摩擦學第二講第一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六課堂提問1、潤滑的目的是什么？

潤滑的目的是在摩擦表面之間形成低剪切強度的潤滑膜，用它來減少摩擦阻力和降低材料磨損。2、潤滑油的作用是什么？(1)潤滑作用發動機在運轉時，如果一些摩擦部位得不到適當的潤滑，就會產生干摩擦。實踐證明，干摩擦在短時間內產生的熱量足以使金屬熔化，造成機件的損壞甚至卡死(許多漏水或漏油的汽車出現拉缸、抱軸等故障，主要原因就在于此)。因此必須對發動機中的摩擦部位給予良好的潤滑。

當潤滑油流到摩擦部位后，就會粘附在摩擦表面上形成一層油膜，減少摩擦機件之間的阻力，而油膜的強度和韌性是發揮其潤滑作用的關鍵。

第二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六(2)冷卻作用

燃料在發動機內燃燒后產生的熱量，只有一小部分用于動力輸出以及摩擦阻力消耗和輔助機構的驅動上；其余大部分熱量除隨廢氣排到大氣中外，還會被發動機中的冷卻介質帶走一部分。發動機中多余的熱必須排出機體，否則發動機會由于溫度過高而燒壞。這一方面靠發動機冷卻系來完成，另一方面靠潤滑油從氣缸、活塞、曲軸等表面吸收熱量后帶到油底殼中散發。(3)洗滌作用

發動機工作中，會產生許多污物。如吸入空氣中帶來的砂土、灰塵，混合氣燃燒后形成的積炭，潤滑油氧化后生成的膠狀物，機件間摩擦產生金屬屑等等。這些污物會附著在機件的摩擦表面上，如不清洗下來，就會加大機件的磨損。另外，大量的膠質會使活塞環粘結卡滯，導致發動機不能正常運轉。因此，必須及時將這些污物清理，這個清洗過程是靠潤滑油在機體內循環流動來完成的。

第三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六(4)密封作用

發動機的氣缸與活塞、活塞環與環槽以及氣門與氣門座間均存在一定間隙，這樣能保證各運動副之間不會卡滯。但這些間隙可造成氣缸密封不好，燃燒室漏氣，結果是降低氣缸壓力及發動機輸出功率。潤滑油在這些間隙中形成的油膜，保證了氣缸的密封性，保持氣缸壓力及發動機輸出功率，并能阻止廢氣向下竄入曲軸箱。

(4)防銹作用

發動機在運轉或存放時，大氣、潤滑油、燃油中的水分以及燃燒產生的酸性氣體，會對機件造成腐蝕和銹蝕，從而加大摩擦面的損壞。潤滑油在機件表面形成的油膜，可以避免機件與水及酸性氣體直接接觸，防止產生腐蝕、銹蝕。

第四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六(6)消除沖擊載荷

發動機在壓縮行程結束時，混合氣開始燃燒，氣缸壓力急劇上升。這時，軸承間隙中的潤滑油將緩和活塞、活塞銷、連桿、曲軸等機件所受到的沖擊載荷，使發動機平穩工作，并防止金屬直接接觸，減少磨損。

第五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六一、潤滑狀態1、潤滑的目的是在摩擦表面之間形成低剪切強度的潤滑膜，用它來減少摩擦阻力和降低材料磨損。2、潤滑膜：液體，氣體；流體膜，固體膜3、潤滑狀態：流體動壓潤滑；流體靜壓潤滑；彈性流體動壓潤滑；邊界潤滑；干摩擦狀態等下面表1-1列出了各種潤滑狀態的基本特征第六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六第七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六各種潤滑狀態所形成的潤滑膜厚度不同，但是單純由潤滑油膜厚度還不能準確判斷潤滑狀態，尚須與表面粗糙度進行比較，下圖1-1列出了潤滑油膜厚度與粗糙度的數量級。只有當潤滑油膜厚度足以超過兩表面粗糙峰高度時，才有可能完全避免峰點接觸而實現全膜流體潤滑。第八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六第九頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六二、潤滑與摩擦機理

1、四種摩擦分類：

從潤滑觀點來講，常按摩擦面之間有無潤滑材料及潤滑劑的存在狀態來分類?？煞譃椋焊赡Σ?、邊界摩擦、液體摩擦和混合摩擦（1）干摩擦

摩擦面之間沒有潤滑劑存在時發生的摩擦，稱為干摩擦。（2）邊界摩擦邊界摩擦亦稱為邊界潤滑，是指物體之間摩擦面上存在一層由潤滑劑構成的邊界膜發生的摩擦。（3）液體摩擦液體摩擦亦稱為液體潤滑，當物體之間的接觸面被潤滑油膜完全隔開時，物體相對運動所產生的摩擦叫液體摩擦。

第十頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六（4）混合摩擦混合摩擦亦稱為混合潤滑，是屬于一種不穩定的潤滑。實際上它是指上述三種摩擦中有兩種摩擦同時存在的情形，可分為半干摩擦和半液體摩擦。

第十一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六2、四種摩擦的機理干摩擦：干摩擦的發生有許多理論解釋，常用的是所謂“粘著—機械嚙合”學說。由于物體之間摩擦面的微觀狀態是凹凸不平的，摩擦面之間的接觸不發生在整個接觸面上，摩擦只是發生在摩擦面之間凸峰與凸峰正好相對的地方，物體之間的正壓力實際上只由占摩擦面很小部分的實際接觸面積承受。由于這些凸峰與凸峰相接觸的點受到相當大的壓力而產生塑性變形，出現了粘著現象,使凸峰與凸峰就好像被“熔焊”在一起。當物體做相對運動時，為了將這些“熔焊”在一起的點撕裂所需要的力，就構成了摩擦力的主要部分。此外，還存在著一個摩擦面上的凸峰正好嵌入另一個摩擦面上的凹谷的情況，當物體做相對運動時，將產生機械嚙合阻力，這是摩擦力的又一個來源。因而物體之間發生干摩擦時，其摩擦力是“熔焊”點造成的粘著阻力與“凹凸體”機械嚙合阻力之和。

從設備的潤滑觀點來講，干摩擦是有害的，主要表現在能量的損失（如轉為熱能）和機件的磨損上（如溫度升高導致材料表面抗磨性及強度降低同時有磨屑的產生）。第十二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六邊界摩擦：邊界摩擦亦稱為邊界潤滑，是指物體之間摩擦面上存在一層由潤滑劑構成的邊界膜發生的摩擦。

邊界膜的性質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膜兩類。吸附膜是通過物理因素（分子吸引）或化學因素（電子交換產生的化學結合力），使潤滑劑中的極性分子產生定向排列形成的一層膜。

反應膜則是由含硫、磷、氯等元素的潤滑油添加劑與摩擦表面起化學反應，所生成的新的物質而構成的一層膜。在邊界潤滑作用比較充分，即形成的分子柵有較大的承載能力和長度時，摩擦僅發生在邊界膜之間，摩擦系數僅與摩擦面的性質（材質、幾何形狀等）和潤滑劑的油性有關，也就是說摩擦系數與摩擦面潤滑劑之間形成極性分子柵的能力和分子柵本身的承載能力有關，而與潤滑油的粘度大小無關。當邊界潤滑作用較差時，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，使摩擦系數增大。

第十三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六吸附膜的穩定性較差，在一定溫度下，定向排列的極性分子會因熱運動而變得雜亂無章，甚至從摩擦面上脫落下來，使得吸附膜失去承載能力，潤滑作用大大減小。反應膜較吸附膜穩定得多，因為在高溫下化學反應的速度加快，更有利于生成新的物質來加強反應膜，所以反應膜適于重載、低速和高溫的條件。但是生成反應膜時，一般伴隨著對金屬有腐蝕性。

液體摩擦：液體摩擦時，物體之間的摩擦面沒有直接接觸，其間除了邊界潤滑膜外，還有流動油膜。因此摩擦僅發生在潤滑油之間，運動阻力僅由潤滑油分子間的吸引力（內聚力）形成，因而摩擦系數很小，一般在0.01～0.001的范圍內。

混合摩擦：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存在的情形，不充分的邊界摩擦將導致半干摩擦。

半液體摩擦是液體摩擦和邊界摩擦同時存在的情形，不充分的液體摩擦會導致半液體摩擦。工業設備經常處于混合摩擦狀況。第十四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六三、潤滑狀態與摩擦系數關系前面表1-1根據油膜厚度鑒別潤滑狀態的辦法雖然是可靠的，但測量上十分困難，往往不便采用。這里是以摩擦系數數值作為判斷各種潤滑狀態的依據。第十五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六第十六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六四、潤滑流體的粘度1、運動粘度與動力粘度（1）通過自學搞清楚運動粘度與動力粘度的概念。（2）會根據流體流動莫型推導Newton粘性定理。（3）搞清楚粘度與溫度，與壓力的關系。第十七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六五、Reynolds方程1、假設共有八條假設如下：第十八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六第十九頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六2、方程推導這里采用流體力學中微單元體分析方法推導雷諾方程。主要步驟是：1、由微單元體受力平衡條件，求出流體沿膜厚方向的流速成分布2、將流速沿油膜厚度方向積分，求得流量3、應用流量連續性條件，最后導出Reyonls(雷諾）方程的普遍形式第二十頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六第二十一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六第二十二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六第二十三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期六第二十四頁