25
2016
05

机械磨损分析(一)

磨损指摩擦体接触表面的材料在相对运动中由于机械作用,间或伴有化学作用而产生的不断损耗的现象。它是摩擦学研究的重要内容,也是机械零件失效的主要原因之一。

1基本信息

磨损是零部件失效的一种基本类型。通常意义上来讲,磨损是指零部件几何尺寸(体积)变小。零部件失去原有设计所规定的功能称为失效。失效包括完全丧失原定功能;功能降低和有严重损伤或隐患,继续使用会失去可靠性及安全性。

2磨损分类

按照表面破坏机理特征,磨损可以分为磨料磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等(还有气蚀磨损)。前三种是磨损的基本类型,后两种只在某些特定条件下才会发生。

①磨料磨损:物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物(包括硬金属)相互摩擦引起表面材料损失。

②粘着磨损:摩擦副相对运动时,由于固相焊合作用的结果,造成接触面金属损耗。

③表面疲劳磨损:两接触表面在交变接触压应力的作用下,材料表面因疲劳而产生物质损失。

④腐蚀磨损:零件表面在摩擦的过程中,表面金属与周围介质发生化学或电化学反应,因而出现的物质损失。

⑤微动磨损:两接触表面间没有宏观相对运动,但在外界变动负荷影响下,有小振幅的相对振动(小于100μm),此时接触表面间产生大量的微小氧化物磨损粉末,因此造成的磨损称为微动磨损。

3性能参量

性能参量是表征材料磨损性能的参量。

为了反映零件的磨损,常常需要用一些参量来表征材料的磨损性能。常用的性能参量有以下几种:

(1)磨损量 由于磨损引起的材料损失量称为磨损量,它可通过测量长度、体积或质量的变化而得到,并相应称它们为线磨损量、体积磨损量和质量磨损量。

(2)磨损率 以单位时间内材料的磨损量表示,即磨损率I=dV /dt (V为磨损量,t为时间)。

(3)磨损度 以单位滑移距离内材料的磨损量来表示,即磨损度E=dV/dL (L为滑移距离)。

(4)耐磨性 指材料抵抗磨损的性能,它以规定摩擦条件下的磨损率或磨损度的倒数来表示,即耐磨性=dt/dV或dL/dV。

(5)相对耐磨性 指在同样条件下,两种材料(通常其中一种是Pb-Sn合金标准试样)的耐磨性之比值,即相对耐磨性εw=ε试样/ε标样。

4失效过程

机械零件的磨损失效常经历一定的磨损阶段。如图1a所示为典型的磨损过程曲线,图1b表示磨损过程曲线的斜率,即磨损率曲线。根据磨损率曲线,可以将磨损失效过程分为三个阶段。

(1)跑合磨损阶段(图中0a段) 新的摩擦副在运行初期,由于对偶表面的表面粗糙度值较大,实际接触面积较小,接触点数少而多数接触点的面积又较大,接触点粘着严重,因此磨损率较大。但随着跑合的进行,表面微峰峰顶逐

机械磨损分析(第一部)


(2)稳定磨损阶段(图中a-b段)这一阶段磨损缓慢且稳定,磨损率保持基本不变,属正常工作阶段,图中相应的横坐标就是摩擦副的耐磨寿命。
渐磨去,表面粗糙度值降低,实际接触面积增大,接触点数增多,磨损率降低,为稳定磨损阶段创造了条件。为了避免跑合磨损阶段损坏摩擦副,因此跑合磨损阶段多采取在空车或低负荷下进行;为了缩短跑合时间,也可采用含添加剂和固体润滑剂的润滑材料,在一定负荷和较高速度下进行跑合。跑合结束后,应进行清洗并换上新的润滑材料。

(3)剧烈磨损阶段(图中b-c段) 经过长时间的稳定磨损后,由于摩擦副对偶表面间的间隙和表面形貌的改变以及表层的疲劳,其磨损率急剧增大,使机械效率下降、精度丧失、产生异常振动和噪声、摩擦副温度迅速升高,最终导致摩擦副完全失效。

有时也会出现下列情况:

(1)在跑合磨损阶段与稳定磨损阶段无明显磨损。当表层达到疲劳极限后,就产生剧烈磨损,滚动轴承多属于这种类型。

(2)跑合磨损阶段磨损较快,但当转入稳定磨损阶段后,在很长的一段时间内磨损甚微,无明显的剧烈磨损阶段。一般特硬材料的磨损(如刀具等)就属于这一类。

(3)某些摩擦副的磨损,从一开始就存在着逐渐加速磨损的现象,如阀门的磨损就属于这种情况。


(本文系江苏省特种设备安全监督检验研究院强天鹏教授“承压特种设备无损检测新技术应用进展”讲义系列篇章之一,与本文相关篇章有:数字阵列探测器(DR)射线承压特种设备无损检测新技术应用进展概述篇;本文未完,更多资讯期待您的持续关注,我们将在后续的章节中继续为您分享,文章首发亚泰光电官网,由深圳市亚泰光电技术有限公司编辑整理,亚泰光电,国内知名工业内窥镜油品分析仪研发、生产厂家,致力于为客户提供针对性、专业化、系统性的设备诊断和状态监测产品解决方案,欢迎您的咨询与洽谈。0755-86656390)

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