流動,可將摩擦表面上污染物、磨屑等沖洗帶走,起清潔作用。 有些場合,潤滑劑還可起到密封作用,減少冷凝水、灰塵及其他雜質的侵入。 潤滑的類型包括: 液體潤滑(摩擦),兩表面完全為潤滑劑隔開,摩擦為流體內的粘性阻力形成。 混合潤滑(摩擦),兩表面之間又有液體潤滑狀態,又有邊界潤滑狀態的混合情況。 邊界潤滑(摩擦),兩表面之間由邊界膜(吸附膜或化學膜等)形成的潤滑。 無潤滑(干摩擦),無或很少潤滑劑的情況。 流體潤滑自然是Z佳的潤滑狀態。形成液體潤滑的方式主要有:流體動壓潤滑、彈性流體動壓潤滑、流體靜壓潤滑等。 我公司自行研制的零磨損抗磨劑和降噪音節能系列零磨損潤滑油是國內獨創降噪音節能系列零磨損潤滑油產品,適用于各種工業機械、設備和車輛的潤滑,與普通潤滑油相比其明顯效果如下: ★耐磨!可延長易磨損重負荷齒輪的使用期5-7倍; ★節能!可降低摩擦系數70