摩擦學(xué)設(shè)計(jì)PPT之第4章：磨損

1、T0時(shí)間t磨損量H圖2磨損過(guò)程曲線T0磨損量H圖2磨損過(guò)程曲線時(shí)間tT0磨損量H時(shí)間t圖2磨損過(guò)程曲線T0磨損量H時(shí)間t圖2磨損過(guò)程曲線圖22 幾種不同工況下的磨損過(guò)程曲線圖圖42 粘著磨損模型粘著磨損模型圖中所示移動(dòng)距離圖中所示移動(dòng)距離2a后，移出的材料為底面半徑等于后，移出的材料為底面半徑等于a的半球體，其體積為：的半球體，其體積為：332aV，個(gè)結(jié)點(diǎn)移開(kāi)的總體積為：，個(gè)結(jié)點(diǎn)移開(kāi)的總體積為： 332anV(-) 由式由式(4-1)整理后代入式整理后代入式(4-2)得：得：aWVs32(-2) ssvWaaWaVR312322考慮到真實(shí)接觸面積只占名義面積的很小的一部分，而且在一次滑動(dòng)中也并

2、考慮到真實(shí)接觸面積只占名義面積的很小的一部分，而且在一次滑動(dòng)中也并非所有結(jié)點(diǎn)都形成磨屑而脫落，故引入粘著磨損系數(shù)非所有結(jié)點(diǎn)都形成磨屑而脫落，故引入粘著磨損系數(shù)Kad，式，式4-3變?yōu)椋鹤優(yōu)椋簊advWkR31(-4) (-3) 式中：式中：s較軟材料的屈服極限；較軟材料的屈服極限； Kad是一個(gè)遠(yuǎn)小于是一個(gè)遠(yuǎn)小于1的系數(shù)的系數(shù),表示粘著結(jié)點(diǎn)形成磨屑的概率。表示粘著結(jié)點(diǎn)形成磨屑的概率。通常，在潤(rùn)滑良好時(shí)、表面塑性變形大的條件下發(fā)生第一類(lèi)膠合。在滑通常，在潤(rùn)滑良好時(shí)、表面塑性變形大的條件下發(fā)生第一類(lèi)膠合。在滑動(dòng)速度高、表面應(yīng)力高、溫升明鮮的條件下發(fā)生第二類(lèi)膠合。動(dòng)速度高、表面應(yīng)力高、溫升明鮮的條件

3、下發(fā)生第二類(lèi)膠合。圖圖47 二體（二體（a）、三體（）、三體（b）磨粒磨損示意圖）磨粒磨損示意圖abanrWs22單位移動(dòng)距離內(nèi)材料的總轉(zhuǎn)移體積為單位移動(dòng)距離內(nèi)材料的總轉(zhuǎn)移體積為 ctgrnVv2將上式聯(lián)立消去將上式聯(lián)立消去n后便得：后便得： ctgWRsv2(-)HWKRabV(4-6)式中：式中：H軟材料的硬度；軟材料的硬度；ab 磨粒磨損系數(shù)。磨粒磨損系數(shù)。從從(4-5)和和(4-6)式可以看出，磨粒磨損與粘著磨損有一些相似之處，即磨式可以看出，磨粒磨損與粘著磨損有一些相似之處，即磨損率損率Rv與載荷與載荷W成正比，與軟材料屈服壓力或硬度成正比，與軟材料屈服壓力或硬度H成反比。因而成反比

4、。因而(4-6)式式可作為定性分析磨粒磨損時(shí)的參考?？勺鳛槎ㄐ苑治瞿チＤp時(shí)的參考。圖圖4-9 磨粒硬度對(duì)磨損的影響磨粒硬度對(duì)磨損的影響一低磨損區(qū)一低磨損區(qū)Ha 0.7Hm；一磨損轉(zhuǎn)化區(qū)一磨損轉(zhuǎn)化區(qū)Ha0.7Hm；一高磨損區(qū)一高磨損區(qū)Ha0.7Hm；圖圖4-4 A3和和45#鋼磨粒尺寸的臨界值鋼磨粒尺寸的臨界值圖圖4-5 點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕圖圖46剝層凹坑剝層凹坑圖圖4裂紋的擴(kuò)展裂紋的擴(kuò)展工況條件：在疲勞磨損中，材料除受循環(huán)應(yīng)力的影響外，工況條件：在疲勞磨損中，材料除受循環(huán)應(yīng)力的影響外，還受到摩擦過(guò)程中伴隨發(fā)生的一系列的物理化學(xué)變化，以及還受到摩擦過(guò)程中伴隨發(fā)生的一系列的物理化學(xué)變化，以及殘余應(yīng)力，組織

5、結(jié)構(gòu)缺陷，表面溫度以及塑性變形等因素的殘余應(yīng)力，組織結(jié)構(gòu)缺陷，表面溫度以及塑性變形等因素的影響，其工作條件遠(yuǎn)比整體疲勞惡劣得多。影響，其工作條件遠(yuǎn)比整體疲勞惡劣得多。疲勞磨損的機(jī)理可以應(yīng)用于磨粒磨損，粘著磨損，腐蝕磨損疲勞磨損的機(jī)理可以應(yīng)用于磨粒磨損，粘著磨損，腐蝕磨損和微動(dòng)磨損。和微動(dòng)磨損。consttm9圖圖4-8 剝層磨損接觸類(lèi)型的轉(zhuǎn)變剝層磨損接觸類(lèi)型的轉(zhuǎn)變圖圖4-8 剝層磨損的過(guò)程剝層磨損的過(guò)程（）磨屑的形成（）磨屑的形成當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定長(zhǎng)度當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定長(zhǎng)度后，就在裂紋與表面之后，就在裂紋與表面之間材料的薄弱位置被剪間材料的薄弱位置被剪斷，形成薄而長(zhǎng)的片狀斷，形成薄而長(zhǎng)的片狀磨屑而

6、剝落。磨屑而剝落。圖圖4-8 剝層磨損的過(guò)程剝層磨損的過(guò)程fGbh)1 (4 (4-11) 式中：剪切模量； b格斯向量，表示位錯(cuò)掃出滑移面到達(dá)表面時(shí)，滑移面上下兩部分晶體的相對(duì)位移； f摩擦應(yīng)力； 泊松比。 cvlCChlLVR212 (4-11) 1C2C式中：式中：l接觸長(zhǎng)度；接觸長(zhǎng)度； h磨屑的厚度；磨屑的厚度； 接觸微凸體峰頂?shù)钠骄g距；接觸微凸體峰頂?shù)钠骄g距；裂紋兩端在裂紋兩端在N次應(yīng)力循環(huán)中的平均擴(kuò)展速度；次應(yīng)力循環(huán)中的平均擴(kuò)展速度；l0沿滑動(dòng)方向的裂紋間距離。hrkRhALFVWE (-)式中：式中：k摩擦功；摩擦功； F摩擦力；摩擦力； L摩擦路程；摩擦路程； V形成磨屑的

7、體積；形成磨屑的體積； h線磨損量；線磨損量； Rh線磨損率，線磨損率，Rhh/L。 EnEEEnkee() ()111 (-4)得到得到 1) 1(nEEe enEE (-)將將(4-14)代入式代入式(4-15)得得 1) 1(nnEE 由于由于，上式可以寫(xiě)成，上式可以寫(xiě)成 ) 1(nnEE (-6)nEnkRh) 1( (-7)上式中的上式中的k、n都是和材料的物理機(jī)械性質(zhì)、組織結(jié)都是和材料的物理機(jī)械性質(zhì)、組織結(jié)構(gòu)及微觀機(jī)械特性有關(guān)的量，這些量的關(guān)系尚不清楚，因構(gòu)及微觀機(jī)械特性有關(guān)的量，這些量的關(guān)系尚不清楚，因此要把磨損能量理論應(yīng)用于實(shí)際磨損計(jì)算，還有待進(jìn)一步此要把磨損能量理論應(yīng)用于實(shí)際

8、磨損計(jì)算，還有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究，所以，磨損的能量理論還不能應(yīng)用于解析表達(dá)試驗(yàn)研究，所以，磨損的能量理論還不能應(yīng)用于解析表達(dá)式。式。 LHLAVRnLh (4-18)式中式中 Rh線磨損率；線磨損率； L滑動(dòng)距離；滑動(dòng)距離； VL滑動(dòng)距離為滑動(dòng)距離為L(zhǎng)時(shí)的磨損體積；時(shí)的磨損體積； An名義接觸面積；名義接觸面積； H線磨損量。線磨損量。上式表示了磨損過(guò)程宏觀特性之間的關(guān)系。對(duì)于產(chǎn)生上式表示了磨損過(guò)程宏觀特性之間的關(guān)系。對(duì)于產(chǎn)生V體積的磨損屑，體積的磨損屑，在微觀定量方面相當(dāng)于每個(gè)接觸微凸體上有厚度為在微觀定量方面相當(dāng)于每個(gè)接觸微凸體上有厚度為h的一層材料被磨掉，即：的一層材料被磨掉，即：V=hA

9、r。式中式中h h值是一個(gè)假定值，而不是從接觸斑點(diǎn)上真正磨掉的材料厚度。值是一個(gè)假定值，而不是從接觸斑點(diǎn)上真正磨掉的材料厚度。H H才是才是磨損表面磨到的厚度。磨損表面磨到的厚度。 ridAVdhr (4-20)考慮到考慮到V/L=V/d，將它與上式一并代如，將它與上式一并代如(4-19) 式中得：式中得：arharhaaLhAArdLAdLArLdAVLLAVR上式將磨損過(guò)程的宏觀特性與微觀特性聯(lián)系起來(lái)。在此分析的上式將磨損過(guò)程的宏觀特性與微觀特性聯(lián)系起來(lái)。在此分析的基礎(chǔ)上，克拉蓋爾斯基按照磨損的疲勞理論，在總結(jié)了大量實(shí)基礎(chǔ)上，克拉蓋爾斯基按照磨損的疲勞理論，在總結(jié)了大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，又

10、考慮到諸因素的影響后，推倒出磨損率的驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，又考慮到諸因素的影響后，推倒出磨損率的計(jì)算公式：計(jì)算公式：yytytyttmtyhkEPKKR01121212212 (-)式中：112212125 . 0KKyt；K10.2T0磨損量H時(shí)間t圖2磨損過(guò)程曲線 nmtVkpR （4-23）式中：式中： P法向載荷；法向載荷； V線速度；線速度； k與材料耐磨性、操作條件有關(guān)的系數(shù)；與材料耐磨性、操作條件有關(guān)的系數(shù)； m和和n分別是壓力和速度影響系數(shù)。分別是壓力和速度影響系數(shù)。 對(duì)磨粒磨損來(lái)說(shuō)，對(duì)磨粒磨損來(lái)說(shuō)，m1，n1。圖圖414 表面磨損和聯(lián)接磨損表面磨損和聯(lián)接磨損）滑動(dòng)接觸）滑動(dòng)接觸cos2121hhhcos2121hhhRRR或或 (4-25)1maxTRhht(4-28)式中：式中：T1計(jì)劃安排的兩次修理間隔時(shí)間。計(jì)劃安排的兩次修理間隔時(shí)間。 Rt時(shí)間磨損率；時(shí)間磨損率； Rt = T。其中其中計(jì)劃修理前整個(gè)操作時(shí)間。由此可得：計(jì)劃修理前整個(gè)操作時(shí)間。由此可得： hhh TTmax1 （4-29）由此可得：由此可得：圖圖415 錐面組合磨損計(jì)算圖錐面組合磨損計(jì)算圖n作業(yè)：用研磨工具研磨一工作業(yè)：用研磨工具研磨一工件的圓錐孔，如圖所示。件的圓錐孔，如圖所示。n已知：這個(gè)圓錐面摩擦副的已知：