第11章摩擦学设计-1案例.ppt

第11章 摩擦学设计(1) 　　上述分析适用于二体磨料磨损。对于三体磨料磨损，式(11-15)仍可近似地采用，只是 ka 值要低一些，因在三体磨料磨损情况下，很多磨料是在滚动而不是滑动。 　　上式是以圆锥凸峰模型为基础而推得的，没有考虑凸峰的高度分布不同的状态。材料在滑动方向的前方产生堆积，会改变接触面积；材料的弹性模量E 对磨损体积也有影响。 　　因此，可用下式算计 式中，HB 　　　　为较软材料的硬度；ka 　　　　为磨料磨损常数。对不同的磨料，ka 值不同。 (11-15) 　1. 机械零部件的典型磨损过程 　组成摩擦副的机械零部件在正常的运行条件下，其典型磨损过程一般分为三个阶段，如图11-6所示。 ?图11-6 典型磨损过程 11.2.4 机械部零件的典型磨损过程 　(1)磨合阶段（又称跑合阶段） 　如图11-6中的 O－A线段所示。 由于新的摩擦副表面具有一定的表面粗糙度，在载荷作用下，开始时实际接触面积较少，单位接触面积实际承受的载荷较大。因此，在运行初期，磨损率较快。 随着跑合过程的进行，摩擦表面粗糙峰逐渐磨平，其表面变得光滑，实际接触面积逐渐增大，磨损减缓。 (2)稳定磨损阶段 　经过磨合，摩擦表面发生加工硬化，微观几何形状改变，建立了弹性接触的条件，这时磨损稳定下来，磨损量与时间成正比增长，磨损率基本不变，如图11-6中的 A－B线段。 　　(3)剧烈磨损阶段 　　经过较长时间的稳定磨损后，摩擦条件发生较大变化，如摩擦表面间的间隙增大，表面温度过高，以及金属组织的变化等致使磨损率急剧增加。这时机械效率下降，精度降低，产生异常的噪声和振动。最后导致零件的失效。如图11-6中的 B点后的线段。 　　从磨损过程的变化来看，为了提高机器零件的使用寿命，则应尽量延长 “稳定”磨损阶段。 　　图11-7(a)是在载荷一定而改变滑动速度时，钢对钢表面的磨损量的变化和磨损形式的转化。 　　当表面滑动速度很低时，摩擦是在表面氧化膜之间进行，所以产生的磨损为氧化磨损，磨损量小。 　　图11-7列示了机械零部件磨损形式随工况条件的变化而转化的情况。 2. 磨损形式的转化 图11-7 磨损形式的转化 　　随着滑动速度增加，磨粒增大，表面出现金属光泽且变得粗糙，此时已转化为粘着磨损，磨损量也是增大。 　　当滑动速度再增大，由于温度升高，表面重新生成氧化膜，又转化氧化磨损，磨损量又变小。 　　若滑动速度继续增高，再次转化为粘着磨损，因磨损剧烈而会导致零件失效。 　　图11-7(b)所示是当滑动速度保持一定而改变载荷所得的实验结果。 　　载荷小产生氧化磨损，磨粒主要是Fe2O3； 　　当载荷达到 Wa 后，磨粒是 FeO、Fe2O3和 Fe3O4混合物； 　　当载荷超过 Wc以后，便转入危害性的粘着磨损。 　　各类机器中广泛使用着各种摩擦副。 　　在其材料选用中，不仅要求具有较好的耐磨性外，还要求具有良好的减摩性。 　　机器摩擦副工作时，在摩擦过程中具有低摩擦系数的材料称为减摩材料。不同工况，使用着不同的减摩材料。 11.3 摩擦学设计中的减摩和耐磨材料的选择 11.3.1 减摩材料的设计与选择 　对于机器摩擦副中使用的减摩材料的主要要求有如下几点： 　(1)足够的承载能力 　即要求材料具有一定的抗压强度、抗塑性变形能力和抗疲劳性能。 　(2)良好的表面性能 　即要有一定的塑性变形能力和良好的适应性、包括顺应性、嵌入性和磨合性。顺应性是指轴承材料依靠表面的弹塑性变形补偿对中误差和顺应其它几何误差的能力。嵌入性是指轴承材料嵌藏污物和外来微粒以减轻刮伤或磨料磨损轴颈的能力。磨合性是指轴承材料经短期轻载运转后能减小表面粗糙度而使轴瓦表面和轴颈表面相互吻合的性质。 　(3)良好的物理、化学性能 　即应有高的导热性和热容量，热膨胀系数小，对油膜的吸附性强，抗腐蚀性好，以利于摩擦热的导出、油膜的形成和保持。 1. 对减摩材料的要求 　各类机器中，广泛使用着轴承-轴颈、凸轮-挺杆、活塞－汽缸等摩擦副。这些摩擦副的材料均要求具有较好的减摩性和耐磨性。常用的减摩材料如下： 2. 减摩材料的选用 　　1) 巴氏合金 　　巴氏合金是由锡或铅与少量其它元素组成一种具有良好减摩性的轴瓦合金材料。现用的巴氏合金主要有如下两类： 　　(1)锡基巴氏合金 　　常用锡基巴氏合金牌号及用途见教材表11-3。 　　(2)铅基巴氏合金。 　　2) 铜基合金 　　铜基合金包括铜锡合金及铜铅合金两类。 　　铜基合金中的铜，一般采用青铜。 　　3) 铝基合金 　　铝基轴承合金导热性好，它的疲劳强度约为巴氏合金的两倍，使用温度高，承载能力强，在大