第四章 摩擦磨损
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摩擦是两个表面相对滑动时沿运动方向所遇到的阻力。
摩擦是在机器工作过程中普遍存在的一种现象,造成能量损耗和摩擦表面物质的丧失或迁移,即磨损。
据估计消耗在摩擦过程中的能量约占世界工业能耗的 30%。
在机器工作过程中,磨损会造成零件的表面形状和尺寸缓慢而连续损坏,使得机器的工作性能与可靠性逐渐降低,甚至可能导致零件的突然破坏。
人类很早就开始对摩擦现象进行研究,取得了大量的成果,特别是近几十年来已在一些机器或零件的设计中考虑了磨损寿命问题。
在零件的结构设计、材料选用、加工制造、表面强化处理、润滑剂的选用、操作与维修等方面采取措施,可以有效地解决零件的摩擦磨损问题,提高机器的工作效率,减少能量损失,降低材料消耗,保证机器工作的可靠性。
一.摩擦的分类在机器工作时,零件之间不但相互接触,而且接触的表面之间还存在着相对运动。
从摩擦学的角度看,这种存在相互运动的接触面可以看作为摩擦副。
根据摩擦副之间的状态不同,摩擦可以分为:干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦,如图2-12所示。
1 干摩擦当摩擦副表面间不加任何润滑剂时,将出现固体表面直接接触的摩擦(见图 2-12a),工程上称为干摩擦。
此时,两摩擦表面间的相对运动将消耗大量的能量并造成严重的表面磨损。
这种摩擦状态是失效,在机器工作时是不允许出现的。
由于任何零件的表面都会因为氧化而形成氧化膜或被润滑油所湿润,所以在工程实际中,并不存在真正的干摩擦。
2 边界摩擦当摩擦副表面间有润滑油存在时,由于润滑油与金属表面间的物理吸附作用和化学吸附作用,润滑油会在金属表面上形成极薄的边界膜(见图 2-12b)。
边界膜的厚度非常小,通常只有几个分子到十几个分子厚,不足以将微观不平的两金属表面分隔开,所以相互运动时,金属表面的微凸出部分将发生接触,这种状态称为边界摩擦。
当摩擦副表面覆盖一层边界膜后,虽然表面磨损不能消除,但可以起着减小摩擦与减轻磨损的作用。
与干摩擦状态相比,边界摩擦状态时的摩擦系数要小的多。