摩擦与磨损的作用及对策

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：图1.24磨损过程曲线1.3.3磨损分类一般工况下，根据磨损机理及零件表面磨损状态的不同，磨损可分为磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损及腐蚀磨损等。除注意满足润滑条件外，合理选择摩擦副材料、提高零件表面硬度、降低表面粗糙度等措施是减轻磨粒磨损的途径。

活动情境

拆解报废的减速器。

任务要求

总结减速器报废的原因，观察齿面的磨损情况。

任务引领

通过观察与操作回答以下问题：

1.是何原因导致减速器报废？

2.如果没有摩擦，减速器能否正常工作？

3.磨损的结果如何？齿面呈什么状态？轴承游隙是否较大？声音是否正常？

4.怎样才能有效地减少磨损？

归纳总结

观察发现，减速器的外壳并无损坏，而内部机构却已不能有效地传递动力。其失效的主要原因是齿轮的轮齿已严重磨损，不能继续工作。

其实，各类机器在工作时，零件相对运动的接触部位都存在着摩擦，摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象。摩擦不仅造成能量损耗，而且使零件相互作用的表面发热、磨损，甚至导致零件失效。据统计，世界上每年1/3~1/2的能量消耗在各种形式的摩擦中，约有80%的零件因磨损而报废。为了提高机械的使用寿命以及节省能源和材料，应设法尽量减少摩擦和减少磨损。应当指出，摩擦也可加以利用，实现动力传递（如带传动）、制动（如摩擦制动器）及联接（如过盈联接等）。这些应增大摩擦，但仍应减少磨损。

1.3.1　摩擦

摩擦有不同的形式。根据工作零件的运动形式，可分为静摩擦和动摩擦；根据位移情况的不同，可分为滑动摩擦和滚动摩擦；根据摩擦表面之间的润滑状态的不同，可分为干摩擦、液体摩擦、边界摩擦及混合摩擦。

1）干摩擦

接触表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦，称为干摩擦，如图1.23（a）所示。

干摩擦的摩擦因素大，磨损严重，一般应尽量避免。

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图1.23　摩擦副的表面润滑状态

2）液体摩擦

两摩擦表面不直接接触，中间有一层完整的油膜（一般油膜厚度为1.5μm以上）隔开，如图1.23（b）所示。

液体摩擦几乎不产生磨损，是一种理想的摩擦状态。

有时，需要外界设备供应润滑油，其造价高。液体摩擦通常用于润滑要求较高的场合。

3）边界摩擦

接触表面被吸附在表面的极薄边界膜（油膜厚度≤1μm）隔开，使其处于干摩擦与液体摩擦之间的状态，如图1.23（c）所示。

4）混合摩擦

混合摩擦是指干摩擦、液体摩擦和边界摩擦共存的状态，如图1.23（d）所示。

1.3.2　磨损

运转部位接触表面之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐损失，这种现象称为磨损。磨损降低机器的效率和可靠性，甚至导致机器提前报废。因此，要努力避免或减轻磨损。

在机械正常运转过程中，磨损大致可分为以下3个阶段：

1）磨合（跑合）磨损阶段

在这一阶段，随着表面逐渐磨平，磨损是速度由快逐渐减缓，为零件的正常运转创造条件。磨合结束后，应清洗零件，更换润滑油。

2）稳定磨损阶段

在这一阶段，磨损缓慢，机器进入正常工作阶段。该阶段的长短代表零件使用寿命的长短。

3）剧烈磨损阶段

在这一阶段，磨损急剧增加，精度丧失，机械效率下降，最终导致完全失效。

磨损过程曲线如图1.24所示。

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图1.24　磨损过程曲线

1.3.3　磨损分类

一般工况下，根据磨损机理及零件表面磨损状态的不同，磨损可分为磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损及腐蚀磨损等。

1）磨粒磨损

摩擦表面上的硬质凸起，磨损形成的坚硬磨粒或其他颗粒进入摩擦表面之间，对零件表面起磨削作用，这种使金属表面磨损的现象称为磨粒磨损。

除注意满足润滑条件外，合理选择摩擦副材料、提高零件表面硬度、降低表面粗糙度等措施是减轻磨粒磨损的途径。

2）黏着磨损

在混合摩擦和边界摩擦状态下，当载荷较大、速度提高时，边界膜破裂，金属接触固相焊合形成的黏结点因相对滑动被剪切断裂，发生材料由一个表面向另一个表面转移的现象，称为黏着磨损。

黏着磨损分为轻微磨损、胶合和咬死。胶合是高速重载时常见的失效形式。

合理选择配对材料，采用表面处理，限制摩擦面的温度和压强，采用含有油性和极压添加剂的润滑剂，都可减轻黏着磨损。

3）疲劳磨损（点蚀）

两个相互滚动或滚动兼移动的摩擦表面，在接触区受循环变化的高接触应力作用下，零件表面出现裂纹，随着应力循环次数的增加，裂纹逐渐扩展以至表面金属剥落，出现凹坑，这种现象称为疲劳磨损，又称点蚀。

合理选择材料及表面硬度，降低表面粗糙度，选择黏度高的润滑油等可提高抗疲劳磨损的能力。

4）腐蚀磨损

在摩擦过程中，摩擦面与周围介质发生化学或电化学而产生物质损失的现象，称为腐蚀磨损。它是机械作用与腐蚀作用的结果。腐蚀磨损可在没有摩擦的条件下形成。在潮湿的环境中，腐蚀磨损甚至比其他磨损的磨损速度更快，故机器不能长时间闲置。

应指出的是，实际上大多数磨损是以上述4种磨损的复合形式出现的。

自测题

一、判断题

1.干摩擦磨损严重，应尽量避免。（　）

2.液体摩擦几乎不产生磨损，一般机器上常见。（　）

3.摩擦会产生磨损，所以摩擦不可以利用。（　）

4.机器在磨合磨损阶段后，应清洗零件，更换润滑油。（　）

二、选择题

1.工程实践中见到最多的摩擦状态是（　）。

A.干摩擦　B.液体摩擦　C.混合摩擦

2.在潮湿的环境下，机器不能长时间闲置的主要原因是（　）。

A.磨粒磨损　B.黏着磨损　C.腐蚀磨损

3.如果零件稳定磨损阶段时间越长，则其使用寿命（　）。

A.越长　B.越短　C.不变

4.下列可减小疲劳磨损的措施是（　）。

A.提高表面粗糙度　B.减小零件表面硬度　C.选择黏度高的润滑油

摩擦与磨损的作用及对策

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