摩擦学设计课件.ppt

摩擦学设计,Tribology Design,组员：李兵 江鹏 龚文强 韩猛猛 赵奎鹏,Contents,1.1定义,摩擦学（Tribology）是近40年来发展起来的一门新的边缘学科。其定义为：研究作相对运动的相互作用表面及其有关理论和实践的一门科学。它是一门跨学科的科学。其内容包括摩擦、磨损、润滑、接触力学、表面物理和化学等方面的专题。,空气与金属的摩擦导致,哥伦比亚号左翼上的裂纹,哥伦比亚号失事,(a)自行车链传动,(b)链条,自行车链条的磨损,简单实例,1.1定义,一组数据调查全世界工业能源的1/3被摩擦损耗掉；失效零件的80%是由磨损造成的；20世纪80年代我国在冶金、煤炭、农机等五个行业的调查表明：由于磨粒磨损损耗的备用钢材达100万吨以上，如考虑停机等费用造成的损失每年达几亿元。,如果从摩擦学方面采取正确的措施,就可以大大节约能源消耗。,1.1定义,摩擦学设计即是运用摩擦学的理论、方法、技术和数据，将摩擦和磨损减小到最低程度，从而设计出高性能、低功耗、具有足够可靠性及合适寿命的经济合理的新产品。,选择,设计规范,润滑方式（工况参数）润滑剂表面材料,力学要求形状尺寸寿命要求,2 摩擦学设计的主要内容和方法,任务：对特定的机械在给定的工况设计出要求的 稳定、可靠、耐磨的摩擦副零件；对象：机械系统中的摩擦副；依据：摩擦副的工况及运行环境、摩擦副的接触 类型及运动方式、磨损类型及机理、配对 副的精度及零件的重要性；内容：表面形貌设计；润滑设计；摩擦副表面层设计,2.1表面形貌设计,表面形貌设计主要是表面粗糙度的设计。当表面过于光滑时,液体或气体润滑介质难以介入摩擦副之间,运动中导致摩擦副表面的氧化膜破裂而发生干摩擦,易于疲劳破坏或粘着拉脱,但是,当表面过于粗糙时,微凸体接触数量少,接触应力大,微凸体之间发生严重的弹塑性变形,相对滑动时,摩擦表面发生粘着磨损和表面剥离.粗糙度的设计原则 一是用加工精度与粗糙度相对应的方式设计;二是与机械工况相适应的润滑模式设计；三是在特殊的润滑情况下粗糙度及其纹理方向应 特殊设计。,2.2润滑设计,1.润滑剂类型的选择 润滑剂的粘度要根据摩擦副的运动形式和工况参数来确定,并由粘度决定相应的润滑剂类型.当按运动形式选润滑剂时,滚动润滑选用高粘度的润滑脂,滑动润滑选用低粘度的润滑油;当按工况参数选润滑剂时,高速低载荷选用低粘度润滑油,低速高载荷选用高粘度的润滑油.另外,因为机械启动和停车时,机械的润滑状态要经历边界润滑阶段,因此,在润滑油选择时,润滑油的油性和极压性也应考虑,保证机械启动和停车时在边界状态下润滑条件良好.,2.2润滑设计,2.润滑方式的确定 摩擦副常用的润滑方式有滴油、浴油、溅油、注油和喷油等几种.润滑方式的选择主要依据是摩擦副的运动速度,当滑动速度 12 m/s时,一般选用注油和喷油润滑方式;当滑动速度在312 m/s 之间时,一般选用溅油和喷油润滑方式;当滑动速度低于3m/s时,一般选用浴油和滴油润滑方式.,2.3摩擦副表层设计,一般设计法则1)摩擦副若是粘着磨损为主,则应采用互溶性小、化学活性强而抗剪切强度低的表面层；2)摩擦副若是磨粒磨损为主,则应采用非常硬的表面；3)摩擦副若是几种摩擦磨损过程混合的情况,即采用强度正梯度法则-硬度负梯度法则的复合梯度法则设计.,2.3摩擦副表层设计,摩擦副表面层设计要求,三是在热负荷作用下耐磨层应呈热压应力状态。,一是耐磨薄膜与基体结合强度高,防止耐磨层与基体材料在机械力或热应力的作用下脱落;,二是薄膜具有良好的弹性和抗断裂性能；,2.4摩擦学设计的方法,磨料磨损计算方程、粘着磨损计算方程、胶合计算方程；IBM 的零磨损、可测磨损的计算方法;组合磨损计算方法;以数值解为基础,考虑热效应的热弹流、考虑动态效应的非稳态流、考虑润滑剂非牛顿性的流变弹流以及分析粗糙表面的微观弹流等润滑理论与方法;将各种实际因素全部纳入分析的普适性最高的润滑方程；,3 摩擦学设计的研究现状与发展,国外发展现状 60年代末,英国发表Jost 的调查报告,正式提出Tribology 一词,摩擦学从此成为一门独立的学科。经典流体润滑理论已经基本成熟,研究的重点转向特殊介质和极端工况下的润滑理论；材料磨损研究已从早期的宏观现象分析转向微观机理研究；近年来国际上提出基于能量理论或材料疲劳机制的各种磨损理论,可以作为摩擦副材料选择和抗磨损设计的依据。此外,新型轴承和动密封装置的结构;新型材料与表面热处理技术;新型润滑材料与添加剂等方面的研究均有较大的进展。,3 摩擦学设计的研究现状与发展,国内发展现状 从1956 年至今,摩擦学受到广泛的重视,现已初步拥有一批研究设备和手段配套的基地,并形成一支训练有素的研究队伍,同时在清华大学等单位已成立摩擦学国家重点实验室。在理论研究方面,我国润滑理论研究具有相当高的学术水平,其中弹流润滑理论、滑动轴承静动态性能与系统稳定性以及动静压混合轴承等方面的研究已经达到或接近国际先进水平。和国外相比,我国机械产品普遍存在能耗高和磨损寿命低的缺点,基础件的质量在总体上和国外先进水平还存在很大的差距。,3 摩擦学设计的研究现状与发展,发展趋势,4 摩擦学设计的应用,在机械工业方面的应用,一是基础件开发:主要有滚动轴承、滑动轴承、螺旋和传动件(齿轮、蜗轮、链、无级变速器、减速器等)等;,二是产品开发:主要有铁路车辆、内燃机、汽车、农机、矿山机械、冶炼设备和发电设备等。,4 摩擦学设计的应用,颗粒摩擦学研究应用于粉末冶金、陶瓷等的成形工艺,以及颗粒物质(如粮食、煤粉等)堆积和输送,水土流失,海岸和堤坝建设等；生态摩擦学研究可生物降解的绿色润滑材料,代替含多种有害元素的以矿物油为基础的润滑油添加剂;开发不含石棉而性能优异的摩阻材料;研制不含氯的制冷设备用润滑材料；仿生技术与生物摩擦学应用于人造关节研制、血液流变性能测定和牙齿磨损。,参考文献,1温诗铸.机械学发展战略研究M.北京:清华大学出版社,2003.2刘正林.摩擦学原理M.北京：高等教育出版社，2009.3温诗铸.我国摩擦学研究的现状与发展J.机械工程学 报,2004,40（11):2-6.4纪平.现代摩擦学设计的方法研究、关键技术及发展趋势J.中国机械工程，2005,10（8）：131-142.5滕启，等.试论摩擦学设计技术J.北京机械工业学院学报，2000,15（4）:11-15.6刘力红，高青鹏.机械设计中的摩擦学设计J.科技信息，2004，43（10）：142-149.7刘焜，焦明华.机械产品创新与摩擦学设计J.合肥工业大学 学报2005,28(9):899-995.8曹仁涛.新型机械设计方法浅析J.机械制造与自动化,2013，42（5）：36-39.,Thank You!,