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1、边界润滑理论,边界润滑理论的机理 影响边界膜润滑性能的主要因素 爬行现象,两摩擦表面被极薄的润滑膜隔开，决定摩擦特性的是润滑剂和金属面的相互作用，处于液体润滑和干摩擦之间的一种润滑状态,边界润滑理论的机理,边界膜定义：由吸附或化学反应生成的起润滑作用的润滑膜。 边界膜由于润滑剂极压性能而形成。润滑剂的极性分子吸附在金属表面，极性分子与金属表面吸附并紧密排列，形成有一定强度的表面膜，防止材料表面微凸体相互直接接触。如图，极性分子犹如毛刷一样相互滑动。,实际上，粗糙表面微凸体的凸峰会比边 界膜的厚度大得多，仍会有一定数量的微凸 体相互接触。当摩擦界面上的载荷较大时， 相接触的微凸体处的压力将很大从
2、而导致边 界膜破裂，发生基体金属直接接触而产生粘 着摩擦，（如图所示）此时的摩擦力将由表 面微凸体处的粘着剪切阻力和边界层极性分 子的剪切阻力两部分构成。,载荷F是通过接触的微凸体和边界膜来承担。实际接触面积以A表示，摩擦力为：,边界润滑状态下的摩擦系数可以表示为：,边界膜,边界膜形成机理：润滑剂和固体表面相互作用 物理吸附作用 化学吸附作用 化学反应作用 边界膜的几个概念,生成边界膜的方法：在润滑油中加入油性添加剂或极压添加剂。,物理吸附作用 润滑剂分子由分子吸引力紧贴在金属表面而形成。 物理吸附作用的熔点低，受热易解吸，方向散乱乃至薄膜熔化，只能在低速、轻载的工况下工作。,化学吸附作用 润
3、滑剂分子受化学离子键的作用而帖附在金属表面。有较高的吸附热，不可逆，比较稳定。熔点高 在中等载荷、中等速度和下工作,化学反应膜 添加剂在高温下与金属起化学反应，形 成硫、氯、磷等化合物膜。 厚度很大，不可逆，高熔点，更稳定。 可在高速、重载和高温的下工作。,边界膜的强度 边界膜在一定工作条件下抵抗破裂的能力。用 临界pv 值、临界温度或临界摩擦次数表示 临界pv 值在正常边界润滑的条件下，当速度一 定、逐步加载或载荷一定、逐步增大速度，在载荷 或速度增到某一值后、边界膜强度达到极限值时的 pv值称为临界pv 值 临界温度温度达到使润滑剂发生聚合和分解， 边界膜完全破裂时的温度； 临界摩擦次数边
4、界膜达到失效时所重复的摩擦 次数。,影响边界膜润滑性能的主要因素,分子结构的影响 温度的影响 速度的影响 载荷的影响 表面粗糙度的影响,（一）分子结构的影响 研究表明，分子链长度、极性基团和分子膜的层数 对边界膜的润滑性能有明显影响。一般情况下，分子链 增长、末端基团的极性强以及分子膜的层数增加时，摩 擦系数就下降。 （二）温度的影响 边界润滑中，各种吸附膜都只能在一定温度范围内 起作用，超过此温度范围，吸附膜就会脱解吸附，导致 润滑失效，摩擦系数和磨损就迅速增大。 物理吸附膜的摩擦系数随温度升高而增大，其临界 温度相当于润滑剂本身的熔点。,化学吸附膜的摩擦系数在一定温度范围内无很大 变化，直
5、到临界温度才突然增大，其临界温度大体上 相当于膜的熔化温度。 温度低时，不形成化学反应膜。高温下，才能形 成化学反应膜。 （三）速度的影响 在平稳的摩擦情况下，大约在0.0012cm/s的范 围内，摩擦系数不受速度影响而保持定值。只有在速 度很低时，即在静摩擦向动摩擦过渡的速度范围内， 对于吸附膜，其摩擦系数随速度增加而下降，下降到 某一值后，随着速度增加，摩擦系数几乎保持常值； 对于反应膜，则其摩擦系数随速度增大而增大，增大 到某一值后，持续地保持某一定值。,（四）载荷的影响 当载荷不大时，吸附膜的摩擦系数不受载荷的 影响，保持一定值。但当载荷增大到能使吸附膜解 脱吸附，局部地方发生破裂时，
6、摩擦和磨损都将急 剧上升。因此，载荷对边界润滑的影响主要表现为 使边界润滑剂的临界温度降低。研究表明，当载荷 增加时，临界温度将下降。对于反应膜，在一般载 荷下影响不明显，只有在极高的压力下，才能有效 地降低摩擦系数，减少磨损。 （五）表面粗糙度的影响 随着表面粗糙度的增大，摩擦系数增大，边界 膜的临界温度下降。但是，表面粗糙度太小，润滑 情况将反会恶化而出现磨损。这是因为表面上适当 的微观起伏可以作为润滑剂的“储油点”之故。,“爬行”现象,“爬行”现象的概念 “爬行现象”的机械模型 “爬行”现象的直观解释 “爬行”现象的微观解释 消除“爬行”现象的措施和方法,什么是爬行现象？ 机器设备的运动
7、副在低速运动时，虽然其驱动 速度和载荷保持恒定，然而其运动却呈现明显的周 期性跳跃现象，称之为“爬行”或“粘滑”现象。影响运动平稳性和精度，加工工件的质量。 “爬行现象”的机械模型 如图所示，一重量为F的滑块压在一水平板上， 平板又放置在一固定平台的基面上，滑块被一个弹 簧K和一个粘性阻尼器C所约束。假定平板与固定平 台之间没有摩擦力,运动时，一部分能量储存在弹簧中，另一部分消耗于粘性阻尼器。弹簧不足以克服静摩擦力滑块不动。继续拉动达临界状态克服静摩擦力开始运动。静摩擦动摩擦，弹簧能量释放滑块恢复静止。 如此重复进行下去，形成的摩擦阻力和位移随时间的阶梯形变化趋势。,爬行现象的直观解释,摩擦振动问题,前提：滑动中存在下降的摩擦系数/速度特性曲线,运动模型：,在B点：摩擦系数为 f = f0 - KBV,相对速度：,这里：,当：KB / W,则：K30，产生自激振动,如：粉笔在黑板上划 铸铁车轮刹车在近停止时，振动加剧，采用f/V变化小的材料,爬行现象的微观解释 粘接的微凸体变形剪断 消除爬行现象的原则措施 减小静、动摩擦系数差，提高系统刚度和阻尼系数 消除爬行现象的具体办法 1）可靠润滑膜,2）提高传动链刚度 3）合理择材：较低的摩擦系数，对速度不敏感 4）增加系统的阻振性能。,