摩擦学原理磨损检测与抗磨损设计.pptx

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会计学,1,摩擦学原理磨损检测与抗磨损设计,第六章磨损检测与抗磨损设计WearDetectingandAnti-wearDesigning,第1页/共110页,摩擦磨损实验方法与装置FrictionandWearExperimentalMethods磨损量的测量方法,润滑脂和固体润滑剂的合理选用,6.1摩擦磨损实验方法与装置FrictionandWearExperimentalMethods,第2页/共110页,摩擦磨损实验的意义和标准化,ExperimentalMethodsof,摩擦磨损实验的意义和标准化TheMeaningandStandardizationofFrictionandWearExperiment,第3页/共110页,无论是摩擦磨损理论研究，还是摩擦磨损技术开发应用，都离不开摩擦磨损实验方法和手段。

从理论研究角度，可以通过实验考察模拟工况条件与实际工况条件下摩擦磨损的特征与变化，探索各种内在,量的实验数据，从而为合理确定符合使用条件的最优设计参数提供直,缺乏可比性，这对同行重复实验结果或者应用实验结果进行技术开发,摩擦磨损实验方法FrictionandWearExperimentalMethods,第4页/共110页,1实验室试件实验方法（laboratorysampleexperimentalmethod）实验室试件实验方法被摩擦学界广泛应用，它是在实验室内利用已标准化的通用摩擦磨损实验机进行实验，实验用的试件也是按标准要求（如形状和尺寸）加工制作。

这种实验方法的优点是，实验环境条件和工况参数容易控制，实验数据重复性较高，实验条件的变化范围宽，可以在短时,等。

特别地，要使主要的实验影响因素接近实际工况条件，例如，对于高,2模拟台架实验（simulationtesterexperimentmethods）,第5页/共110页,接近实际工况，从而提高了实验数据的可靠性和实用性。

摩擦磨损实验方法FrictionandWearExperimentalMethods,3现场实验方法（realconditionexperimentalmethod）现场实验方法就是在实验室试件实验和模拟台架实验基础,第6页/共110页,性，也能用于检验实验室试件实验结果和模拟台架实验结果；,摩擦磨损实验方法FrictionandWearExperimentalMethods,通用的摩擦磨损实验机UniversalExperimentalMachineofFrictionandWear,第7页/共110页,目前，通用摩擦磨损实验机主要应用于各种摩擦磨损机理研究，以及评定各种摩擦副材料或润滑剂的摩擦磨损性能。

图6.1为通用摩擦磨损实验机所采用的两试件间的各种接触形,1000MPa，适合于接触疲劳磨损实验和粘着磨损实验。

点接，适用于需,通用的摩擦磨损实验机UniversalExperimentalMachineofFrictionandWear,第8页/共110页,下面介绍几种通用的摩擦、磨损和润滑实验机。

书上介绍了1四球试验机（fourballstester）,第9页/共110页,通用的摩擦磨损实验机UniversalExperimentalMachineofFrictionandWear,通用的摩擦磨损实验机UniversalExperimentalMachineofFrictionandWear1四球试验机（fourballstester）四球试验机是根据图6.2a所示的原理制成的，用于做点接触摩擦副的摩擦磨损实验。

被动试件由其中件三球的上方，主动试件一个球在轴向载荷作用下与,第10页/共110页,四球试验机中的下面三个球及滚道,第11页/共110页,通用的摩擦磨损实验机UniversalExperimentalMachineofFrictionandWear,2环块试验机（ring-blocktester）环块摩擦磨损试验机又称Timken试验机，它是根据图6.3a的形式设计的，用于做线接触摩擦副的摩擦磨损试验。

主,第12页/共110页,摩擦磨损性能。

高速环块摩擦磨损试验机，主要用于中高档汽车齿轮油抗擦伤性能的模拟评定，也可以用于各种金属、非金,通用的摩擦磨损实验机UniversalExperimentalMachineofFrictionandWear,环块磨损试验机试件,第13页/共110页,通用的摩擦磨损实验机UniversalExperimentalMachineofFrictionandWear,6.2磨损量的测量方法WearMeasurementMethods,第14页/共110页,在磨损机理及耐磨技术研究中，磨损量测量是最重要的研究手段之一。

目前摩擦学、厚度计量法和体积计量法。

具体地，常用,磨损量重量计量法WearWeightMeasurementMethods,第15页/共110页,1称重法（weightmeasurementmethod）试件在实验前后的重量的变化来确定磨损量mg。

它是一种较,磨损量重量计量法WearWeightMeasurementMethods,第16页/共110页,2沉淀法或化学分析法,磨损量厚度计量法WearVolumeThicknessMeasurement,第17页/共110页,Methods1测长法（lengthmeasurementmethod）测长法是测量试件在试验前后摩擦面法向尺寸具显微镜，或其它非接触式测微仪。

测长法的特点,2表面轮廓法（surfaceprofilemethod）表面轮廓法是利用高精度表面轮廓仪直接测量磨损前后试件表面轮廓的变化来确定试件的磨损量。

表面轮廓法可应用于测量磨损厚度不超过表面粗糙峰高度的,表面轮廓法,第18页/共110页,磨损量厚度计量法WearVolumeThicknessMeasurementMethods,表面轮廓法也可应用于测量表面的可测磨损量，即磨损厚度超过表面粗糙度的磨损量。

但是，这种情况下，必须采用测量基准。

图6.13所示给出了两种测量基准，图6.13（a）用未磨损表面作基准；图6.9（b）是在试件表面上开设一,磨损量厚度计量法WearVolumeThicknessMeasurementMethods,第19页/共110页,3压痕或切槽法（pressmarkorcuttinggroovemethod）它是在试件表面上人为地产生压痕或者切槽作为测量基准，然后测量试件试验前后摩损表面基准尺寸沿深度方向的变化量来测量试件的磨损量。

它可在摩擦表面的不同部位产,磨损量厚度计量法WearVolumeThicknessMeasurementMethods,第20页/共110页,当表面磨损后，通过测量对角线的变化d（6.3）,磨损量厚度计量法,第21页/共110页,WearVolumeThicknessMeasurementMethods如果锥面角为（通常136），对角线长为d，则高度为h为,压痕法也可以用于测量圆柱面磨损量。

左图表示内圆表面磨损量测量原理，R为磨损前内圆半径，d和d1为磨损前后的对角,外圆表面的压痕尺寸如左图所示，磨损厚度（6.5）,第22页/共110页,磨损量厚度计量法WearVolumeThicknessMeasurementMethods,磨损量厚度计量法WearVolumeThicknessMeasurementMethods由于人为地产生压痕过程并非完全塑性变形，导致压坑与压头的形状不完全相同。

所以，按公式（6.3）-（6.5）计算磨损量时，应该考虑试件表面,第23页/共110页,磨损量厚度计量法WearVolumeThicknessMeasurementMethods,第24页/共110页,如果磨损前后对角线尺寸由d1减少到d2，则实际磨损量h为考虑压坑四周鼓起影响的测量磨损量h为,，甚至更高。

为了减少压痕法的测量,磨损量厚度计量法WearVolumeThicknessMeasurementMethods,d=1；Hv,第25页/共110页,磨损量厚度计量法WearVolumeThicknessMeasurementMethods切槽法测量磨损量与压痕法十分相似，但是切槽法,第26页/共110页,。

磨损量厚度计量法WearVolumeThicknessMeasurementMethods根据几何关系得,第27页/共110页,当测量圆柱表面上的磨损量时，如果圆柱半径为R，则测量内圆表面的磨损厚度计算式为：

）,磨损量厚度计量法WearVolumeThicknessMeasurementMethods,第28页/共110页,磨损量体积计量法WearVolumeMeasurementMethod,第29页/共110页,放射性同位素法就是一种常用的磨损量体积计量法。

它是将摩擦表面经放射性同位素活化，使得磨损过程中落入润滑油中的磨屑具有放射性，通过定期测定润滑油的放,验时要根据试件放射性强度的大小采取不同的防护措施。

图6.19为同放射性位素法测量滑动轴承磨损的装置。

具有放射性的磨屑,第30页/共110页,续地测量磨损量的大小。

量磨损量的灵敏度可达。

磨损量体积计量法WearVolumeMeasurementMethod,6.3机械系统状态监测技术MonitoringTechniquesofMechanical,第31页/共110页,SystemFrictionalStatuses铁谱分析技术,LubricatingDetective,一些重要的大型机械系统，如大型成套机组，连续工作,第32页/共110页,滑系统进行检测，及时预报它们的工作状况，以便采取有效的维修措施，避免突然损坏或重大事故的发生。

6.3机械系统状态监测技术MonitoringTechniquesofMechanicalSystemFrictionalStatuses,铁谱分析技术FerrographAnalysisMethod大多数机械系统磨损过程都会形成磨,第33页/共110页,磨损的形式、磨损急烈程度和磨损发生的世纪,铁谱分析技术FerrographAnalysisMethod,原理：

如图，定期地从循环的润滑油系统中抽取少量润滑油样，将油样在铁谱分析仪的用玻璃片制作的流道中自上而下低速地、稳定地流动，在铁谱仪设置的有磁场梯度变化的磁,第34页/共110页,定位，即完成铁谱片的制作。

铁谱分析技术FerrographAnalysisMethod,第35页/共110页,铁谱分析技术FerrographAnalysisMethod根据以往工业界实际应用积累的大量铁谱检测图片，将磨屑图象汇编成标准的铁谱图册，具有重要的工程应用参考价值。

例如，现在应用铁谱技术进行油液分析时，可以利用光学显微镜对制成的铁谱片进行屑一般呈片状；磨粒磨损或犁沟作用形成的磨屑具有,第36页/共110页,（a）切削磨粒（氧化铜磨粒,第37页/共110页,铁谱分析技术FerrographAnalysisMethod下图所示是由光学显微镜观察到的各类磨屑形状。

光谱分析技术SpectralAnalysisMethod,第38页/共110页,光谱分析技术是利用组成物质的原子在一定条件下能发射具有各自特征的光谱的性质，分析润滑,时将多余的能量以光的形式释放出来而产生光谱。

润滑油成分分析技术AnalysisTechniqueofIngredientofLubricatingOil,第39页/共110页,械系统滑润或磨损状态检测技术。

它是应用,机械振动或噪声检测和分析技术MechanicalVibrationorNoiseDetectiveandAnalysisTechnique,第40页/共110页,。

应用机械振动或噪声检测和分析技术，通过监测机械设备在运行中的振动或噪声信号，可以间接地判断机械系统的润滑或,行产生的振动噪声信号和因磨损恶化所产生的振动噪声信号，,润滑状态分析技术LubricationStateAnalysisTechnique,第41页/共110页,对于重要的机械系统，保证运行过程中运动摩擦副处于全膜润滑状态是最理解的。

因此，对于重要机械系统往往要进行在线的润滑状态分析。

采用电感传动器技术，可以通过连续测量电信号计算出相当的,6.4零件磨损失效分析ElementWearFailureAnalysis,第42页/共110页,在实际生产中，为了减小零件磨损或延长零件的使用寿命，必须首先准确地判断零件磨损失效的原因，然后采取相应的对策1,2,14。

因此，零件磨损失效分析具有很重要的意,失效分析是至关重要的，现场收集的资料信息包括以下四个,检测分析润滑油及其供应系统（systemforanalyzingandsupplyinglubricatingoil）,第43页/共110页,检测分析润滑油及其供应系统时，主要检查以下几个项目。

1检测润滑油的主要化学组分和添加剂含量及,检测分析磨损零部件（detectionandanalysisofwornelementorpart）,第44页/共110页,1分析零件开始破坏的位置和破坏的发展过程。

接在实验室进行分析的大型零件，可以采用专门的聚,等机械性能的变化。

用切截剖面观察非金属夹杂物尺,检测分析磨损零部件（detectionandanalysisofwornelementorpart）,第45页/共110页,4.检验零件的设计合理性及其运行情况检验分析失效零部件设计的合理性。

例如，如果全膜润滑状,6.5润滑油、润滑脂和固体润滑剂的合理选用ProperlySelectingofLubricatingOil,GreaseandSolidLubricant,第46页/共110页,润滑油的合理选用,Lubricant,6.5润滑油、润滑脂和固体润滑剂的合理选用,第47页/共110页,ProperlySelectingofLubricatingOil,GreaseandSolidLubricant机械设备，尤其是在高速、高温、重载或腐蚀介质条件下工作的机器，经常因机械零件工作表面磨损导致整个设备失效。

因此，工业界已经广泛地重视机机械零件抗磨损设计的方法和技术很多，其中最,润滑油的合理选用是决定运动副润滑性能或零件抗磨损性能的重要因素，它是建立在对机械零件的使用条件和润滑油的主要特性综合分析基础上的。

下表为常用润滑油的主要特征,第48页/共110页,润滑油的合理选用ProperlySelectingofLubricatingOil,要建立良好的润滑油膜，润滑油一般要求具备以下基本特性。

（1）适当的粘度,第49页/共110页,同时，润滑油粘度受温度影响很大，当工作温度的热稳定性，粘度指数越高则温度影响越小。

如果粘,润滑油的合理选用ProperlySelectingofLubricatingOil,常用的增粘剂有：

聚乙烯基正丁基醚、聚甲基丙烯酸酯和聚异丁烯等。

这些高分子聚合物不仅可以使,第50页/共110页,润滑油的合理选用ProperlySelectingofLubricatingOil,

（2）抗氧化稳定性如果润滑油使用过程由于氧化而变质将会造成润滑失效，大大降低机械零件的工作寿命。

因此，润滑,第51页/共110页,为了改善或提高润滑油的抗氧化稳定性，通常在2.6二叔丁基对甲酚二苯胺。

它们可以在金属表面层形成,润滑油的合理选用ProperlySelectingofLubricatingOil,（3）其他性能要达到优良的润滑性能，润滑油还要求具备,第52页/共110页,润滑油的合理选用ProperlySelectingofLubricatingOil,当然，选用润滑油时还有其它一些注意事项，包括：

1、易氧化润滑油和循环的润滑系统中，不宜掺,第53页/共110页,、高温机械（如内燃机）不宜选用汽轮机油和可在润滑基础油中掺入煤油混合使用，但是，煤油体,润滑油的合理选用ProperlySelectingofLubricatingOil,润滑脂的合理选用,第54页/共110页,ProperlySelectingofGrease

（1）润滑油脂的组成润滑油脂（润滑脂）俗称黄油或干油，它是润滑油加入稠化剂在高温下混合而成的。

在润滑脂中，润滑油占总重量的7585，稠化剂占1020，还有0.55为添加剂。

润滑油决定了润滑脂的润滑性能、低温性能和抗氧化稳定性。

高速轻载工作条件下使用的,稠化剂的作用是减少润滑油的流动性，同时，决定润滑脂的耐温性,固体润滑剂的合理选用ProperlySelectingofSolidLubricant,第55页/共110页,固体润滑剂是指一些低剪切强度的固体，例如软金属、软金属化合物、无机物、有机物和自润滑复合,合，如原子能工业、塑料工业、火箭、人造卫星等领,过滤与密封（FiltrationandSeal）机械系统中运动副表面之间需要加入润滑剂或冷却剂，如果没有采取相应的保护措施，这些润滑剂和冷却剂经常会受环境带来的尘土等污染，从而破坏正常的润滑状态导致零件表面磨损加剧。

实践表明：

能否保持润滑剂清洁，可使摩擦副磨损寿命相差10倍以上。

因此，通常情况下都要求进入,第56页/共110页,粒容易造成摩擦副过早磨损和油孔梗阻。

润滑剂中的硬颗粒造成运动副表面加剧磨损的机理大致上有三种。

过滤与密封（FiltrationandSeal）,（3）运动副之间硬颗粒的辗、划、压挤作用，还会在摩擦表面上挤出一些高垄，这些高垄在随后的摩擦过程中将导致金属的直接接触，并发生粘着磨损。

下表给出了润滑剂中的颗粒类型及其来源,6.6摩擦副材料配伍MaterialCompatibilityofFrictionPairs,第58页/共110页,摩擦副材料配伍技术是一种重要的抗磨互溶性、耐热性、耐蚀性等性质，而且与摩,6.6摩擦副材料配伍MaterialCompatibilityofFrictionPairs,第59页/共110页,磨粒磨损的摩擦副材料的配伍原则PrinciplesofPairingFrictionMaterialforAbrasiveWear粘着磨损的摩擦副的材料配伍FatigueWearfor,Material,磨粒磨损的摩擦副材料的配伍原则PrinciplesofPairingFrictionMaterialforAbrasiveWear,第60页/共110页,磨粒磨损的摩擦副，如果是纯金属和未经热处理的钢，它的耐磨性与自然硬度成正比，经热处理硬度提高后，其耐磨性不如同样硬度的退火钢。

对淬硬钢，硬度相同时含碳量越高耐,片状珠光体组织耐磨性优于球状珠光体组织，细片状组织优于粗片状组织；由于未回火的金属微组织硬而脆，所以回火马氏化物的元素原子越多越耐磨。

钢中所加合金元素越是有利于形Hftungsten（锰）等元素。

磨粒磨损的摩擦副材料的配伍原则PrinciplesofPairingFrictionMaterialforAbrasiveWear,第61页/共110页,如果摩擦副的磨粒磨损是由于固体颗粒的冲击造成的，提高其耐磨性的重要措施就是正确选择摩擦副的硬度和韧性配伍。

对于小冲击角的磨粒磨损，即冲击速度方向与表,强调高韧性，相应的抗磨损设计措施是选用橡胶、奥氏体,磨粒磨损的摩擦副材料的配伍原则PrinciplesofPairingFrictionMaterialforAbrasiveWear对于三体磨粒磨损，抗磨损设计的最重要措施是提高摩擦表面的硬度，一般情况下当摩擦表面硬度与中间体颗粒硬度之比值约等于1.4时，其耐时，粒度越小则摩擦表面磨损m时，粒度与磨损,第62页/共110页,粘着磨损的摩擦副的材料配伍PrinciplesofPairingFrictionMaterialforAdhesionWear,第63页/共110页,粘着现象常常是因摩擦热引起材料的再结晶、扩散加速或表面软化而产生的；或者由于摩擦副的接触区局部高压、高温导致表面熔化而产生的。

因此，粘着磨损与摩擦,。

一般说来，晶格类型相近、晶格常数相近的材料互溶性,3选用摩擦副表面配偶材料应综合考虑金属材料的其它性能。

金属材料熔点、再结晶温度、临界回火温度越高，或者它的表面能越低，越不易发生粘着；从金相结构看，多相结构比单相结构粘着效应低，例如，珠光体比铁素体或奥,第64页/共110页,系数低，表面温度低；由于热固性塑料的耐热性好，因此，,粘着磨损的摩擦副的材料配伍PrinciplesofPairingFrictionMaterialforAdhesionWear,接触疲劳磨损的摩擦副的材料配伍PrinciplesofPairingFrictionMaterialforContactFatigueWear,第65页/共110页,时，它的抗接触疲劳磨,接触疲劳磨损的摩擦副的材料配伍,第66页/共110页,PrinciplesofPairingFrictionMaterialforContactFatigueWear1正确选用摩擦副表层材料硬度由于在一定范围内摩擦副的抗疲劳磨损能力与表层材料硬度基本上呈正比关系，所以在一般的抗接触疲劳磨损设计,接触疲劳磨损的摩擦副的材料配伍PrinciplesofPairingFrictionMaterialforContactFatigueWear2应选择摩擦副配偶材料的最佳硬度差值实际应用经验表明，摩擦副材料的抗疲劳磨损擦副配偶材料都达到同样的高硬度值，摩擦副的抗,第67页/共110页,为了改进高副接触摩擦副的抗疲劳接触能力，有时可以,第68页/共110页,接触疲劳磨损的摩擦副的材料配伍PrinciplesofPairingFrictionMaterialforContactFatigueWear3提高摩擦副材料的材质阻止或延缓摩擦副材料裂纹的产生是提高抗疲劳磨损能力的根本途径之一。

因此，应该尽量降低或者消除摩擦副材,微动磨损的摩擦副的材料配伍,第69页/共110页,PrinciplesofPairingFrictionMaterialforFrettingWear由于微动磨损是粘着磨损、氧化磨损和磨粒磨损等形式的复合磨损，所以，一般说来，有利于提高摩擦副的抗粘着磨损、抗氧化磨损或抗磨粒磨损的材料,Material,摩擦副材料表面强化技术,第70页/共110页,TechniqueofSurfaceStrengtheningofFrictionMaterial在现有的机械工程材料中选定摩擦副材料配伍，有时还无法满足使用条件下抗疲劳接触磨损能力的要求。

这种时候，在工程实际应用中通常要采用表面强化技术，对摩擦副材料进行表面改,）表面机械强化技术是在不改变材料表面化学成分的前堤下，通过机械强化的手段，改变材料表面的组织结构、机械性能,摩擦副材料表面强化技术TechniqueofSurfaceStrengtheningofFrictionMaterial,第71页/共110页,（3）表面涂覆强化技术是直接在材料表面进行镀层处理、涂层处理，或者采用其它的物理、化学方法覆盖一层强化表面层。

覆盖层可分为硬涂层和软涂层两种，硬涂层一般用于提高摩擦副的抗磨粒磨损能力，包括镀铝层、堆焊层以及,f/f0，k,等参,第72页