第二章船机零件的磨损

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第二章零件的摩擦与磨损 一、摩擦学概述（P.16）

?1. 零件的表面：

?零件表面的几何形态称为表面形貌。

?表面形貌是由宏观几何形状、表面波度和粗糙度(或称微观几何形状)构成。

?零件摩擦表面的形貌受到形成表面的最后加工方法、刀痕、切屑分裂时的变形、刀具与表面

的摩擦和加工系统的振动等因素的影晌。

?Ra称为轮廓算术平均偏差，用来评定表面粗糙度等级。 ?Ra是绝对值总和的算术平均值(总是正值、大于0)

?零件金属表面层的结构是自表向里依次由外表层(污染层、吸附气体层、氧化层)和内表层(加

工硬化层、金属基体)构成,如图所示。

?表面层的结构、性能与基体不同，如表面具有自由能、润湿性、吸附作用、化学作用和加工

硬化等性能。

?2. 摩擦学概述

?摩擦学是研究摩擦、磨损和润滑之间关系的科学与技术的总称。 ?3.摩擦及其分类：(P.17)

?两个物体在外力作用下产生相对运动或有相对运动趋势时，接触表面间产生切向阻力和阻力

矩以阻止运动的现象称为摩擦。

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按摩擦副的运动状态：动摩擦、静摩擦。 按摩擦副的运动形式：滑动摩擦、滚动摩擦。

按摩擦表面润滑状态将摩擦分为干摩擦、边界摩擦、液体摩擦和混合摩擦(半干摩擦和半液体摩擦)。

?摩擦表面间设有任何润滑剂时的摩擦，称为干摩擦，摩擦系数最大。

?在边界润滑条件下，摩擦表面间有一层极薄的(～0.1μm)润滑油膜(如物理吸附膜、化学吸附

膜或化学反应膜)时的摩擦称为边界摩擦。

?液体摩擦是指摩擦表面间有一层边界膜和流体膜的润滑剂时，摩擦表面不能直接接触，摩擦

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发生在润滑剂的分子之同的摩擦。

?解释干摩擦产生的机理有四种：机械啮合理论、分子理论、分子—机械理论、粘着理论。 ?人们较为公认：粘着理论。(P.17-18)

?两个摩擦表面实际接触面积很小(只有名义接触面积的0.01-0.1%)，只在少数微凸处形成点接

触，其上局部应力很大，当超过零件材料的σs时,产生塑性变形,实际接触面积增大并使接触点上的氧化膜被压碎，两种金属分子相互扩散而溶合在一起形成冷焊点。

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摩擦表面未接触部分可能相互嵌人形成犬牙交错状。当配合件运动时，在切向力作用下冷焊点被剪断，相互嵌人部分被剪切掉。随后又在新的接触点粘着，形成新的冷焊点和被剪断，直至实际接触面积增大到足以承受外加载荷为止。

干摩擦造成的影响：

干摩擦造成表面磨损,其次是使金属表面性能发生变化。 如表面塑性变形使表面产生加工硬化;

摩擦热使表面温度升高而产生再结晶，表面又被软化，甚至发生相变淬火,表面硬度更高。

?吸附膜是指由润滑剂中的极性分子吸附在摩擦表面上形成的边界膜。 ?它又分为物理吸附膜和化学吸附膜。(P.19-20)

?物理吸附膜是润滑剂中的极性分子靠静电吸附在摩擦表面上形成极薄的边界膜。 ?膜的结合力较弱，受热容易脱吸。

?物理吸附膜适用于常温、低速和轻载的工作条件。

???

化学吸附膜是润滑剂中的极性分子靠化学键力吸附在金属表面上，形成的边界膜。 这种膜很薄，吸附较为稳定,吸附与脱吸不完全可逆。 化学吸附膜适用于中等负荷、速度和温度的工作条件。

?

化学反应膜是指为了满足高温、高压和高速的工作条件，在润滑油中加人含硫、磷、氮等元

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素的添加剂,高温下这些元素与金属表面发生化学反应生成厚度较大的边界膜。

??

化学反应膜熔点高、吸附稳定、不可逆,但抗剪切强度低，具有良好的润滑性能。 化学反应膜适用于重载、高速和高温的工作条件。

?边界摩擦是极为普遍的摩擦形式。

?当润滑条件不充分时，摩擦表面间只有少量润滑剂,通过润滑剂及其添加剂的理化作用在摩擦

表面上形成边界膜，从而减少摩擦与磨损。

?由于摩擦表面间的边界油膜的极性分子定向垂直排列在金属表面上，当摩擦副运动时，摩擦

发生在极性分子的非极性端之间，起到润滑作用。当表面粗糙时，较大的尖锋将刺破边界膜而使金属发生直接接触，接触点处发生粘着而产生磨损。

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润滑：为了减少摩擦与磨损，在摩擦副间加入某种物质使摩擦阻力降低的技术措施，称之为润滑。

润滑油的组成为基础油＋添加剂

添加剂(油性添加剂、极压添加剂、抗氧化添加剂、清净分散剂、抗泡剂)。(P.18-22)

?液体摩擦（润滑）分为流体动压润滑与流体静压润滑

?流体动压润滑是利用摩擦表面的相对运动使润滑剂流体产生楔形油膜或挤压油膜来承载并隔

开摩擦表面。

?也可以利用外部压力将具有一定压力的润滑剂不断地打入摩擦表面间而形成—流体静压润

滑。

?实现流体动压润滑的前提是建立楔形油膜。

?实现流体动压润滑的条件也就是建立楔形油膜的条件。

?实现流体动压润滑的条件:

?1)摩擦表面应具有较高的加工精度和表面粗糙度等级; ?2)摩擦表面间具有一定的合适配合间隙;

?3)保证连续而又充分地供给一定温度下粘度合适的润滑油; ?4)相对运动的零件必须具有足够高的相对滑动速度。

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?

磨损的概念：

?磨损是机器在运转过程中，相对运动的摩擦表面的物质逐渐损耗，使零件的尺寸、几何形状

和位置精度以及表面质量发生变化的现象。

?运动副磨损后使其配合间隙增大,配合性质改变，进而影响了机器的工作性能和使用寿命。

(P.22)

?据统计，大约80%的机器零件失效是由磨损造成的。

?磨损量的指标：

径；

?磨损量Δ等于轴运转一段时间前后的直径差，即Δ=d-d,d为轴的名义直径,d为磨损后轴的直

0

0

?或磨损量Δ等于零件运转一段时间前后孔的直径差，即Δ=D-D，D

0

0

为孔的名义直径，D为

磨损后孔的直径。

?圆度误差是被测量零件的实际圆度。可采用圆度仪、千分尺或百分表进行测量。 ? t’=1/2(D-D)

?式中t’ — 指定横截面的圆度误差，mm;

? D，D—指定横截面上两个相互垂直的直径,mm

1

2

1

2

?圆柱度误差是被测零件的实际圆柱度，可采用圆度仪、千分尺或百分表进行测量。

?圆柱度误差u’是用被测零件上指定纵截面上数个测量直径中最大直径Dmax与最小直径Dmin

差的一半表示，即

? u’=1/2(Dmax-Dmin),mm.

?磨损率φ是指单位时间内零件半径方向上的最大磨损量Δmax，即 ?φ=Δmax/t ,(mm/kh) ?式中t—工作时间，h。

?3. 磨损规律和磨损曲线(P.23-24)

?磨损是船舶机械中一种重要的故障模式。 ?大约80%的机器零件失效是由磨损造成的