文档介绍：Chapter2 船机零件的磨损
§2-1 摩擦(Friction)
摩擦磨损是船机零件的故障模式之一,是影响船舶机器正常运转和船舶安全航行的主要因素。
据资料介绍:世界能源的1/3~1/2是以不同形式消耗在克服机械零件对偶表面相互作用的摩擦上。对于船用柴油机来说,目前无论是二冲程的低速机还是四冲程的中速机,燃油消耗率已降至163 g/(kW·h)左右,热效率达到50 %以上,但能量消耗在运动副的摩擦上约占10 %左右。
摩擦磨损→故障→能源浪费→必须重视
1 摩擦表面的性质
(Surface Layer morphology)和表示方法
外圆表面粗车会使表面产生100μm~25μm的粗糙度,~。
零件表面的几何形态称为表面形貌。零件表面形貌分为
宏观几何形状、表面波度和粗糙度(微观几何形状)三部分。
宏观几何形状——宏观所见表面的轮廓线产生偏离名义几何形状的粗大偏差;
表面波度——形成周期性的波状表面峰和谷,是由于机床加工系统振动的结果,为介于形状误差与粗糙度之间的误差;
粗糙度——表面轮廓微观几何形状误差。
实际表面与理想表面存在一定的几何形状误差,表现在两个方面:
(1)几何形状误差(宏观上):用圆度、圆柱度、平面度表示。
(2)表面微观几何形状误差:粗糙度。Ra
评定表面粗糙度的方法很多,常用的一种方法是轮廓算术平均偏差Ra,表面粗糙度分为14级。
(Surface position)
金属表面一出现,就会与空气中的各种其它起作用而形成各种膜,这些膜的结构性质对摩擦性能的影响很大。一般讲,这些膜是有益的,有利于减少摩擦磨损。
这些表面层为:污染层®气体吸附层®氧化层®加工硬化层®基体
(外表层) (内表层)
结论:
(1)实际表面是凹凸不平的;
(2)接触表面并非真正的全部接触:实际接触面积£ 名义接触面积;
(3)即使在接触点上,也可能有表面膜把金属隔开。
2 (滑动)摩擦机理(Principle)
两个接触物体在外力作用下产生相对运动(或运动趋势)时,接触表面间产生切向阻力和阻力矩以阻止运动的现象称为摩擦。阻力和阻力矩分别称为摩擦力和摩擦力矩。
对于摩擦力产生的原因有各种假说,如机械啮合说、分子机械说、粘着说等。其中粘着说较为直观,可解释许多摩擦问题,为多数人接受。
机械理论(凹凸说)1699年
产生摩擦的原因是由于表面凹凸不平的交错啮合作用而引起的。表面的粗糙度越大,摩擦力越大。
分子理论(分子说):1734年,基本观点:产生摩擦的原因是由于表面分子间的相互作用。
分子—机械理论: 1939年,认为:摩擦有两重性(分子作用和机械作用)。
粘着理论 1942年,比较公认的理论。
Bowden等人,基本观点:实际接触面积很小(名义接触面积的千分之几或万分之几)®应力大®接触点上局部应力很大,产生弹性变形;当接触点上应力达到材料的屈服极限σs时,表面膜破裂并伴有塑性变形(变形热)®粘着(称为冷焊或固相焊合)®产生滑动阻力即摩擦力。
当配合件继续运动,即在切向力作用下滑动时,冷焊点被剪断,犬牙交错的微凸体被剪切掉。随后又在新的接触点粘着,产生新的冷焊点及被剪断,直至实际接触面积增大到足以承受所加载荷为止。
摩擦过程中周围介质对摩擦表面的作用造成表面更大的磨损,例如空气中的氧会使氧化膜破碎后的裸露金属表面氧化;空气中的水、润滑油中的酸、硫分会使表面腐蚀等。
3 摩擦类型
(1)按摩擦副的运动状态分为静摩擦和动摩擦。
(2)按摩擦副的运动形式分为滑动摩擦和滚动摩擦。
(3)按摩擦表面的润滑状态分为:
纯净摩擦、干摩擦、边界摩擦、流体摩擦、混合摩擦
。
纯净摩擦(Pure Friction): 摩擦表面间没有任何吸附膜或化合物时的摩擦。
干摩擦(Dry Friction):表面既无润滑剂,又无湿气时的摩擦。
特点:摩擦系数大,~。
边界摩擦(Boundary Friction)
在摩擦副的表面间,存在一层极薄润滑膜时的摩擦,称为边界摩擦。此时的润滑油膜称为边界膜。,~。边界膜分为吸附膜和化学反应膜。
★吸附膜:物理吸附膜(不稳定)和化学吸附膜(仅仅是化学的结合,不形成新的化合物)。
★化学反应膜:可以很厚。
(2 )特点:
边界膜的厚度很小(),但仍可使摩擦系数大大降低(~)。
摩擦磨损特性不取决于润滑剂的粘度,而是取决于表面膜的特性。
(3)边界膜的减磨机理
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