水雷用特种钢丝绳微动磨损分析.docxVIP

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水雷用特种钢丝绳微动磨损分析

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摘要：对水雷用特种钢丝绳的微动磨损运动进行分析，建立微动磨损的理论模型，得出微动磨损深度和综合参数pvt值之间的关系。依据钢丝绳试验结果，拟合出微动磨损深度同微动时间之间的关系，对钢丝绳微动磨损分析具有指导意义，并提出减缓微动磨损的技术措施。

关键词：钢丝绳；微动磨损；pvt值

0引言

钢丝绳在运动过程中，相邻钢丝之间有微动摩擦，由于受到法向应力和切应力的反复作用，能够引起表层材料塑性变形而导致表面硬化，最后在表面的应力集中出现初始裂纹，在微动损伤的初期，损伤区表面没有较长的裂纹，表面划伤所造成的划痕方向与微动方向平行，初始裂纹如果沿钢丝轴向扩展则造成钢丝表面局部材料的脱落，即发生钢丝表面的局部磨损，而钢丝绳在围绕滑轮或卷筒变形时要受到弯曲应力的作用，滑轮直径越小则钢丝绳受到的弯曲应力越大，这将使初始损伤处的裂纹向钢丝径向扩展的几率和扩展速率大幅度升高，即剥离磨损过程中某些裂纹沿钢丝径向扩展至材料内部成为疲劳裂纹，微动疲劳裂纹扩展方向与微动方向(轴向)垂直，并最终造成钢丝破坏性断裂。

钢丝绳在经过滑轮变形时，钢丝绳受到弯曲应力和与过滑轮之间接触而引起的接触应力作用，钢丝绳中的股绳或钢丝之间如果发生在钢丝轴向的微动，微动产生的周向裂纹在弯曲应力作用下向钢丝径向扩展将导致钢丝断裂，因此这种周向的微动损伤将比轴向的危害更大。

综上所述，钢丝绳使用过程中，内部相邻钢丝受力不均致弹性伸长不同步而发生微动，微动造成钢丝表面产生微动磨损损伤，钢丝间接触应力越大则损伤越严重，微动磨损宏观上造成钢丝横截面积的减小而产生应力集中，磨损过程中会使钢丝表面形成微裂纹，微裂纹沿钢丝轴向扩展则造成钢丝表面部分材料被撕脱剥离，这种微裂纹在钢丝绳受到弯曲应力作用下如果沿钢丝径向扩展将导致钢丝的疲劳断裂，钢丝表面周向初始微裂纹的危害大于轴向微裂纹，微动疲劳是钢丝绳失效的主要原因所在。

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钢丝微动磨损运动分析

1.1接触应力分析

钢丝绳在承受轴向载荷或弯曲时，股与股、钢丝与钢丝之间会存在一定幅度的微动磨损。钢丝的微动损伤研究是分析钢丝疲劳寿命以及预测钢丝绳使用寿命的重要基础。受接触载荷、微动振幅、磨损时间以及往复频率等参数的影响，微动磨损过程中接触形式是一个复杂的变化过程。对于两圆柱体相互正交接触的上、下钢丝来说，如果微动过程中所施加的载荷是恒定的，那么随着微动参数的变化，接触应力是一个变化的参数，由开始时点接触的大接触应力，随着磨损深度的加深、磨损面积的增加而使接触应力减小。

核查有关钢丝磨损试验数据，发现磨损深度变化与微动磨损过程中接触应力的大小及磨损机制、磨屑等密切相关。在微动磨损过程中，接触应力的大小和所施加的接触载荷及钢丝间的接触面积相关，而接触面积又和钢丝的微动磨损程度相关，磨损时间长或接触载荷大，其磨损程度越严重，此时两钢丝接触面积增大，接触应力小。在接触载荷为恒定值时，随着微动时间增加，钢丝间的磨损量增加，主要体现在钢丝的磨损宽度、长度、深度增加，从而使上、下钢丝间的接触面积加大，接触应力必然减小，接触应力的下降趋势和接触面积的增长趋势相同。在微动磨损时间相同时，接触载荷增加，钢丝的磨损量增加，从而也体现在上、下钢丝之间的接触面积增加，但是由于接触载荷的增加趋势比接触载荷变化时磨损面积增加的趋势要快。因此，接触载荷增加时，虽然接触面积加大，但接触应力仍然呈增长趋势。

为了分析微动磨损过程中钢丝的接触状况，利用有限元方法建立钢丝的接触模型。得出其共同特征是：在接触区的中心一带出现较大面积的最大接触应力，然后以不同的应力梯度向周围逐渐减小。在小的嵌入深度时，应力向周围减小的梯度较快，而在大的嵌入深度时，应力向周围减小的梯度较慢，应力区的范围较宽。但是在微动磨痕周围边缘棱边接触处会出现比中心带大的应力集中。

将各种计算条件下接触区中心带的最大接触应力提取出来，建立不同接触载荷、不同嵌入深度和最大接触应力的关系曲线，如下图所示。曲线表明，中心带的最大应力随着施加载荷的增加而增大，随着嵌入深度的加深而减小。但是，在小的嵌入深度变化时应力的变化梯度较大，而嵌入深度达到一定值时，应力变化梯度减小。在小的相同嵌入深度下，接触应力随施加载荷增加的趋势较快，而在大的相同嵌入深度下，应力随施加载荷增加的趋势变缓。这说明嵌入深度的大小，即是磨损深度应是影响应力分布的重要因素。

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不同接触载荷下嵌入深度和最大接触应力的关系曲线

1.2微动磨损分析结论

1)微动磨损深度随微动时间和接触载荷的增加而呈增长趋势，但由于接触面积、接触应力在微动磨损过程中也随上述参数的变化而变化，同时磨屑作为第三体的介入，使磨损深度在不同磨损阶段下增长速率不同；