武汉理工大学动力机械制造与维修课件第二部分第二章 摩擦、磨损.pptVIP

第二章 　摩　擦、磨　损(friction and wear) 根据统计大约有80％的零件都是因磨损而报废的。 只要这个零件与另外一个零件之间有接触，并且有相对运动(即有摩擦)，就不可避免的产生磨损，只能采取措施使其减小。 摩擦磨损使船舶机械性能下降，功能丧失，甚至危及船舶的安全航行。所以，研究船舶机械的摩擦磨损，寻求减少磨损的措施，达到提高船舶使用寿命的目的，是一项非常有意义的工作。 §2-1 摩擦的基本理论 1 固体的表面特性 摩擦磨损都是由固体表面之间接触作用开始的，因此固体表面特性对摩擦磨损的影响很大，在未研究摩擦之前，首先有必要了解固体的表面特性。 固体的表面特性包括： 表面粗糙度和波纹度、 表面能、化学活性、表面吸附层、氧化层或化学反应层、加工硬化层以及表面残余应力等。 1．表面形貌 从微观的角度看，任何固体表面都是不规则的，起伏不平的，即存在着粗糙度。我们通常所说的表面形貌，也就是微观粗糙度和宏观粗糙度(即波纹度) 。 表面结构中独立的单体称做微凸体。 微观粗糙度指的就是这种微凸体几何形状细节； 宏观粗糙度则表示这些单体(即微凸体)的组合。不论是微观粗糙度还是宏观粗糙度，它对两个表面的接触力学性能和摩擦磨损过程与机理的影响都极大。 2. 金属的晶体结构 金属元素中，约有90%以上的金属晶格属于以下三种晶格形式： 体心立方晶格(body centred cube lattice) 铁(α-Fe)、铬、钼、钨、钒 面心立方晶格 Face-centred cubic 铝、铜、镍、铅、金 ３. 表面能(face energy) 表面中全部分子所具有的额外势能的总和叫做表面能。它是内能的一种形式。 ４. 表面膜(face film) １）物理吸附膜： 当气体或液体与固体表面接触时，由于分子或原子相互吸引的作用力而产生的吸附叫做物理吸附。这种吸附所形成的膜叫物理吸附膜。 ２）化学吸附膜： 由于极性分子的有价电子与基体表面的电子发生交换而产生的化学的结合力，使极性分子定向排列，吸附在金属的表面上所形成的吸附膜叫做化学吸附膜。 ３）化学反应膜(chemical reaction film)： 由于润滑油中的硫、磷、氯等元素与金属表面进行化学反应，二者之间的价电子相互交换，而形成一种新的化合物膜层叫做化学反应膜。 ４）氧化膜(oxide film)： 表面氧化形成具有化学吸附性质的反应膜。除金以外氧对所有金属都能形成化学吸附反应生成氧化膜。 ５. 金属表面层的实际结构 2 固体表面的接触 (contact of solid surface) 固体间的接触面积分3种： １. 名义（几何）接触面积Ａn： 它是两接触固体几何界面的边界所确定的面积。 An＝aχb， An与所加载荷无关。 ２. 轮廓接触面积Ap： 在名义接触面积范围内，被压变形部分所形成的面积总和称为轮廓接触面 积，以Ap表示。Ap的数值取决于所施加的外载荷的大小，通常Ap(0.05—0.15)A n虚线范围内面积的综和。ＡP的大小与表面所承受的载荷有关。 ３. 真实接触面积Ar： 在AP的范围内，各微凸体实际接触点微小面积中小圈内的黑点，其直径约5—50μm)的总和称为实际接触面积，以Ar表示，一般Ar约(0.01一0.0001)An。 它只是名义（几何）接触面积的几百分之一到几万分之一。 3 摩擦理论(frictional theory) 1. 摩擦的概念 １）定义： 当两个相互接触的物体，在外力作用下产生相对运动或具有相对运动趋势时，在表面之间将产生阻止其发生相对运动或具有相对运动趋势的作用，这种现象称为摩擦。而这种阻止发生相对运动或相对运动趋势的力称为摩擦力。 ２）摩擦的种类： （１）按摩擦副表面的润滑状态分 ①干摩擦dry friction：两摩擦表面间即无润滑油又无湿气的摩擦。常指名义上无润滑的摩擦。如刹车带与轴之间的摩擦、火车车轮与铁轨的摩擦、纺织机械上的摩擦。。 ②边界摩擦(boundary friction) 两摩擦表面间存在一层极薄的润滑油膜（0.1μm）,其摩擦和磨损并不取决于润滑剂的粘度，而取决于两摩擦表面的特性和润滑剂的特性的摩擦。如齿轮轮齿表面间的摩擦即为边界摩擦。 ③液体摩擦(liquid friction) 具有体积特性的流体层隔开的两固体相对运动时的摩擦，即流体粘性引起的摩擦。因为摩擦发生在流体内部，所以磨损最小。如正常运转的曲轴与滑动轴承之间的摩擦。 ④半干摩擦semi-dry friction 指同时存在着边界摩擦和干摩擦时的摩擦。如发动机工作时，气缸上部和活塞环（特别是上死点时第一道活塞环附近）之间的摩擦。 ⑤半液体摩擦semi- liquid friction 指同时存在着边界摩擦和液体