润滑、摩擦与磨损的基本概念
一、设备润滑的基本概念和作用
1、基本概念
设备的润滑管理是指对企业设备的润滑工作，进行全面合理的组织和监督，按技术规范的要求，实现设备的合理润滑和节约用油，使设备正常安全的运行。它包括：建立和健全润滑管理的组织，制定并贯彻各项润滑管理工作制度，实施润滑“五定”，开展润滑工作的计划与定额管理，强化润滑状态的技术检查以及认真做好废油的回收与再生利用等。
2、设备润滑管理的作用
搞好设备润滑的关键是抓好设备润滑的管理工作。机械设备的使用过程，既是其生产产品、创造利润的过程，也是其自身磨损消耗的过程。无数事实证明，磨损是机械设备失效最主要的原因之一。
现代机械设备向着高度自动化、高精度、高生产率方向发展，保持其良好的润滑条件是其正常运转的基本条件。
设备润滑工作是设备管理和维护工作中极其重要的组成部分和关键环节。合理地润滑设备，可以使设备经常处于良好的润滑状态。相反，设备润滑不良，将会导致设备出现故障，甚至破坏设备的精度和性能。
二、摩擦与磨损的基本概念1、摩擦和磨损的基本定义
阻止两物体接触表面作相对切向运动的现象叫摩擦。固体摩擦表面上物质不断损耗的过程叫磨损。
磨损表现为物体尺寸和（或）形状的改变，一般还伴随着表面质量的变化。磨损是伴随摩擦而产生的必然结果，是诸多因素相互影响的复杂过程。目前研究摩擦、磨损和润滑及其应用已形成一门新的学科一摩擦学，开始对磨损进行较为深入的研究，但关于磨损的机理目前还研究得不够深透。
2、研究摩擦与磨损有着重大的意义。
有人估计，消耗在磨损上的能源约占世界能源消耗量的13，大约有80%的损坏零件是由于磨损造成的。磨损不仅是材料消耗的主要原因，也是设备技术状态变坏和影响设备寿命的重要因素。尤其是现代设备对生产和企业经营效果的影响日益扩大，因此，对磨损的研究引起了人们的极大注意。据资料介绍，英国工业界由于推广应用摩擦学成果，每年可节约5亿英镑以上。
三、摩擦的分类
摩擦可根据摩擦副的运动状态、运动形式和表面润滑状态进行分类，摩擦的类型及特点如下：
1、按运动状态可分为静摩擦和动摩擦
（1）静摩擦特点：一物体沿另一物体表面，只有相对运动的趋势；静摩擦力随外力变化而变化；当外力克服最大静摩擦力时，物体才开始宏观运动。
（2）动摩擦特点：物体沿另一物体表面有相对运动时的摩擦
2、按运动形式可分为滑动摩擦和滚动摩擦
（1）滑动摩擦：两接触物体之间的动摩擦，其接触表面上切向速度的大小和方向不同
（2）滚动摩擦：两接触物体之间的动摩擦，其接触表面上至少有一点切向速度的大小和方向均相同。
3、按润滑状态可分为干摩擦、边界摩擦、液体摩擦和混合摩擦
（1）干摩擦：物体接触表面无任何润滑剂存在时的摩擦，它的摩擦因数极大。
（2）边界摩擦：两物体表面被一层具有层结构和润滑性能的、极薄的边界膜分开的摩擦。
（3）流体摩擦：两物体表面完全被润滑剂膜隔开时的摩擦，摩擦发生在界面间的润滑剂内部，摩擦因数最小。
（4）混合摩擦：摩擦表面上同时存在着干摩擦和边界摩擦，或同时存在流体摩擦，或同时存在流体摩擦和边界摩擦的总称。
四、摩擦的实质
在机械中互相接触并有相对运动的两个构件称“运动副”或“摩擦副”。两固体表面直接接触时，由于各自表面实际上只有凸峰相互接触，接触面积很小。当在正压力作用下作相对切向运动时，将出现下列情况：
1、在正压力作用下，各凸峰的接触点处产生很大的接触应力，对塑性材料来说即引起塑性变形，造成表面膜破坏。同时，在塑性变形后的再结晶中有可能由两表面的金属共同形成新生晶格。在此情况下，这些接触点处便产生粘着结合，当它们作相对运动时，将这些粘着点撕脱或剪断，这时所需要的作用即是摩擦力。
2、当两物体的材料硬度相差很大，硬质材料的凸峰便会嵌入到软的材料中去。它们作相对运动时，硬的凸峰就会在软的材料上切削出沟槽，因而摩擦力以切削阻力的形式出现。
3、两物体的实际接触表面由于紧密相连接，会产生分子引力。相对运动时还必须克服此分子引力的作用。
以上这些构成了摩擦力的产生基础，它们是摩擦现象的实质。
五、摩擦的机理
1、摩擦机理主要相关理论
摩擦现象的机理尚未形成统一的理论，目前几种主要理论是：
（1）机械理论摩擦过程中，由于表面存在一定的粗糙度，凹凸不平处互相产生啮合力。
（2）分子理论当分子间接近到一定距离时，会产生吸引力。所以，在表面粗糙时，随着表面粗糙度下降，摩擦减少；而表面粗糙度很小时，摩擦反而加大。这一点机械理论解释不了。
（3）粘着理论接触表面在载荷作用下，某些接触点会产生很大的单位压力和局部高温，从而发生粘着，运动中又被剪断（撕开）而产生运动的阻力。
（4）能量理论大部分摩擦能量消耗于表面的弹性和塑性变形、凸峰的断裂、粘着与撕开，大部分表现为热能，其次是发光、辐射、振动、噪声及化学反应等一系列能量消耗现象。能量平衡理论是从综合的观点，从摩擦学系统的概念出发来分析摩擦过程。影响能量平衡的因素有材料、载荷、工作介质的物理和化学性质，以及摩擦路程等。
2、影响摩擦的主要因素
影响摩擦的因素主要有材料、载荷、速度、温度、表面粗糙度、表面膜（氧化膜、气体或液体吸附膜等)等。
由于设备高参数化，逐渐引起人们对特殊工况下摩擦副的研究兴趣。摩擦副处于高温、低温、高速、真空等特殊条件下工作，其摩擦就具有某些特殊性。
六、磨损的实质1、磨损是物体在摩擦中相互作用的结果
零件的工作表面在摩擦时会产生磨损。在磨损过程中，零件不仅改变外形和尺寸，从摩擦表面上分离出材料颗粒，或在表面上产生残留变形，而且还会发生各种物理、化学和机械的现象。
摩擦表面的粗糙不平，相互接触时的相互作用，形成了不同的摩擦边界点，导致表面微观体积的变化和破坏，造成表面的磨损。摩擦连接不断产生消失，以及从一种连接变换为另一种，对磨损过程有重要影响。
表面摩擦连接多次的重复作用使表面上的材料产生疲劳裂纹和微观鳞状物，并以颗粒的形式脱落下来。润滑剂的作用、氧化反应和摩擦热效应等都会影响疲劳过程的进展。
2、磨损使摩擦表面发生变化
摩擦时，零件表面微观凹凸不平的相互接触处会发生弹性或塑性变形。它会产生和伴随一连串派生的物理、化学和力学变化，主要有热的作用、氧化作用、机械作用、疲劳作用和吸附现象，从而导致材料的磨损。
(1)表面微观裂纹的生成及其破坏作用表面材料受到重复性的机械作用和热应力作用而出现微观裂纹，并向内部延伸，在某个深度处又连接起来，最终导致材料从表面上脱落下来。
(2)化学反应过程材料表面会与空气周围介质形成氧化物和其它化合物，还会和从润滑油和材料中分离出来的原子氢相作用而变脆。这些化学作用使材料表面层的性质和主体金属的性质大不相同。
(3)润滑剂的作用在很多情况下润滑剂决定着磨损的程度。它除了减少摩擦和降低磨损的作用外，有时润滑油渗入材料的微观裂纹中，在挤压作用下促使裂纹扩大，使表面材料破裂脱落。
(4)摩擦表面间材料的转移摩擦时，材料从一个表面转移到另一个表面，通常是塑性大的材料由于分子的粘着和涂抹作用而转移到较硬的材料上去。转移材料的脱落就是磨损。这是由于摩擦温度升高，金属软化、融熔、粘附、转移造成的结果。
七、磨损的规律
试验结果表明，机械零件的正常磨损过程大致可分为三个阶段，如图5-1所示。图中的曲线称为磨损特性曲线，表示磨损量随着时间的增长而变化的规律。
1、磨合磨损阶段（又称跑合阶段）
零件加工后的表面较粗糙，使用初期，由于机械摩擦磨损及其产生的微粒造成的磨料磨损，而使磨损十分迅速，表面粗糙度减少，实际接触面积不断增加，单位面积压力减少，达到B点时，正常工作条件已经形成。这一阶段应注意磨合规范，选择合适的负荷、转速、润滑剂，经数小时或更长的时间，跑合完成后，应当清洗换油。
图1典型磨损过程
2、正常磨损阶段（又称稳定磨损阶段、工作磨损阶段）
图中的BC段基本是一直线，一般情况下其斜率不大。这是因为在前一阶段的基础上，建立了弹性接触的条件，这时磨损已经稳定下来，磨损量与时间成正比增加，磨损速度较小，持续时间较长，是零件的正常使用期限。为减少磨损，延长零件使用寿命，这期间要做到合理使用和正确地维护保养，尤其是合理地润滑，建立、健全和严格遵守设备的操作规程。这一阶段的后期磨损进程相对加快。
3、急剧磨损阶段（又称强烈磨损阶段）
当磨损阶段达到C点以后，磨损的速度开始变大，因为此时零件的几何形状改变，表面质量变坏，间隙增大，零件润滑条件随之变坏，运转时出现附加的冲击载荷、振动的噪声，温度升高，与前面变坏了的条件形成恶性循环，这一阶段容易发生故障和事故，最后导致零件完全失效。因此，这阶段要及时控制，采取合理的修理措施和监测手段，防止设备精度和效率显著地下降，注意由于磨损条件恶化而破坏贵重复杂的重要零部件。
研究零件的磨损规律，掌握各种零部件磨损的特点，以制定合理的维修策略和修理计划。
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