第一章 摩擦学基础知识(摩擦表面).ppt

第一章 摩擦学基础知识 1 摩擦表面 1.表面形貌组成： 固体表面的微观几何形状，即形状公差、波纹度和表面粗糙度统称为表面形貌。 （1）表面形状误差： 实际表面形状与理想表面形状的宏观偏差，是一种连续而不重复的形状偏差。它是机床- 工件- 刀具系统的误差和弹性变形等造成，如机床和刀具精度不够、不正确的加工规范或温度应力等。表面形状误差的数值由最大偏差表示，国家标准 GB1182～1184-80 规定了形状和位置公差。 （2）表面波纹度： 表面周期性重复出现的几何形状误差，是有规律、周期性、峰和谷的大小几乎相等的表面宏观误差。是由机床- 工件-刀具系统的振动和机床传动件的缺陷引起的。它的存在对摩擦磨损是有害的，减少配合件的实际接触面积，导致真实接触表面压强增加，加快零件的磨损。 波高 h：波峰与波谷之距离。 波距 s：相邻波形对应点距离。 （3）表面粗糙度(surface roughness)：是固体表面的基本形貌，又称表面微观粗糙度，波距小，约 2~800μm，波高较低 0.03~400μm，属表面微观几何形状误差。主要与切削加工方法、刀具的运动轨迹、磨损及工艺系统的高频振动有关。GB1031-83 规定了表面粗糙度的参数和数值。工程上通常采用表面粗糙度表征表面的形貌参数。 表面粗糙度的特征： 1.变化规律：呈现某种规律性变化或为无规律的随机变化特征。如车削、钻孔或刨削等工艺加工的表面微凹凸体分布往往具有一定的规律和方向性；磨削、研磨或抛光等精加工表面则为无规律的随机分布特征。 2.与摩擦磨损关系密切：表面粗糙度的特征对接触表面的压力分布、接触变形程度、分子吸引力的大小、以及摩擦阻力和摩擦成因等有决定性的影响。 2. 表面粗糙度的评定参数 z 为轮廓上各点的高度，m-m 为轮廓中线，L 为取样长度，h 为峰或谷距任一平行于中线的基线距离。 （1）轮廓算术平均偏差Ra(Arithmetic average roughness)轮廓上各点高度在测量长度范围内的算术平均值，数学表达式： 概率统计表达式： zi 以中线为起点度量出的轮廓高度； n 标准长度内测量的次数； ?(x) 轮廓图形的分布函数。 算术平均偏差Ra反映了取样长度范围内轮廓随机 分布高度偏离概率分布中心的绝对平均情况，不能 真实反映出表面轮廓的离散性和波动性，但由于其 定义与测量仪表读数设计原理一致，作为衡量表面 粗糙度的主要参数，被广泛采用。 （2）轮廓均方根偏差 Rq：轮廓图形上各点和中线之间距离平方和平均值的平方根。均方根偏差比算术平均偏差优越，在理论上普遍采用。 （3）微观不平度十点平均高度Rz：在取样长度范围内以平行轮廓中线的任一条直线为基准，测量轮廓上五点最高的凸峰和五点最低的凹谷之间的算术平均距离，hpi第i个最高的轮廓峰高，hvi第i个最低的轮廓峰高。这一参数对表面轮廓的评定，在测量时易受人为因素的影响，不能稳定反映出表面的几何特征。 (4) 中线截距平均值 Sm：取样长度范围内，表面轮廓曲线与中线交点各波形之间距离的算术平均值。该参数反应了表面不规则起伏的波长或间距以及粗糙峰的疏密程度。 （5）支承面曲线：即能表示粗糙表面的微凸体高度分布，也能反映摩擦表面磨损到一定程度时支承面积的大小。主要用于计算实际接触面积，一般用二维作图法求支承面曲线。 （1）以通过最高峰顶点的直线为零位线，在标准长度L的轮廓曲线上，作与中线平行的一系列直线，如h1、h2、h3….. （2）将各平行线截取轮廓图形中微凸体的长度相加，画在轮廓图右侧，直到轮廓图形的最低点为止，连接图中各点，即得到支承面曲线。 （3）描述参数（GB3505-83)： 相对支承长度率： 支承面积： Ax离峰顶h处面积 Ao离峰顶最大高度面积 （4）按支承面积的大小将轮廓图形分三个高度层：支承面积小于25%的部分称为波峰，为最高层；在25%~75%之间部分称为波中，为中间层；大于75%部分为波谷，最低层。 （5）评定摩擦表面的接触和表面磨合:(a)图中，支撑面曲线在微凸体顶部处的斜率较大，曲线较陡，这种表面组成的摩擦副，接触面积小，耐磨性差。(b)图中的支撑面曲线在微凸体顶部处的斜率较小，曲线较平缓，这种表面组成的摩擦副，接触面积较大，耐磨性能较好。 3 表面形貌统计学特性 切削加工的金属表面形貌包含了周期变化和随 即变化两个部分，单一形貌参数不能够描述复 杂的表面形