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機(jī)械的潤(rùn)滑與摩擦

  潤(rùn)滑與摩擦的關(guān)系密切。摩擦的類別取決于摩擦條件,從潤(rùn)滑觀點(diǎn)來講,常按摩擦面之間有無潤(rùn)滑材料及潤(rùn)滑劑的存在狀態(tài)來分類??煞譃楦赡Σ?、邊界摩擦、液體摩擦和混合摩擦。潤(rùn)滑機(jī)理與這些不同的摩擦狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。
  1.干摩擦
  摩擦面之間沒有潤(rùn)滑劑存在時(shí)發(fā)生的摩擦,稱為干摩擦。
  干摩擦的發(fā)生有許多理論解釋,常用的是所謂“粘著—機(jī)械嚙合”學(xué)說。由于物體之間摩擦面的微觀狀態(tài)是凹凸不平的,摩擦面之間的接觸不發(fā)生在整個(gè)接觸面上,摩擦只是發(fā)生在摩擦面之間凸峰與凸峰正好相對(duì)的地方,物體之間的正壓力實(shí)際上只由占摩擦面很小部分的實(shí)際接觸面積承受。由于這些凸峰與凸峰相接觸的點(diǎn)受到相當(dāng)大的壓力而產(chǎn)生塑性變形,出現(xiàn)了粘著現(xiàn)象,使凸峰與凸峰就好像被“熔焊”在一起。當(dāng)物體做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),為了將這些“熔焊”在一起的點(diǎn)撕裂所需要的力,就構(gòu)成了摩擦力的主要部分。此外,還存在著一個(gè)摩擦面上的凸峰正好嵌入另一個(gè)摩擦面上的凹谷的情況,當(dāng)物體做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),將產(chǎn)生機(jī)械嚙合阻力,這是摩擦力的又一個(gè)來源。因而物體之間發(fā)生干摩擦?xí)r,其摩擦力是“熔焊”點(diǎn)造成的粘著阻力與“凹凸體”機(jī)械嚙合阻力之和。
  從設(shè)備的潤(rùn)滑觀點(diǎn)來講,干摩擦是有害的,主要表現(xiàn)在能量的損失(如轉(zhuǎn)為熱能)和機(jī)件的磨損上(如溫度升高導(dǎo)致材料表面抗磨性及強(qiáng)度降低同時(shí)有磨屑的產(chǎn)生)。
  2.邊界摩擦
  邊界摩擦亦稱為邊界潤(rùn)滑,是指物體之間摩擦面上存在一層由潤(rùn)滑劑構(gòu)成的邊界膜發(fā)生的摩擦。
  邊界膜的性質(zhì)是影響邊界摩擦的主要因素,按其形成方式,可分為吸附膜和反應(yīng)膜兩類。吸附膜是通過物理因素(分子吸引)或化學(xué)因素(電子交換產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)合力),使?jié)櫥瑒┲械臉O性分子產(chǎn)生定向排列形成的一層膜。
  反應(yīng)膜則是由含硫、磷、氯等元素的潤(rùn)滑油添加劑與摩擦表面起化學(xué)反應(yīng),所生成的新的物質(zhì)而構(gòu)成的一層膜。在邊界潤(rùn)滑作用比較充分,即形成的分子?xùn)庞休^大的承載能力和長(zhǎng)度時(shí),摩擦僅發(fā)生在邊界膜之間,摩擦系數(shù)僅與摩擦面的性質(zhì)(材質(zhì)、幾何形狀等)和潤(rùn)滑劑的油性有關(guān),也就是說摩擦系數(shù)與摩擦面潤(rùn)滑劑之間形成極性分子?xùn)诺哪芰头肿訓(xùn)疟旧淼某休d能力有關(guān),而與潤(rùn)滑油的粘度大小無關(guān)。當(dāng)邊界潤(rùn)滑作用較差時(shí),某些部位的邊界膜被破壞,造成摩擦面的直接接觸,從而形成干摩擦,使摩擦系數(shù)增大。
  吸附膜的穩(wěn)定性較差,在一定溫度下,定向排列的極性分子會(huì)因熱運(yùn)動(dòng)而變得雜亂無章,甚至從摩擦面上脫落下來,使得吸附膜失去承載能力,潤(rùn)滑作用大大減小。反應(yīng)膜較吸附膜穩(wěn)定得多,因?yàn)樵诟邷叵禄瘜W(xué)反應(yīng)的速度加快,更有利于生成新的物質(zhì)來加強(qiáng)反應(yīng)膜,所以反應(yīng)膜適于重載、低速和高溫的條件。但是生成反應(yīng)膜時(shí),一般伴隨著對(duì)金屬有腐蝕性。
  3.液體摩擦
  液體摩擦亦稱為液體潤(rùn)滑,當(dāng)物體之間的接觸面被潤(rùn)滑油膜完全隔開時(shí),物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦叫液體摩擦。
  液體摩擦?xí)r,物體之間的摩擦面沒有直接接觸,其間除了邊界潤(rùn)滑膜外,還有流動(dòng)油膜。因此摩擦僅發(fā)生在潤(rùn)滑油之間,運(yùn)動(dòng)阻力僅由潤(rùn)滑油分子間的吸引力(內(nèi)聚力)形成,因而摩擦系數(shù)很小,一般在0.01~0.001的范圍內(nèi)。
  4.混合摩擦
  混合摩擦亦稱為混合潤(rùn)滑,是屬于一種不穩(wěn)定的潤(rùn)滑。它既存在著潤(rùn)滑油粘度所產(chǎn)生的粘滯阻力,也存在著金屬表面微凸體接觸所產(chǎn)生的摩擦阻力。實(shí)際上它是指上述三種摩擦中有兩種摩擦同時(shí)存在的情形,可分為半干摩擦和半液體摩擦。
  半干摩擦是指干摩擦和邊界摩擦同時(shí)存在的情形,不充分的邊界摩擦將導(dǎo)致半干摩擦。
  半液體摩擦是液體摩擦和邊界摩擦同時(shí)存在的情形,不充分的液體摩擦?xí)?dǎo)致半液體摩擦。工業(yè)設(shè)備經(jīng)常處于混合摩擦狀況。
類型     摩擦系數(shù)      膜厚/um
流體動(dòng)力潤(rùn)滑0.001----0.008    1----100
流體靜力潤(rùn)滑0.001----0.00001    5----50
彈性流體靜力潤(rùn)滑0.001----0.01    0.1----1
混合潤(rùn)滑     0.15----0.01    《1
邊界潤(rùn)滑     0.05----0.15    0.001----0.01