Chapter2 船机零件的磨损.docVIP

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 1.1摩擦表面的形貌（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，抛光或超精研磨加工产生0.1μm～0.012μm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。 1.2表面层的结构（Surface Layer Composition） 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。 2.1 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。 2.2 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。 2.3 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）。 2.4 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。 3.1 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。 3.2 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，0.1～1.5。 3.3 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。边界油膜的厚度约为0.01μm，摩擦系数为0.05～0.5。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（0.1微米），但仍可使摩擦系数大大降低（0.05～0.5）。 摩擦磨损特性不取决于润滑剂的粘度，而是取决于表