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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(zhuǎn)過程中不可避免的物理現(xiàn)象。摩擦不僅消耗能量，而且使零件發(fā)生磨損，甚至導(dǎo)致零件失效。據(jù)統(tǒng)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(jié)果，潤滑則是減少摩擦和磨損的有力措施，這三者是相互聯(lián)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(chǎn)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(qū)產(chǎn)生阻礙運動井消耗能量的現(xiàn)象，稱為摩擦。摩擦?xí)斐赡芰繐p耗和零件磨損，在一般情況下是有害的，因此應(yīng)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(jù)摩擦副表面問的潤滑狀態(tài)將摩擦狀態(tài)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(tài)產(chǎn)生較大的摩擦功耗及嚴(yán)重的磨損，因此應(yīng)嚴(yán)禁出現(xiàn)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(tài)，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(tài)，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(xiàn)，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(dǎo)致零件表面材料的逐漸損失，這種現(xiàn)象稱為磨損。單位時間內(nèi)材料的磨損量稱為磨損率。磨損量可以用體積、質(zhì)量或厚度來衡量。
機械零件嚴(yán)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(yù)先考慮如何避免或減輕磨損，是設(shè)計、使用、維護機器的一項重要內(nèi)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(zhuǎn)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(wěn)定值。這是由于新加工的零件表面呈尖峰狀態(tài)，使運轉(zhuǎn)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(wěn)定磨損階段
在這一階段中磨損緩慢、磨損率穩(wěn)定，零件以平穩(wěn)而緩慢的磨損速度進(jìn)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(jīng)此磨損階段后零件進(jìn)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(dāng)工作表面的總磨損量超過機械正常運轉(zhuǎn)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(tài)惡化，溫度升高，從而產(chǎn)生振動、沖擊和噪聲，導(dǎo)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(shè)備運轉(zhuǎn)過程中都存在的。必須指出的是，在跑
合階段結(jié)束后應(yīng)清洗零件，更換潤滑油，這樣才能正常地進(jìn)入穩(wěn)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(tài)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(zhì)突出物或從外部進(jìn)入摩擦表面的硬質(zhì)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(xiàn)象，稱為磨粒磨損。這種磨損是最常見的一種磨損形式，應(yīng)設(shè)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(yīng)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(dāng)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(chǎn)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(jié)點。在兩摩擦表面相對滑動時，材料便從一個表面轉(zhuǎn)移到另一個表面，成為表面凸起，促使摩擦表面進(jìn)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(huán)、曲軸與軸瓦、輪齒嚙合表面等，皆可能出現(xiàn)不同粘著程度的磨損。涂抹、擦傷、撕脫又稱為膠合，往往發(fā)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(xué)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(qū)。這些小的接觸區(qū)形成的摩擦副如果受變化接觸應(yīng)力的作用，則在其反復(fù)作用下，表層將產(chǎn)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(xiàn)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(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生物質(zhì)損失的現(xiàn)象，稱為腐蝕磨損。腐蝕磨損可分為氧化磨損、特殊介質(zhì)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(fā)生于鋼鐵類零件，如化工管道、泵類零件、柴油機缸套等。
應(yīng)該指出的是，實際上大多數(shù)磨損是以上述四種磨損形式的復(fù)合形式出現(xiàn)的。
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| 2007/11/9 |
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