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第1章表面形貌与特性

发布时间:2020-07-23 20:18 作者:金宝搏

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  摩擦:在正压力作用下相互接触的两个物体受切 向外力的影响而发生相对滑动(或有相对 滑动的趋势)时,在接触表面上产生抵抗 滑动阻力的现象。 磨损:摩擦造成的能量损耗和摩擦表面物质丧失 或转移的现象。 润滑:为了控制摩擦、减少磨损、提高机器效率、 减小能量损失、降低材料消耗、保证机器 工作可靠性的一种有效手段。 摩擦磨损 杜永平 摩擦磨损造成的损失: ? 工业方面约有1/2~1/3的能量消耗在摩擦中; ? 大约80%的损坏零件是由于磨损引起的; ? 1981年美国公布,每年磨损造成的损失为100 亿美元; ? 前苏联由于磨损造成的损失每年约120~140亿 卢布; 摩擦磨损 杜永平 ? 中国五个行业(冶金矿山、农机、煤炭、电力、 建材)的统计,每年由于磨料磨损而需要补充 的备件100万吨钢材,大约15~20亿人民币, 40%的农机具备件是由于磨料磨损消耗的, 30%的锅炉钢管是由于腐蚀磨损失效的。 ? 2005年11月5日新闻联播报道,在河南长垣举 行的第三届中国国际腐蚀控制大会上获悉,我 国每年由腐蚀所造成的损失大约为5000亿元人 民币,远远超过自然灾害和安全事故。 摩擦磨损 杜永平 磨损造成巨大损失的原因: ? 零件表面工作状态发生变化(点蚀、剥离); ? 零件尺寸发生变化: 工作精度达不到要求; 强度达不到要求,可靠性降低。 摩擦学:是摩擦、磨损、润滑科学的总称,是研 究在摩擦与磨损过程中两个相对运动表 面之间相互作用、变化及其有关的理论 与实践的一门学科。 摩擦磨损 杜永平 ? 十七世纪开始对摩擦进行研究,但真正形成一门 学科还是六十年代的事。 ? 1966年英国的Jost教授提出摩擦学(Tribology) 的概念,但到目前,摩擦、磨损的机理研究尚未 完全弄清,甚至实践比理论先得到解决。 ? 我国在摩擦学领域内曾有巨大贡献 : ? 公元前两千年左右就使用水碓、滑车等,采 用木质轴承,以动物油作润滑剂; ? 14世纪以前,我国在掌握轴承、齿轮、凸轮、 润滑剂等方面一直居于世界的前列; 摩擦磨损 杜永平 ? 1962年召开了摩擦、磨损和润滑研究的报告会; ? 1979年在广州成立了中国摩擦学会; ? 1987年首次在北京召开了国际摩擦学会议。 摩擦磨损 杜永平 第一章 表面形貌与特性 Surface Forms and its Characteristics 一、表面轮廓曲线及测量 摩擦磨损 杜永平 表面轮廓仪测量零件表面的轮廓曲线 测量样本必须具有代表性和可鉴别性: 各向同性的表面,测量数据有代表性; 各向异性的表面,测量数据没有代表性; 测量的数据受测量仪测头圆弧半径的影响。 摩擦磨损 杜永平 二、表面形貌参数 最常用的表面形貌参数是表面粗糙度(Surface Roughness): 取表面上某一个截面的外形轮廓曲线. 轮廓算术平均偏差Ra 轮廓各点高度在测量长度范 围内的算术平均值。 l ? ? Ra ? 0 z( x) dx l ? 1 n n i ?1 zi Ra 越大,表面越粗糙。 摩擦磨损 杜永平 2. 轮廓均方根偏差或称均方根值 ? ? ? ? 1 l z 2 ( x)dx ? l0 1 n n i ?1 zi2 3. 最大峰谷距Rmax或最大凸峰高度Rp 在测量长度内最高峰与最低谷之间的高度差。 4. 中线截距平均值Sma 轮廓曲线与中心线各交点 之间的截距Smi在测量长度 内的平均值。 ? Sma ? 1 n n i ?1 S mi 摩擦磨损 杜永平 一维形貌参数不能完善 地说明表面几何特征 二维表面形貌图像 三维形貌参数 即等高线图 摩擦磨损 杜永平 三、表面形貌的统计参数 1. 高度分布曲线(Gauss曲线) ? ( z ) ? ? ( z0 )e ? z2 2? 2 ? ? 1 2? e? z2 2? 2 Gauss分布曲线也称为承载面积曲线, 反映的是承受载荷的能力 摩擦磨损 杜永平 2. 分布曲线)偏态S 衡量分布曲线偏离对称位置程度的指标 ???z3? (z)dz S ? ?? ? 3 S=0 标准高斯分布 S>0 正偏态(右偏) S<0 负偏态(左偏) 摩擦磨损 杜永平 (2)峰态 K 表示分布曲线的 尖峭程度 ???z4? (z)dz K ? ?? ? 4 K=3 标准高斯分布 K>3 尖峰态,曲线 低峰态,曲线平缓 摩擦磨损 杜永平 ? 机器磨合的目的就是为了增加承载面积,进而 提高承载能力。 ? 磨合要体现“载荷由轻到重,速度由低到高” 的原则进行磨合。 ? 零件磨合后的表面性质: 左偏态(S<0 )、低峰态(K<3 ) 摩擦磨损 杜永平 3. 表面轮廓的自相关函数 自相关函数R(l): 相邻轮廓的关系和轮廓曲线的变化趋势。 R(l) ? z( x)? z( x ? l) ? 1 n R(l ) ? n i?1 z( xi ) ? z( xi ? l ) 1L R(l) ? lim L ?0 z(x) ? z(x ? l)dx ? l=0时: 1 R(l0 ) ? lim L L z2 ( x)dx ? ? 2 0 摩擦磨损 杜永平 精品课件! 摩擦磨损 杜永平 精品课件! 摩擦磨损 杜永平 无量纲的自相关函数 R* (l ) ? R(l ) R(l0 ) ? R(l ) ?2 ? 精加工表面,随机变化分量为主,函数衰减, 相关性随 l 的增加而减小; ? 粗加工表面,周期变化分量为主,函数不衰减, 相关性随 l 的增加而不变。 表面形貌特征的描述: ? 分布概率密度函数ψ(z):表示高度分布的大小及 分布状态; ? 自相关函数R(z):表示高度分布的变化和性质。 摩擦磨损 杜永平


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