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      摩擦與磨損
      各類機器在工作時,其各零件相對運動的接觸部分都存在著摩擦摩擦是機器運轉過程中不可避免的物理現象。摩擦不僅消耗能量,而且使零件發生磨損,甚至導致零件失效。據統計,世界上1/3—1/2的能源消耗在摩擦上,而各種機械零件因磨損失效的也占全部失效零件的一半以上。磨損是摩擦的結果,潤滑則是減少摩擦和磨損的有力措施,這三者是相互聯系不可分割的。

      .1摩擦及其分類
          在外力作用下,一物體相對于另一物體運動或有運動趨勢時,兩物體接觸面間產生的阻礙物體運動的切向阻力稱為摩擦力。這種在兩物體接觸區產生阻礙運動井消耗能量的現象,稱為摩擦。摩擦會造成能量損耗和零件磨損,在一般情況下是有害的,因此應盡量減少摩擦。但有些情況下卻要利用摩擦工作,如帶傳動,摩擦制動器等。
      根據摩擦副表面問的潤滑狀態將摩擦狀態分為四種:干摩擦、液體摩擦、邊界摩擦和混合摩擦(如圖所示)。

      1.干摩擦
          如果兩物體的滑動表面為尤任何潤滑劑或保護膜的純金屬,這兩個物體直接接觸時的摩擦稱為干摩擦,如圖所示。干摩擦狀態產生較大的摩擦功耗及嚴重的磨損,因此應嚴禁出現這種摩擦。
      2.液體摩擦
          兩摩擦表面不直接接觸,被油膜(油膜厚度一般在1.5——2μm以上)隔開的摩擦稱為液體摩擦,如圖所示。
      3.邊界摩擦
          兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜(油膜厚度小于1μm)隔開,使其處于干摩擦與液體摩擦之間的狀態,這種摩擦稱為邊界摩擦,如圖所示。
      4.混合摩擦
          在實踐中有很多摩擦副處于干摩擦、液體摩擦與邊界摩擦的混合狀態,稱為混合摩擦,如圖所示。
          由于液體摩擦、邊界摩擦、混合摩擦都必須在一定的潤滑條件下才能實現,因此這三種摩擦又分別稱為液體潤滑、邊界潤滑和混合潤滑。

      2磨損及其過程
          運動副之間的摩擦將導致零件表面材料的逐漸損失,這種現象稱為磨損。單位時間內材料的磨損量稱為磨損率。磨損量可以用體積、質量或厚度來衡量。
          機械零件嚴重磨損后,將降低機器的工作效率和可靠性,使機器提早報廢。因此,預先考慮如何避免或減輕磨損,是設計、使用、維護機器的一項重要內容。但另一方面,磨損也并非全都是有害的,工程上常利用磨損的原理來減小零件表面的粗糙度,如磨削、研磨、拋光、跑合等。
          在機械的正常運轉中,磨損過程大致可分為以下三個階段。
      1.跑合(磨合)磨損階段
          在這一階段中,磨損速度由快變慢,而后逐漸減小到一穩定值。這是由于新加工的零件表面呈尖峰狀態,使運轉初期摩擦副的實際接觸面積較小,單位接觸面積上的壓力較大,因而磨損速度較快,如圖中磨損曲線的oa段。
          跑合磨損到一定程度后,尖峰逐漸被磨平,磨損速度即逐漸減慢。
      2.穩定磨損階段
          在這一階段中磨損緩慢、磨損率穩定,零件以平穩而緩慢的磨損速度進入零件正常工作階段,如圖中的ab段。這個階段的長短即代表零件使用壽命的長短,磨損曲線的斜率即為磨損率,斜率愈小磨損率就愈低,零件的使用壽命就愈長。經此磨損階段后零件進入劇烈磨損階段。
      3.劇烈磨損階段
          此階段的特征是磨損速度及磨損率都急劇增大。當工作表面的總磨損量超過機械正常運轉要求的某一允許值后,摩擦副的間隙增大,零件的磨損加劇,精度下降,潤滑狀態惡化,溫度升高,從而產生振動、沖擊和噪聲,導致零件迅速失效,如圖中的bc段。
          上述磨損過程中的三個階段,是一般機械設備運轉過程中都存在的。必須指出的是,在跑
      合階段結束后應清洗零件,更換潤滑油,這樣才能正常地進入穩定磨損階段。

      .3磨損分類
          按照磨損的機理以及零件表面磨損狀態的不同,一般工況下把磨損分為磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損等。
      1.磨粒磨損
          由于摩擦表面上的硬質突出物或從外部進入摩擦表面的硬質顆粒,對摩擦表面起到切削或刮擦作用,從而引起表層材料脫落的現象,稱為磨粒磨損。這種磨損是最常見的一種磨損形式,應設法減輕這種磨損。為減輕磨粒磨損,除注童滿足潤滑條件外,還應合理地選擇摩擦副的材料,降低表面粗糙度值以及加裝防護密封裝置等。
      2.粘著磨損
          當摩擦副受到較大正壓力作用時,由于表面不平,其頂峰接觸點受到高壓力作用而產生彈、塑性變形,附在摩擦表面的吸附膜破裂、溫升后使金屑的頂峰塑性面牢固地粘著并熔焊在一起,形成冷焊結點。在兩摩擦表面相對滑動時,材料便從一個表面轉移到另一個表面,成為表面凸起,促使摩擦表面進一步磨損。這種由于粘著作用引起的磨損,稱為粘著磨損。
          粘著磨損按程度不同可分為五級:輕微磨損、涂抹、擦傷、撕脫、咬死。如氣缸套與活塞環、曲軸與軸瓦、輪齒嚙合表面等,皆可能出現不同粘著程度的磨損。涂抹、擦傷、撕脫又稱為膠合,往往發生于高速、重載的場合。
            合理地選擇配對材料(如選擇異種金屬),采用表面處理(如表面熱處理、噴鍍、化學處理等),限制摩擦表面的溫度,控制壓強及采用含有油性極壓添加劑的潤滑劑等,都可減輕粘
      著磨損。
      3.疲勞磨損(點蝕)
            兩摩擦表面為點或線接觸時,由于局部的彈性變形形成了小的接觸區。這些小的接觸區形成的摩擦副如果受變化接觸應力的作用,則在其反復作用下,表層將產生裂紋。隨著裂紋的擴展與相互連接.表層金屬脫落,形成許多月牙形的淺坑.這種現象稱為疲勞磨損,也稱點蝕。
            合理地選擇材料及材料的硬度(硬度高則抗疲勞磨損能力強),選擇粘度高的潤滑油,加入極壓添加劑及減小摩擦面的粗糙度值等,可以提高抗疲勞磨損的能力。
      4.腐蝕磨損
            在摩擦過程中,摩擦面與周圍介質發生化學或電化學反應而產生物質損失的現象,稱為腐蝕磨損。腐蝕磨損可分為氧化磨損、特殊介質腐蝕磨損、氣蝕磨損等。腐蝕也可以在沒有摩擦的條件下形成,這種情況常發生于鋼鐵類零件,如化工管道、泵類零件、柴油機缸套等。
            應該指出的是,實際上大多數磨損是以上述四種磨損形式的復合形式出現的。

      2007/11/9  
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