船机零件的摩擦与磨损.docx
《船机零件的摩擦与磨损.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《船机零件的摩擦与磨损.docx(14页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第二章 船机零件的摩擦与磨损船舶机器运转时,其上有相对运动的运动副零件产生配合表面的摩擦,引起表面磨损。即使在正常运转情况下也会由于不可避免的摩擦、磨损使机器性能逐渐变坏,效率降低,甚至完全失效。所以,磨损是船机故障模式,是影响船舶机器正常运转和船舶安全航行的因素。摩擦消耗能量,据估计世界能源的1/31/2消耗在克服摩擦上。目前,船用柴油机的燃油消耗率己降至163 g/(kWh) 左右,热效率达50% 以上,在损失的能量中消耗在运动副摩擦上的能量则占10% 之多。因此,轮机人员要充分发挥船舶动力装置的效能就必须学习船机零件的摩擦学方面的知识。摩擦学是研究具有相对运动的相互作用表面的有关理论与实
2、践的一门科学,是近30多年来形成的一门边缘科学。摩擦学主要研究摩擦表面、摩擦机理、磨损机理、润滑理论和摩擦学的应用等内容。也可以说,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。 第一节 摩擦一、摩擦表面 相对运动零件相互作用的表面,即摩擦表面的摩擦与磨损情况与其表面的形貌、表面层结构、性能有密切的关系。1摩擦表面的形貌和表示方法 机械零件的表面都是经过各种机械加工形成的,表面上加工痕迹是一些大小不同、高低不等、形状各异的峰和谷,使表面粗糙不平。例如,粗车外圆表面产生10025m的粗糙度,抛光或超精研磨的表面产生0.10.012m的粗糙度。各种加工方法的表面轮廓曲线如图2-1(a)所
3、示。零件表面的几何形态称为表面形貌,是由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造成的。零件表面形貌由宏观几何形状、表面波度和粗糙度(微观几何形状)构成,如图2-1(b)。宏观几何形状是宏观表面轮廓线与名义几何形状的粗大偏差;表面波度是表面上周期性的波浪形状,介于宏观与微观几何形状之间;粗糙度是微观表面轮廓的几何形状偏差。表面粗糙度直接影响零件摩擦表面的实际接触面积的大小和实际压强的大小。两个表面接触时,实际接触面积远远小于名义接触面积,仅是名义接触面积的 0.01%0.1%。零件表面粗糙度直接影响表面的耐磨性、疲劳强度、耐蚀性和配合性质的稳定性。评定表面
4、粗糙度的方法很多,常用的方法是轮廓算术平均偏差Ra。Ra是表面轮廓在取样长度内各点的平均高度,反映了表面粗糙度的大小。图2-2示出在取样长度 l 内轮廓表面上各点至轮廓中线OO的距离(y1,y2yn) 绝对值总和的算术平均值,即近似为 表面粗糙度分为14级,如表2-1 所示。2. 金属表面层的结构 零件金属表面层的结构和性能均与基体不同。经机械加工的表面层自表向里依次由污染层、 吸附层、氧化层和加工硬化层构成,各层的厚度不同,如图2-3所示。金属表面的性能与基体不同,如表面具有自由能,具有润湿性、吸附作用、化学作用和塑性变形等。二、摩擦 两个接触物体在外力作用下产生相对运动(或运动趋势)时,接
5、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。阻力和阻力矩分别称为摩擦力和摩擦力矩。摩擦消耗能量,产生大量热使物体温度升高,使接触表面磨损。大多数情况下摩擦是一种有害作用,但人类利用摩擦为生产和生活服务。1摩擦分类 (1)按摩擦副的运动状态分为动摩擦和静摩擦。 (2)按摩擦副的运动形式分为滑动摩擦和滚动摩擦。 (3)按摩擦表面的润滑状态分为: 干摩擦 摩擦表面间没有任何润滑剂时的摩擦。摩擦系数最大,约为0.11.5。边界摩擦 摩擦表面间有一层极薄的润滑油膜时的摩擦。油膜的厚使为0.lm,摩擦系数约为0.050.5。流体摩擦 摩擦表面间有一层边界膜和流体膜时的摩擦。摩擦系数最小,约为0.
6、0010.01。混合摩擦 摩擦表面间同时存在边界摩擦和干摩擦的半干摩擦,或同时存在边界摩擦与流体摩擦的半液摩擦,均称为混合摩擦。2干摩擦机理 人类从15世纪就已开始研究摩擦,提出了各种理论阐明摩擦的本质,但观点至今未能统一,其中粘着理论较为广泛接受。两个摩擦表面接触时,在外载荷作用下只有表面上少数微凸起处接触,接触点上的应力很大,产生弹性变形,进而产生塑性变形使接触面积增大。接触点上的氧化膜被压碎,致使两个摩擦表面金属分子相互吸引和扩散而熔合,形成接触点处两种金属粘着,称为冷焊。摩擦表面上未接触部分的峰谷相互嵌入呈犬牙交错状态,如图2-4所示。当两个摩擦表面相对滑动时,冷焊点被剪断,犬牙交错的
7、峰被剪切掉。随后又在新的接触点粘着和冷焊点被剪断,直至实际接触面积增大到足以承受所加载荷为止。摩擦过程就是粘着与滑动交替作用的过程,其结果造成表面的磨损。干摩擦后的金属表面不仅被磨损,而且表面性质发生变化:表面塑性变形引起加工硬化;摩擦产生的热量使表面温度升高,以致使表面金属再结晶而又软化,甚至发生相变淬火而使表面硬度更高。摩擦过程中环境因素对摩擦表面的作用将引起更大的磨损,例如空气中氧气的氧化作用,水分、润滑油中的酸和硫的腐蚀作用等。3边界摩擦机理边界摩擦是极为普遍的摩擦形式,如气缸套与活塞环、机床导轨与刀架之间等均是处于此种摩擦中。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
8、其添加剂的理化作用在摩擦表面上形成边界膜而减少摩擦与磨损。边界摩擦取决于两个摩擦表面的特点和润滑剂的特性。摩擦表面的粗糙度和表面性质影响边界摩擦。边界膜的结构形式分为吸附膜和反应膜。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。1)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。由于分子与表面的结合力较弱,形成单层分子层或多层分子层,并且受热容易脱吸。所以物理吸附膜适用于常温、低速和轻载的工作条件。2)化学吸附膜 当润滑剂中的极性分子靠化学键力吸附在金属表面上时,形成化学吸附膜。这种膜很薄,吸附较为稳定,吸附与脱吸不完全可逆
9、。化学吸附膜适用于中等的负荷、速度和温度的工作条件。3)化学反应膜为了满足高温、高压和高速的工作条件,常在润滑油中加入含硫、磷、氮等元素的添加剂,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化学反应膜。化学反应膜熔点高、吸附稳定,但不可逆,抗剪切强度低,具有良好的润滑性能。所以,化学反应膜适用于重载、高速和高温的工作条件。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,如图2-5所示,当表面粗糙时,较大的尖峰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潜损。润滑油在边界润滑中降低摩擦磨损的能力称为润滑
10、油的油性。润滑油的极性越强,油膜吸附越牢固,油性越好,反之油性差。通常用加入油性添加剂来提高润滑油的油性。在高温重载条件下,在润滑油中添加极压添加剂,可起缓和边界油膜破坏的作用和防粘着。所以极压添加剂犹如增强油膜强度,故又称为油膜增强剂。4.流体摩擦机理 在充分润滑条件下,摩擦表面间有极薄的边界膜和一定厚度的流体膜,摩擦发生在润滑剂流体膜内,摩擦系数最小,产生的磨损也最小。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受外部载荷并隔开摩擦表面,这种润滑称为流体动压润滑。利用外部压力将具有一定压力的润滑剂流体不断地打入摩擦表面间使之隔开,这种润滑称为流体静压润滑。例如低速二冲程柴油
11、机十字头销轴承采用静压润滑,Sulzer RTA38/48型柴油机十字头油承润滑油压力为1.21.6MPa。流体动压润滑是依靠轴承或相动运动表面在运动方向上构成几何收敛楔形而产生的楔形效应。为此,或者是相对运动零件结构上自然形成,如轴与轴承、推力块与推力环在运转时均能形成楔形油膜;或者将相对运动零件的表面设计成一定的形状以便运转时产生楔形效应,建立楔形油膜。在此基础上具备以下条件建立楔形油膜,实现流体动压润滑:(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
12、对滑动速度。船舶机械实际运转中,在起动、停车或不稳定工况运转时,摩擦副难以实现或保持流体动压润滑,而产生磨损。第二节 磨 损一、磨损概念机器运转过程中,相对运动的摩擦表面的物质逐渐损耗,使零件尺寸、形状和位置精度以及表面质量发生变化的现象称为磨损。零件磨损后将会改变配合件的性质,影响机器的性能和使用寿命。据统计,大约80% 的机器零件失效是磨损造成的。船舶机械中,磨损同样是一种重要的故障模式。例如,船舶主、副柴油机的可靠性直接受到活塞环-气缸套、曲轴轴承等重要配合件磨损的影响。1磨损指标 零件磨损后的尺寸和几何形状误差直接影响机器的工作性能和可靠性。在船上的轮机管理工作中,为了不使零件产生过大
13、的磨损,通常采用定期测量零件来检查和控制其磨损量,使尺寸和几何形状误差在要求范围内保证配合件的间隙和工作性能。1)磨损量 (1)磨损量是用零件摩擦表面的尺寸变化量来衡量的。零件直径方向上的磨损量: 轴 =d。一d 孔 =D一D。 式中:d。、D。分别为轴、孔的名义直径,mm;d、D分别为运转一定时间后的轴、孔实测直径,mm。(2)磨损率是指单位时间内零件半径方向上的最大磨损量max: mm/kh 式中:t工作时间,h 。 零件的磨损量和磨损率可以用零件自投入使用至报废的时间间隔内两次测量值之差来计算,也可以任一段工作时间间隔内两次测量值之差来计算。依测量值计算出的磨损量和磨损率应与机器说明书或
14、有关标准、规范的数值比较,以便判断零件的磨损程度。2)几何形状误差(1)圆度t 是指半径差为公差t的两个同心圆之间的区域。圆度是用来衡量回转件横截面(垂直零件轴线的截面)的几何形状精度,限制回转件横截面的几何形状误差。可采用圆度仪、千分尺或百分表测量零件的实际圆度,即圆度误差t。圆度误差t是用被测零件上指定横截面的两个相互垂直的直径差之半表示的: mm式中:t指定横截面的圆度误差,mm; D1、D2指定横截面上两个相互垂直的直径,mm。测量并计算出被测零件上数个指定横截面的圆度误差值,取其中最大值tmax与说明书、标准或规范的给定值t比较,判断零件横截面几何形状的变化情况,要求tmax t 。
15、 (2)圆柱度u 是指半径差为公差u的两个同心圆柱面间的区域。圆柱度是用来衡量回转件纵截面(包含零件轴线的截面)的几何形状精度,限制回转件纵截面的几何形状误差。采用圆度仪、千分尺或百分表测量零件的实际圆柱度,即圆柱度误差u。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。 mm测量并计算被测零件上两个相互垂直纵截面的圆柱度误差,取其中最大值umax 与说明书、标准或规范的给定值u比较,要求umax u 。(3)平面度v 是指公差带是距离为公差值v的两个半行平面之间的区域。平面度是用来衡量平面平直的几何精度指标。生产中采用三点法测量,即将被测平
16、面上相距最远三点上的基准靶调成等高,构成一理想平面或称基准平面,测量被测平面上各点至基准平面的距离,以其中最大(或最小)值与基准高的差值作为平面度误差V 。此外,还可采用水平仪、拉钢丝线等方法测量。2磨损规律 运动副在运转过程中产生磨损有一定规律。图2-6为一正常运转运动副的磨损量与其运转时间的关系曲线,即磨损曲线。图中横坐标表示运转时间,纵坐标表示磨损量。磨损曲线反映了新造或修理的零件自投入运转到失效的三个工作阶段的磨损情况。1)磨合期 曲线OA对应的工作时间为磨合期。磨合期是零件运转初期,其特点是时间短,磨损量大,即磨损速度大。磨合期的作用是使运动副摩擦表面的形貌和性质从初始状态过度到正常
17、使用状态。一般来说,磨合期越短,磨合质量越好,机器越早进入正常运转期。所以,磨合是机器或运动副能否投入正常运转的前提。2)正常磨损期 正常磨损期是机器正常运转阶段,是曲线AB对应的工作时间。由于磨合期的良好磨合使摩擦表面形成适应运转工况的形貌,表面冷硬层形成,硬度提高,磨损显著降低。所以,这个阶段的特点是磨损速度降低,磨损量小且稳定。AB的斜率越小,磨损也越缓慢,正常运转时间越长。关键是做好运转阶段的维护保养工作,及时排除那些增大磨损的偶然因素。3)急剧磨损阶段 曲线上B点以后的线段所对应的工作时间为急剧磨损期。运动副长期运转后,零件的磨损量和几何形状误差均较大,运动副的配合间隙增大,配合性质
18、变坏,以致运转中产生振动、冲击,温度升高,磨损加剧,运动副进入急剧磨损期。此时应立即停机检修,否则将导致事故发生。3磨合是运动副正常运转的前提 磨合是运动副摩擦表面的形貌和性质从初始状态过渡到使用状态必经的运转阶段,是投入正常使用不可缺少的技术措施。这是由于磨合可以提高摩擦表面质量,有效地承载;提高机器和运动副的可靠性和延长使用寿命;发现和排除检修和装配中的缺陷;在磨合过程中调整参数和修整机器,使之相互协调,获得最好的动力性和经济性。因此,机器或运动副投入正常运转前应获得良好磨合。 1)磨合良好的要求 (1)消除摩擦表面的初始粗糙度,使实际接触面积增大,可达80% 以上;(2)运动副工作表面形
19、成彼此适应、服贴的形貌; (3)建立工作条件下耐久的润滑油膜,使运动副获得稳定、有效地润滑。 2)磨合良好的标志 (1)磨合后的工作表面光滑、洁净和明亮,无加工痕迹和伤损、变色等;(2)短时间内完成初期有效的磨损;(3)工作表面的摩擦系数、磨损率和温度均在较低的水平。磨合是一个非常复杂而又精细的摩擦表面再加工过程,是在诸多不同因素共同作用下进行的,这些因素在磨合过程中不仅难于控制,而且还在不断变化。为此,运动副磨合时采取促进良好磨合的措施实为必要。3)实现良好磨合的措施 (1)运动副的材料和摩擦表面的初始粗糙度应有利于磨合。运动副的材料应具有良好耐磨性、抗咬合性,或采用摩擦表面的改性处理来提高
20、耐磨性、抗咬合性,以利于运动副的磨合。如采用表面镀铬、喷钼、氮化等工艺。 摩擦表面应具有最佳初始粗糙度,以便在短时间内完成磨合。初始粗糙度过大,磨合时磨损速度大,产生过量磨损;初始粗糙度过小,磨合时磨损速度小,磨损量小,磨合时间长。所以摩擦表面合适的粗糙度,既可保证必要的磨损,又能在短时间内完成磨合。(2)保证良好的润滑。磨合时润滑油品质(如粘度、清净性等)优良和充分连续地供给,有利于油膜的建立与保持。 (3)制订科学合理的磨合程序。磨合时运转时间和负荷分配要有利于磨合。长时间低负荷运转难于达到初期有效的磨损;短时间高负荷运转又易产生过度磨损,二者均难形成正常运转所需的表面形貌。因此,一般采用
21、转速由低到高、负荷由小到大、合理分配运转时间的原则制订磨合程序,以保证顺利磨合。二.磨损机理 摩擦使运动副工作表面产生磨损,但它不是产生磨损的唯一原因。对机械零件的磨损系统进行分析可以看出,磨损是系统中包括摩擦在内的各种因素共同作用的结果。在摩擦条件下,应力相互作用将会导致表面疲劳磨损和磨料磨损,而材料相互作用将会导致腐蚀磨损和粘着磨损。1粘着磨损 粘着磨损是在润滑条件下产生的一种常见磨损。是摩擦副相对运动时,偶然因素使在法向载荷作用下摩擦表面上某些微小接触处的金属直接接触形成粘着点(冷焊点),在随后的运动中粘着点又被剪断,摩擦表面的金属发生转移,不断地粘着、剪断和金属转移构成粘着磨损。根据粘
22、着磨损中粘着点被剪切的部位和表面被破坏的程度不同,粘着磨损分为5种:1)轻微磨损 剪切发生在粘着结合面上,摩擦表面有极轻微的金属转移。粘着点的结合强度低于摩擦副的两种基体金属的强度。2)涂抹 剪切发生在距粘着面不远的较软金属表面浅层处,金属脱落并涂抹粘附在较硬金属表面上。粘着点处的强度大于较软金属基体。3)擦伤 剪切发生在较软金属的近表层处,在较软金属表面上产生沿运动方向的细小拉痕(拉毛)或较重拉痕(划痕),这是转移到硬金属表面金属粘着物对较软金属表面的犁削作用。粘着点的强度高于两种基体金属。4)撕裂 或称粘焊,是比擦伤更重的粘着磨损。剪切发生在运动副之一或双方的表面深处,粘着点的强度高于两基
23、体,肉眼可见金属表面的撕裂、粗糙和明显的塑性变形。5)咬死 运动副工作表面粘着面积较大,粘着强度很高,致使运动副不能相对运动而咬死。如柴油机活塞与气缸套咬死,称咬缸。影响粘着磨损的因素主要有两个:一是运动副本身的材质与特性,二是运动副的工作条件,如载荷、运动速度、工作温度、润滑条件等。以下着重分析运动副材质的影响:1)运动副金属的互溶性 固态下金属互溶性好的运动副,粘着倾向大,容易产生粘着磨损。实践证明,相同材料相互摩擦产生的粘着磨损较异种材料大得多。所以,在元素周期表中相距较远的元素互溶性小,不容易发生粘着。2)金属的晶体结构 晶体结构对粘着磨损有重要的影响,具有密排六方晶格的金属粘着倾向小
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 零件 摩擦 磨损
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【胜****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【胜****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。