磨损理论得发展.ppt

齿轮磨损修复及机器人仿真 ----机械设计及理论 ----赵鑫 一、选题的意义 磨损的现象是人尽皆知的，两个相互接触或者是相互运动的物体，都会有不同程度的摩擦发生，有摩擦发生就会有磨损现象发生。根据数据的显示，将近于一半的能源消耗与摩擦和磨损。据美国1975年统计，美国由于腐蚀与磨损而造成的损失每年高达700亿美元。英国1966年著名的约斯特报告称“英国由于磨损而造成的损失高达600亿英镑”。同样，中国每年用于金属表面处理的维修费用，也是十分惊人的。这些损失的形成，45%为磨损，23%为腐蚀，14%为热损坏，18%为其它。从这些比例可以看出，钢铁企业内由于磨损、腐蚀、热损坏等表面破坏比例是相当大的，因此，世界各国各行业对工件的表面处理、强化及修复工艺相当重视。 一、选题的意义 机械传动中的齿轮直径达数米以上，例如武钢轧板厂四辊轧机，轧机主传动经传动箱人字齿轮轴分配，整体外形尺寸为长5335mm、宽1900mm、高3000mm。这样的齿轮轴按照当年的造价，直接制造费用为260万元以上，可谓是天价。采用技术修复的总费用为33万元，创直接经济效益为220万元以上。这样的例子是举不胜数，水利、水电、冶金、矿山等行业的一些重要设备零件特别是大型齿轮处，由于其载荷大、受力状况复杂、润滑状况不好、工作环境恶劣，齿轮表面的磨损更是严重，有时候就是往往因为一个齿的磨损或断裂就造成了整个零件的报废甚至是整套设备的瘫痪，这其中的经济损失是我们难以预料的。 一、选题的意义 该课题的研究就是基于上述的主要原因而提出的，该项目的提出即符合了国家节能减排的方针要求，又满足了工厂的生产利益要求，可谓是一举多得。 二 、 国内外研究综述 磨损理论的研究开始的相对较晚，20世纪50年代初期，美国的科学家阿查德，提出了粘着磨损的理论，该理论认为，摩擦副表面相对滑动时，由于粘着效应使粘着结点剪切断裂，从而造成材料上有许多微体积脱落。阿查德假定磨粒为半球形，其半径等于接触斑点的半径，并由此建立磨损计算公式。该公式至今仍是磨损研究领域的经典公式之一，被广泛地应用于摩擦副的分析和计算中。 1957年，前苏联的H.B.克拉盖尔斯基提出了固体疲劳磨损理论，该理论认为，一个物体的摩擦面发生了破坏，必须多次施加摩擦，这些作用的次数可根据应力状态在定量上加以表示。并根据这一理论对许多摩擦副，如齿轮传动、凸轮机构、汽车轮胎等建立工程用的磨损计算方法。 二 、 国内外研究综述 20世纪70年代初期，Sun提出了金属剥削层理论，该理论认为在摩擦过程中，剪切变形不断积累，是表面下一定深度出现位错堆积，进而导致裂纹或空穴，由于平行表面的正应力组织裂纹向正方向延伸，使得裂纹在一定深度沿平行表面的方向扩展最终导致片状磨屑的生成。该理论已被证实是比较完整的一种磨损理论，可以解释许多磨损现象。 同年，Fleisher最先提出能量磨损理论。该理论认为，为了使磨粒脱落，必须使材料的一定体积内累积一定的内能。当能量达到临界值时，该体积内材料会发生塑性流动或形成裂纹，经过一定次数的临界循环作用后，则磨粒发生脱落。 三、齿轮磨损概述 齿轮磨损的概述主要讨论齿轮的实效形式，齿轮的失效形式一般有：齿面磨损，齿面点蚀，齿面胶合，齿面塑性变形和齿轮折断。 1. 齿面磨损有磨粒磨损和跑合磨损两种。 在齿轮传动中，随着工作环境的不同，齿面问存在多种形式的磨损情况。当齿面间落人铁屑、砂粒、非金属物等磨粒性物质或粗糙齿面的摩擦时，都会发生磨粒磨损。齿面磨损后，引起齿廓变形，产生振动、冲击和噪声，磨损严霞时，由于齿厚过薄而可能发生轮齿折断。磨粒磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。 三、齿轮磨损概述 2. 齿面点蚀 由于齿面接触应力是接脉动循环变化的(其工作表面上任一点产生的接触应力系由零增加到一最大值)，应力经多次反复后，轮齿表层下一定深度产生裂纹。裂纹逐渐发展扩大导致轮齿表面出现疲劳裂纹。疲劳裂纹扩展的结果是使齿面金属脱落而形成麻点状凹坑．这种现象就称为齿面疲劳点蚀。发生点蚀后，齿廓形状遭破坏，传动的平稳性受影响并产生振动与噪声，以至于齿轮不能正常jr作而使传动失效。 三、齿轮磨损概述 3. 齿面胶合 胶合是比较严重的黏着磨损，一般发生在齿面相对滑动速度大的齿顶或齿根部位。互相啮合的轮齿齿面，在一定的温度或压力作用下，发生粘着，随着齿面的相对运动，粘焊金属被撕脱后，齿面上沿滑动方向形成沟痕，这种现象称为胶合。胶合发生在I岛速重载齿轮传动中，使啮合点处瞬时温度过高，