机械零件失效形式及其对策零件的磨损极其对策.ppt

1.3 机械零件失效形式及其对策 1.3.1 零件的磨损极其对策 引入策略 在设备使用过程中，机械零件由于设计、材料、工艺及装配等各种原因，丧失规定的功能，无法继续工作的现象称为失效。当机械设备的关键零部件失效时，就意味着设备处于故障状态。机器故障和机械零件的失效密不可分。机械设备类型很多，其运行工况和环境条件差异很大。机械零件失效模式也很多，主要有磨损、变形、断裂、蚀损等四种普通的、有代表性的失效模式。 据估计，世界上的能源消耗约有30%~50%是由于摩擦和磨损造成的。 学习内容 一、磨损过程 以摩擦副为主要零件的机械设备,在正常运转时,机械或零部件的磨损过程一般可分为磨合（跑合）阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段,如图1-8所示。 1)磨合阶段 如图中的OA线段，又称跑合阶段。 2）稳定磨损阶段 经过磨合阶段，摩擦副表面发生加工硬化，微观几何形状改变，建立了弹性接触条件。 3）剧烈磨损阶段 经过B点以后，由于摩擦条件发生较大的变化，如温度快速升高，金属组织发生变化，间隙变得过大，冲击增大，润滑油膜易破坏，磨损速度急剧增加，机械效率下降、精度降低等，从而导致零件失效，机械设备无法正常运转。。 二、磨损类型及磨损机理 按摩擦表面破坏的机理和特征不同，磨损可分为以下几种类型：粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损。 1、粘着磨损 粘着磨损又称为粘附磨损，是指当构成摩擦副的两个摩擦表面相互接触并发生相对运动时，由于粘着作用，接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面所引起的磨损。 根据零件摩擦表面的破坏程度，粘着磨损可分为轻微磨损、涂抹、檫伤、撕脱和咬死等五类。 粘着磨损机理：在载荷和相对运动作用下，两接触点间重复产生“粘着—剪断—再粘着”的循环过程，使摩擦表面温度显著升高，油膜破坏，严重时表层金属局部软化或熔化，接触点产生进一步粘着。 2、磨料磨损 磨料磨损也称为磨粒磨损，它是当摩擦副的接触表面之间存在着硬质颗粒，或者当摩擦副材料一方的硬度比另一方的硬度大得多时，所产生的一种类似金属切削过程的磨损。 根据摩擦表面所受的应力和冲击的不同，磨料磨损的形式可分为錾削式、高应力碾碎式和低应力擦伤式三类。 磨料磨损的机理：属于磨料颗粒的机械作用，磨料的来源有外界砂尘、切屑侵入，流体带入、表面磨损产物、材料组织的表面硬点及夹杂物等。 目前，关于磨料磨损机理有四种假说： （1）微量切削 （2）压痕破坏 （3）疲劳破坏 （4）断裂 3、疲劳磨损 疲劳磨损是摩擦表面材料微观体积受循环接触应力作用产生重复变形，导致产生裂纹和分离出微片或颗粒的一种磨损。 疲劳磨损机理：疲劳磨损的过程就是裂纹产生和扩展的破坏过程。 根据裂纹产生的位置，疲劳磨损的机理有两种情况： （1）滚动接触疲劳磨损 （2）滚滑接触疲劳磨损 疲劳磨损分类 （1）非扩展性疲劳磨损 （2）扩展性疲劳磨损 根据摩擦表层发生的现象，可以认为疲劳磨损过程是由三个发展阶段组成，表面的相互作用；在摩擦力影响下，接触材料表层性质的变化；表面的破坏和磨损微粒的脱离。 4、腐蚀磨损 在摩擦过程中，金属同时与周围介质发生化学反应或电化学反应，引起金属表面的腐蚀剥落，这种现象称为腐蚀磨损。它是在腐蚀磨损与机械磨损、粘着磨损、磨料磨损等相结合时才能形成的一种机械化学磨损。 因此，腐蚀磨损的机理与前述三种磨损的机理不同。腐蚀磨损是一种极为复杂的磨损过程，经常发生在高温或潮湿的环境下，更容易发生在有酸、碱、盐等特殊介质的条件下。 按腐蚀介质的不同类型，腐蚀磨损可分为氧化磨损和特殊介质下的腐蚀磨损两大类 （1）氧化磨损 （2）特殊介质下的腐蚀磨损 由于其腐蚀本身可能是化学的或电化学的性质，故腐蚀磨损的速度与介质的腐蚀性质和作用温度有关，也与相互摩擦的两个金属形成的电化学腐蚀的电位差有关。介质腐蚀性越强，作用温度越高，腐蚀磨损速度越快。 5、微动磨损 两个接触表面由于受相对低振幅振荡运动而产生的磨损称为微动磨损。它产生于相对静止的接合零件上，因而往往易被忽视 。 微动磨损的最大特点是：在外界变动载荷作用下，产生振幅很小（小于100μm，一般为2～20μm）的相对运动，由此发生摩擦磨损。例如在键联接处、过盈配合处、螺栓联接处、铆钉联接接头处等结合上产生的磨损。 微动磨损使配合精度下降，过盈配合部件结合紧度下降甚至松动，联接件松动乃至分离，严重者引起事故。微动磨损还易引起应力集中，导致联接件疲劳断裂。 微动磨损是一种兼有磨料磨损、粘着磨