轮机维护与修理学习资料 第二章.ppt

1、摩擦表面的形貌和表示方法• 零件表面的几何形态称为表面形貌，它是由机 械加工造成的零件表面形貌由宏观几何形状 、表面波度和粗糙度构成 • 粗糙度是微观表面轮廓的几何形状偏差表面 粗糙度直接影响零件摩擦表面的实际接触面积 的大小和实际压强的大小两个表面接触时， 实际接触面积远远小于名义接触面积仅是名 义接触面积的0.01%,~,0.1%零件表面粗糙 度直接影响表面耐磨性、疲劳强度、耐蚀性和 配合性质的稳定性 • 常用轮廓算术平均偏差Ra表示第二章 船机零件的摩擦与磨损• 磨损是船机故障模式，据估计世界能源的 1/3~1/2消耗在克服摩擦上目前，柴油机在 损失的能量中消耗在运动副摩擦上的能量则占 10%之多 • 摩擦学是研究摩擦、磨损和润滑之间关系 的科学和技术的总称 • 第一节 摩擦 • 一、摩擦表面 • 摩擦表面的摩擦与磨损情况与其表面的形貌、 表面层结构、性能有密切关系2、金属表面层的结构• 零件金属表面层的结构和性能均与基体不 同经机加工的表面自表向里依次由污染层 、吸附层、氧化层和加工硬化层构成 • 二、摩擦 • 定义：两个接触物 • 体在外力作用下产 • 生相对运动时，接触 • 表面间产生切向阻力 • 和阻力矩以阻止运动 • 的现象称为摩擦。

1、摩擦分类 （1）按摩擦副的运动状态分为动摩擦和静摩擦 （2）按摩擦副的运动形式分为滑动和滚动摩擦 （3）按摩擦表面分为： 干摩擦：摩擦表面没有任何润滑剂的摩擦摩 擦系数最大约为0.1~1.5 边界摩擦：摩擦表面有一层极薄的润滑油膜时 的摩擦，摩擦系数约为0.05~0.5油膜厚度为 0.1μm 流体摩擦：摩擦表面有一层边界膜和流体膜时 的摩擦摩擦系数最小，约为0.001~0.01混合摩擦：摩擦表面同时存在边界摩擦 和干摩擦的半干摩擦；或同时存在边界摩擦 与流体摩擦的半液体摩擦，均为混合摩擦• 2、干摩擦机理 • 开始研究摩擦提出四种学说：机械啮合说、机 械说、粘着分子机械说和粘着说其中粘着理 论较为广泛接受 • 两摩擦表面在外载荷作用下，表面只有少数微 凸体接触，当应力达到材料的σs时，产生塑性 变形使接触面积增大接触点上的氧化膜被压 碎，使金属分子相互吸引和扩散而溶合，形成 两种金属粘着，称为冷焊未接触部分的峰与谷相互嵌入呈犬牙交错 状态摩擦过程就是粘着与滑动交替作用的 过程，其结果造成表面磨损 • 干摩擦不仅使零件磨损，而且表面性质变 化：表面塑性变形引起加工硬化：摩擦产生 热量使表面温度升高，金属再结晶而软化， 甚至相变淬火使表面硬度更高。

• 摩擦过程中环境因素对摩擦表面的作用将 引起更大的磨损 • 3、边界摩擦机理 • 使用极为普遍的摩擦形式，如气缸套与活 塞环其摩擦表面的吸附膜有：1）物理吸附膜• 是润滑剂中的极性分子靠静电吸附在摩擦 表面上形成极薄的边界膜称为物理吸附膜 因油膜极薄所以受热容易脱吸因此它适用 于常温、低速和轻载的工作条件 • 2）化学吸附膜 • 当润滑剂中的极性分子靠化学键吸附在金 属表面上时，形成化学吸附膜这种膜很薄 ，吸附较为稳定，所以它适用于中等负荷、 速度和温度的工作条件 • 3）化学反应膜 • 为了满足高温、高压和高速的工作条件，常在润滑油中加入含硫（S）、磷（P）、氮 （N2）等元素的添加剂，高温下这些元素反应 生成厚度较大的化学反应膜化学反应膜熔点 高、吸附稳定，但不可逆，抗剪切强度低，具 有良好的润滑性所以化学反应膜适用于重载 、高速和高温的工作条件• 润滑油在边界润滑中降低摩擦磨损的能力称 为润滑油的油性润滑油的极性越强，油膜吸 附越牢固，油性越好反之油性差通常加入 油性添加剂来提高润滑油的油性 • 在高温重载条件下，在润滑油中添加极压添加 剂，可缓和油膜破坏和防粘着，又称油膜增强 剂。

4、流体摩擦机理• 利用摩擦表面的相对运动使润滑剂流体产 生楔形油膜或挤压油膜来承受外部载荷并隔 开摩擦表面，称为流体动压润滑利用外部 一定压力的润滑剂流体不断地打入摩擦表面 间使之隔开，称流体静压润滑如二冲程柴 油机十字头销轴承采用静压润滑实现流体 动压润滑的条件： • （1）摩擦表面应具有较高的加工精度和表面 粗糙度等级； • （2）表面间具有一定的合适配合间隙；（3）保证连续而又充分地供给一定温度下 粘度合适的润滑油；• （4）相对运动的零件必须具有足够高的相 对滑动速度 • 船舶机械实际运转中，起动、停车或不 稳定工况运转时，摩擦副难以实现或保持 流体动压润滑，而产生磨损 • 零件磨损最大在起动阶段；其次在停车 或不稳定工况第二节 磨损 • 一、磨损概念 • 磨损定义：相对运动的摩擦表面的物质逐渐损耗，使零件尺寸 、形状和位置精度以及表面质量发生变化的现象称为磨损 • 大约80%的机器零件失效是磨损造成的磨损是一种重要的故 障模式 • 1、磨损指标 • 1）磨损量 • （1）磨损量Δ是用零件摩擦表面的尺寸变化量来衡量的 • 轴： Δ= do— d 孔： Δ= D—Do • （2）磨损率φ是指单位时间内零件半径方向上最大磨损量Δmax φ= Δmax / t • 2）几何形状误差 • （1）圆度 t 是指半径差为公差 t 的两个同心圆之间的区域。

• 圆度误差 tl = 1 / 2（D1—D2） mm（2）圆柱度 u 是指半径差为公差的两个同心圆柱面间的区域• 圆柱度 u1是用被测零件上指定纵截面上数个测量直径中最大 直径Dmax与最小直径Dmin差的一半表示 • U = 1 / 2（ Dmax—Dmin） • （3）平面度υ 是指公差带是距离为公差值υ的两个半行平面之 间的区域 • 2、磨损规律 • 1）磨合期 是零件运转初期，特点是时间短，磨损量大， • 磨合期的作用使运动副摩擦表面的形貌和性质从初始状态过渡 到正常使用状态是机器或运动副能否 • 投入产出正常运转的前提 • 2）正常磨合期 特点是磨损速度降低 • 磨损量下且稳定主要工作是 • 维护保养工作3）急剧磨损阶段 零件的磨损量和几何形状误差较大，运• 副配合间隙增大，配合性质变坏，以致振动、冲击，温度升高 ，磨损加剧，进入急剧磨损期应立即停机检修 • 3、磨合是运动副正常运转的前提 • 磨合是运动副摩擦表面的形貌和性质从初始状态过度到使用 状态必经的运转阶段是投入正常使用不可缺少的技术措施 • 磨合可以提高摩擦表面质量，有效地承载；提高机器和运动 副的可靠性和延长使用寿命。

• 1）良好磨合的要求 • （1）消除摩擦表面的初始粗糙度，使实际接触面积增大，可 达80%以上； • （2）运动副工作表面形成彼此适应、服贴的形貌； • （3）建立工作条件下耐久的润滑油膜，使运动副获得稳定、 有效地润滑2）良好磨合的标志• （1）磨合后的工作表面光滑、洁净和明亮，无加工 痕迹、变色； • （2）短期内完成初期有效磨损； • （3）工作表面的摩擦系数、磨损率和温度均在较低 的水平 • 3）实现良好磨合的措施 • （1）运动副的材料和摩擦表面的初始粗糙度应有利 于磨合材料应具有耐磨性、抗咬合性措施：表面 镀铬、喷钼、氮化等工艺 • （2）保证良好的润滑滑油品质优良和充分连续的 供给 • （3）制定科学合理的磨合程序一般原则：转速由 低到高、负荷由小到大二、磨损机理• 1、粘着磨损 是在润滑条件下产生常见磨损分为5种 • （1）轻微磨损 特点：粘着点的结合强度低于摩擦副的两种 基体金属的强度； • （2）涂抹 特点：粘着点处的强度大于软金属基体 • （3）擦伤 特点：剪切发生在较软金属的近表层处，粘着点 的强度高于两种基体金属使软金属表面产生拉痕 • （4）撕裂 特点：剪切发生在运动副之一或双方的表面深处 粘着点的强度高于两种基体。

可见金属表面的撕裂、粗糙和明 显的塑性变形 • （5）咬死 特点：粘着面积大，粘着强度很高，致使运动副 不能相对运动而咬死 • 影响粘着磨损 的因素： • （1）运动副金属的互溶性 固态下金属运动副互溶性 好，粘 着倾向大；相同材料摩擦粘着磨损 较异种材料大的多；在元素周期表中相距较远的元素互溶性小 • （2）金属的晶体结构 具有密排六方晶格的金属粘 着倾向大；体心和面心立方晶格的金属粘着倾向大； • 单晶体粘着倾向大于多晶体；单相合金的粘着倾向大 于多相合金；固溶体的粘着倾向大于化合物；塑性材 料粘着倾向大于脆性材料 • 2、磨粒磨损 在工业中磨粒磨损 是重要的磨损形式 ，约占便50%特别是矿山、建筑、粮食加工等机械 • 1）磨粒磨损机理 运动副表面硬度不同，硬表面上的 微凸体嵌入软表面使之发生塑性变形，对软表面进行 微切削和犁划磨粒对表面进行微切削和挤压，产生 塑性变形使表面疲劳破坏磨粒在软表面上犁出沟槽 ，形成拉痕，金属脱落而成磨屑磨粒可能来自外部：滑油中、燃油中、空气中,也可能来自 内部：磨损后的磨屑、燃烧产生的碳粒、腐蚀物等所 以为了减少磨损进行“三滤”（沉淀、分离、过滤）。

2）影响磨粒磨损的因素主要是运动副材料硬度和组织、磨粒硬度、尺寸和形 状材料越硬耐磨性越好；磨粒硬度是关键因素，越 硬磨损越大；尺寸越大磨损越大；形状越尖锐磨损越 大；强度越大磨损越大 3、腐蚀磨损金属与周围介质发生化学、电化学和机械作用使摩擦 表面金属损失的现象 腐蚀磨损是腐蚀和磨损相互促进共同作用的结果 腐蚀磨损受到环境、温度、介质、润滑条件、滑动速度 和载荷的影响1）氧化磨损• 定义：摩擦表面与空气或滑油中的氧或氧化性 介质发生化学反应形成氧化膜，氧化膜在摩擦 过程中不断地生成和脱落使零件金属损失的现 象 • 运动副材料成分，氧化膜的结构、性质及与基 体结合强度等决定磨损程度 • 2）特殊介质的腐蚀磨损 • 定义：摩擦表面与周围的酸、碱、盐等特殊介 质作用生成各种腐蚀产物并在摩擦过程中脱落 构成腐蚀磨损它比氧化腐蚀磨损快 • 3）微动磨损定义：两个紧密接触表面之间发生微小振幅的 相对振动所引起的机械化学磨损微动磨损包括：粘着、腐蚀、磨粒、疲劳磨损 • 一般发生在紧配合的轴与齿轮、叶轮与轴，发 动机固定处受振动的键、花键、螺栓、铆钉等 联接件的结合面 • 4、疲劳磨损 • 定义：两个接触表面，在接触区形成的循环交 变应力超过材料疲劳强度使接触表面产生塑性 变形和微裂纹，进而扩展、剥落。

• 主要是接触表面长期受交变应力的结果 • 主要发生在：齿轮、凸轮、滚动轴承第三节 活塞环与气缸套的摩擦磨损一、摩擦形式 边界摩擦或称边界润滑二、气缸套的正常磨损 磨损允许范围要小于（0.4%—0.8）D（气缸直 径）1、气缸套正常磨损的标志 1）缸套上部磨损大（上止点第一环对应位置最 大）；气缸套左右方向大于首尾方向 2）磨损率：铸铁缸套＜0.1mm/Kh 镀铬缸套在0.01~0.03mm/Kh 磨损均匀、清洁光滑、无明显划痕、擦伤等2、正常磨损原因 • （1）边界润滑部位油膜破坏局部金属直接接触引起的 粘着磨损； • （2）进入气缸空气中的灰尘、燃油或滑油燃烧生成的 氧化物、炭粒和灰分，燃油或滑油中的机械杂质引起的 磨粒磨损； • （3）燃油中的硫分引起的低温腐蚀，缸套上部约为下 部的 4 倍 • 三、气缸套的异常磨损 • 1、异常磨损的特征 • （1）铸铁缸套磨损率＞0.1mm/Kh，活塞环磨损率＞ 0.5mm/Kh • （2）缸套表面脏污，有明显划痕、擦伤、撕裂、拉缸 、咬缸等，缸壁表面有发蓝、烧灼等现象3）磨损产物颗粒较大，磨屑直径达30μm • 异常磨损可通过测量缸径计算：磨损率、内径 增量、圆度、圆柱度来判断。