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润滑与摩擦机理
 润滑与摩擦的关系密切。摩擦的类别取决于摩擦条件,从润滑观点来讲,常按摩擦面之间有无润滑材料及润滑剂的存在状态来分类。可分为干摩擦、边界摩擦、液体摩擦和混合摩擦。润滑机理与这些不同的摩擦状态相关联。
  1. 干摩擦
  摩擦面之间没有润滑剂存在时发生的摩擦,称为干摩擦。
  干摩擦的发生有许多理论解释,常用的是所谓“粘着—机械啮合”学说。由于物体之间摩擦面的微观状态是凹凸不平的,摩擦面之间的接触不发生在整个接触面上,摩擦只是发生在摩擦面之间凸峰与凸峰正好相对的地方,物体之间的正压力实际上只由占摩擦面很小部分的实际接触面积承受。由于这些凸峰与凸峰相接触的点受到相当大的压力而产生塑性变形,出现了粘着现象,使凸峰与凸峰就好像被“熔焊”在一起。当物体做相对运动时,为了将这些“熔焊”在一起的点撕裂所需要的力,就构成了摩擦力的主要部分。此外,还存在着一个摩擦面上的凸峰正好嵌入另一个摩擦面上的凹谷的情况,当物体做相对运动时,将产生机械啮合阻力,这是摩擦力的又一个来源。因而物体之间发生干摩擦时,其摩擦力是“熔焊”点造成 的粘着阻力与“凹凸体”机械啮合阻力之和。
  从设备的润滑观点来讲,干摩擦是有害的,主要表现在能量的损失(如转为热能)和机件的磨损上(如温度升高导致材料表面抗磨性及强度降低同时有磨屑的产生)。
  2. 边界摩擦
  边界摩擦亦称为边界润滑,是指物体之间摩擦面上存在一层由润滑剂构成的边界膜发生的摩擦。
  边界膜的性质是影响边界摩擦的主要因素,按其形成方式,可分为吸附膜和反应膜两类。吸附膜是通过物理因素(分子吸引)或化学因素(电子交换产生的化学结合力),使润滑剂中的极性分子产生定向排列形成的一层膜。
  反应膜则是由含硫、磷、氯等元素的润滑油添加剂与摩擦表面起化学反应,所生成的新的物 质而构成的一层膜。在边界润滑作用比较充分,即形成的分子栅有较大的承载能力和长度时,摩擦仅发生在边界膜之间,摩擦系数仅与摩擦面的性质(材质、几何形状等)和润滑剂的油性有关,也就是说摩擦系数与摩擦面润滑剂之间形成极性分子栅的能力和分子栅本身的承载能力有关,而与润滑油的粘度大小无关。当边界润滑作用较差时,某些部位的边界膜被破 坏,造成摩擦面的直接接触,从而形成干摩擦,使摩擦系数增大。
  吸附膜的稳定性较差,在一定温度下,定向排列的极性分子会因热运动而变得杂乱无章,甚至从摩擦面上脱落下来,使得吸附膜失去承载能力,润滑作用大大减小。反应膜较吸附膜稳 定得多,因为在高温下化学反应的速度加快,更有利于生成新的物质来加强反应膜,所以反应膜适于重载、低速和高温的条件。但是生成反应膜时,一般伴随着对金属有腐蚀性。
  3. 液体摩擦
  液体摩擦亦称为液体润滑,当物体之间的接触面被润滑油膜完全隔开时,物体相对运动所产生的摩擦叫液体摩擦。
  液体摩擦时,物体之间的摩擦面没有直接接触,其间除了边界润滑膜外,还有流动油膜。因此摩擦仅发生在润滑油之间,运动阻力仅由润滑油分子间的吸引力(内聚力)形成,因而摩擦系数很小,一般在0.01~0.001的范围内。
  4. 混合摩擦
  混合摩擦亦称为混合润滑,是属于一种不稳定的润滑。它既存在着润滑油粘度所产生的粘滞阻力,也存在着金属表面微凸体接触所产生的摩擦阻力。实际上它是指上述三种摩擦中有两种摩擦同时存在的情形,可分为半干摩擦和半液体摩擦。
  半干摩擦是指干摩擦和边界摩擦同时存在的情形,不充分的边界摩擦将导致半干摩擦。
  半液体摩擦是液体摩擦和边界摩擦同时存在的情形,不充分的液体摩擦会导致半液体摩擦。工业设备经常处于混合摩擦状况。
2007-10-18  
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