《摩擦磨损试验》PPT课件.ppt

摩擦磨损实验,1 摩擦磨损试验的目的及内容 材料性能评定 滑剂性能评定 摩擦磨损机理分析 进行基础研究,2 影响摩擦磨损的因素 温度 载荷 速度 接触几何条件 环境气氛 表面性质 运动形式 润滑状态,3 摩擦磨损测量参数 3.1 摩擦参数 摩擦力 摩擦力矩 摩擦系数 3.2磨损量参数 3.2.1直接参数 线性磨损量-长度变化 面积磨损量-面积变化 体积磨损量-体积变化 质量磨损量-质量变化 3.2.2相关参数 利用磨损量的倒数来表示摩擦副的耐磨性 磨损速度 磨损量与摩擦路程的比值 3.2.3间接参数 使用寿命 3.3 摩擦温升（体积温升 闪温）3.4摩擦振动及躁声,3.1 摩擦测量摩擦力及摩擦系数 摩擦系数大小是表示摩擦材料系统特性的主要参数之一。摩擦系数分为静摩擦系数fs 和动摩擦系数fk（一般不注明“k”字）。在给出某种材料的摩擦系数时，必须注明该数值的试验条件和所用的测试设备，因为不同的试验条件和不同测试设备所测定的摩擦系数大小是不一样的。,静摩擦系数测量一倾斜法：把被测物体放在对偶材料的斜面上，如图所示，逐渐增大斜面的倾斜角，当被测物体开始滑动时，其斜面的倾斜角即为摩擦角。根据下面公式计算出静摩擦系数fs：,静摩擦系数测量二 牵引法：把重量为N的被测物体放在对偶材料的平面上，如图所示，用砝码牵引，逐渐增加砝码被测物体开始滑动时，此时所加砝码重量P就是最大的静摩擦力F。根据下面公式计算出摩擦系数fs：考虑到滑轮系统的摩擦力对测量精度有一定的影响，测量前应首先对滑轮系进行标定。,P,N,fs=P/N,动摩擦系数的测定方法动摩擦系数的测定系用间接测量方法。根据动摩擦系数公式 fk=F/P，通过测出摩擦力F或摩擦力矩M和正压力P，便可计算出摩擦系数。常用的测量摩擦力或摩擦力矩的方法有机械法和电测法。l 机械法：有杠杆法和弹簧法两种。杠杆法就是用杠杆加砝码来平衡摩擦过程中所产生的摩擦力矩，根据杠杆原理来计算出摩擦力或摩擦力矩。弹簧法是用弹簧直接或间接地拉住摩擦副一方，然后根据弹簧的弹性变形力求出摩擦力。l 电测法：把压力传感器附加在测力元件上，将摩擦力或摩擦力矩转换成电量（电讯号），输入到测量和记录仪上，自动记录下摩擦过程中摩擦系数的变化。目前测定动摩擦系数大多采用此法。,3.2磨损量参数磨损量是评定摩擦材料的耐磨性，控制产品质量和研究摩擦磨损机理的一个重要指标。磨损量测量方法有两类，即间接测法和直接测定法。间接测定法只能确定各个摩擦表面磨损量的总值，而不能确定磨损量在摩擦表面的分布情况和由于磨损造成的零件尺寸的变化。直接测定法是专门测定某一工作表面的磨损量的方法，它能测出摩擦表面尺寸的变化和磨损量在摩擦表面的分布情况。各类方法都有自己的特点，不能互相代替而只能互相补充。,3.2磨损量参数 3.2.1直接参数 线性磨损量-长度变化 面积磨损量-面积变化 体积磨损量-体积变化 质量磨损量-质量变化 3.2.2相关参数 利用磨损量的倒数来表示摩擦副的耐磨性 磨损速度 磨损量与摩擦路程的比值 3.2.3间接参数 使用寿命,3.3 摩擦温升（体积温升 闪温）3.4摩擦振动及躁声,3.5磨损测量l 测长法 测长法是根据摩擦表面法向尺寸在试验前后的变化来确定磨损量，常用测量长度仪器如千分尺、千分表、测长仪、万能工具显微镜、读数显微镜等。为了便于测量，往往在摩擦表面上人为作出测量基准，然后以此测量基准来量度摩擦表面的尺寸。测量基准根据试件形状和尺寸，在不影响试验结果的条件下设置，其形式有：1)台阶式：在摩擦表面边缘上专门加工一个台阶表面作为测量基准。2)切槽式；在摩擦表面上专门加工一条凹槽作为测量基准。3)压印式：利用硬度计压头，在试样表面上压下凹痕，测量压痕尺 寸在试验前后变化计算磨损量。切槽式和压印式测定摩擦表面局部磨损较为方便，也有利于测量摩擦表面的磨损分布情况，但由于要局部破坏试件的表层，对研究摩擦磨损过程中表层组织结构变化不利，而且只适用于测定试件表面光洁度较高，磨损量又不大等情况。,3.5磨损测量l 测重法零件在试验或使用过程中，由于磨损的结果都会发生重量和尺寸的变化，称重法就是根据试样在试验前后的重量变化，用精密分析天平称量来确定磨损量。按照称重精度选用天平精度，一般常用万分之一克。这种方法简单，采用最普遍。若试样在摩擦过程中其摩擦表层产生了较大的塑性变形时，试样尺寸虽然变化了，但是重量损失不大，则测量磨损量误差增大，就不能采用此法。它适用于小试件和在摩擦过程中不发生较大塑性变形的材料。,3.5磨损测量l 金相分析法观察摩擦表面在磨损前后的金相显微组织的变化，分析其变化规律来判断磨损程度。可采用电子显微镜和光学显微镜来观测，这种方法特别适宜研究腐蚀磨损和疲劳磨损。,3.5磨损测量l 润滑油分析法分析润滑油中含铁量法当摩擦表面不断地供给润滑油时，磨损产物便被润滑油带走，并悬浮于润滑油中。显然润滑油的含铁量与零件的磨损程度有关。若能确定润滑油中的含铁量，即可估计零件的磨损程度。首先从润滑油中提取试样，将取出的润滑油烧成灰烬再进行化学分析或光谱分析，以确定试样中的含铁量。在不同的间隔时间所取试样的含铁量差值，即表示零件的磨损率。分析润滑油中含铁量的方法，仅能确定零件的磨损率，而不能确定零件的绝对磨损量，也不能确定零件磨损的分配情况。但此法对于进行对比性试验是很有利的。在发动机试验时，常用此法来评价发动机主要零件的磨损率，以及某些因素对零件磨损的影响。,3.5磨损测量 磨损微粒分析对磨损产物微粒的成分和形态的分析，不仅是研究磨损机理的主要方法之一，而且是工程上磨损预测和预报的重要手段。光谱分析 铁谱分析法,3.5磨损测量光谱分析法-应用光谱学原理来确定物质的结构和化学成分。一般条件下，物质的原子是处于稳定状态，若用光子能量来激发物质的原子，使其原子得到一定的能量，从基体跃到较高的能级，由于激发的原子是不稳定的，在108秒内便要向基态转化而跃到较低的能级，多余的能量则以光的形式释放出来而产生光谱。光谱分析法就是利用物质原子在一定条件下能发射具有特征的光谱的这一特性进行的。因为每种元素都有各自的特征光谱线，这样测定其物质所发射的光谱，便能定性地确定其中所含的化学成分。因为每种元素所发射特征光谱线的强度，都与它在物质中的含量有关，所以可通过对光谱强度的比较，确定物质中各元素含量的多少。光谱分析法具有极高的灵敏度和准确度，且分析速度快，能对运转时的机器零件的磨损状态进行检测，预报机械设备的磨损状态。用光谱分析时，一般从机器设备中抽出带有磨损磨粒的润滑油，分析其磨损磨粒的金属种类及其含量的变化，从而了解其磨损情况。,3.5磨损测量光谱分析有原子发射光谱分析法和原子吸收光谱分析法两种。（原子发射光谱（AES）分析法磨损磨粒在高温状态用带电粒子撞（一般用电火花），使发射出代表各元素特征的各种波长的辐射线，并采用一个适当的分光仪分离出所要求的辐射线，通过把所测的辐射线与事先准备的校准器相比较来确定磨损磨粒的种类和含量。（原子吸收光谱（AAS）分析法采用具有波长连续分布的光透过磨损磨粒，某些波长的光被磨粒吸收而形成吸收光谱。在一般情况下，物质吸收光谱的波长与该物质发射光谱波长相等，同样可以确定金属的种类和含量。因为发射光谱一般必须在高温下获得，而高温下的分子或晶体往往易于分解，因此原子吸收光谱分析法还适宜用于研究金属的结构。,3.5磨损测量 铁谱分析法 铁谱分析是一种从润滑油试样中分离和分析磨损微粒和碎片的技术。它借助于各种光学或电子显微镜等检测和分析，方便地确定磨损微粒或碎片的形状、尺寸、数量以及材料成分，从而判别零件表面磨损类型和程度（采用铁谱仪分离磨损微粒制成铁谱片。铁谱仪由三部分组成，即：抽取润滑剂试样的泵；使磨损微粒磁化沉积的强磁铁；形成铁谱的透明底片。润滑剂试样沿倾斜的底片向下流时，受到一连续不断增高的磁场力的作用，磨损微粒就被磁化。磁性引力与微粒的体积成正比。因此大微粒首先沉积，而细微粒则跟着在较远距离沉积，即大微粒在入口端沉积，细微粒在后端沉积，沿着斜面不断增高的磁场力的作用下，对于足够磁性的材料，在60毫米长的底片上的沉积率达100，这样，最后使微粒按照其大小次序全部均匀地沉积在底片上。通常抽取约2毫升的试样在底片上，用清洗液冲洗底片上残余油液，最后用固定液使微粒牢固地贴附在底片上便制成铁谱片，以便观察和检测。,3.5磨损测量 通过检测和分析铁谱片,判断磨损变化程度,两个特征量磨损微粒量 Iq=AL+A它表示不同时间磨损微粒量的变化，称为磨损定量指数。当严重磨损开始时，其数值急剧增大。大小微粒量之差 ISALAS它表示不同时间磨损微粒尺寸比例的相对变化。其数值越大则磨损越恶化，故称为磨损严重性指数。综合上述两方面的影响因素，对于整个磨损情况可得出磨损度指数方程如下：IA=IqIS=(AL+AS)(AL-AS)IA称为磨损度指数；Iq称为磨损定量指数；IS称为磨损严重性指数。根据磨损度指数方程的磨损度指数IA，可以判断系统状态是否正常。,3.5磨损测量 用铁谱显微镜检测分析铁谱显微镜（Ferroscope）又称双色显微镜，它由带铁谱读数器的双色显微镜组成。它不单用来研究微粒，而且可鉴别材料成分，从而确定磨粒的来源，即判断磨损零件及其具体部位。确定磨损状态的原理与上述相同，这里只介绍鉴别材料成分。沉积在铁谱片上的磨损微粒，除有金属微粒外，还有由于氧化或腐蚀产生的化合物微粒。金属磨损微粒是非透明的，而化合物微料通常是透明或半透明的，因而要用双色显微镜检测。双色显微镜利用一组绿色透射光和一组红色反射光同时照射到微粒上，不同成分的微粒将呈现出不同的颜色。根据颜色和形状就可以确定磨粒的成分，判断出磨损的具体部位，以便研究磨损机理。3,3.5磨损测量 用扫描电镜检测分析 观察微小的单个磨损微粒形态和构造的细节，清晰地显出和区分出片、螺旋状、卷状、曲线状、球状和鳞状等各种形态的磨粒。根据磨粒形貌特征，可确定相应阶段所发生的磨损类型。正常摩擦磨损的微粒，一般呈小片状。切削和磨料磨损的微粒，一般呈螺旋状、卷状和曲线状；这种微粒的集中出现是严重磨损过程的表现，若其数目急剧增多，则表明机器损坏即将开始。高应力引起的表面疲劳磨损的微粒，一般呈鳞状，其形态在三个垂直方向上的尺寸接近相等。氧化磨损（化学磨损或腐蚀）的微粒，一般呈球状。,3.5磨损测量 用铁谱片加热法检测分析对铁谱片进行加热处理，根据其回火颜色，可鉴别出各种磨粒的材料和成分。对于铜合金，由于它们特有的黄色和青铜色，不需加热便可识别；对于如银、镉、铬、铝、镁、钛、锌等非铁磁性材料，加热后其回火颜色没有变化；对于铸铁、镍、奥氏体不锈钢等磁性材料，加热到不同温度，其回火后的颜色有所不同。这种铁谱片加热法检测磨粒材料和成分是一种比较可行和有用的方法。,3.5磨损测量 对于磨损磨粒的分析，铁谱和光谱分析各有所长。铁谱能将磨损磨粒按尺寸列出，并反映出颗粒的形状、磨损的性质，但是进一步定性定量分析有困难。光谱能够区别磨损微粒的元素，并能进行定量分析，但对于大于2微米的微粒即失去检测效能，而很多机械的失效，磨损磨粒往往大于2微米。因此，对磨损磨粒的分析，联合使用铁谱和光谱可以相互补充，达到比较完美的检测效果.,3.5磨损测量 l 放射性同位素法先将试件进行放射性同位素活化，使其是具有放射性，然后进行摩擦试验，根据磨屑的放射性计算或活化件放射性强度下降量或活化件金属转移量，换算出相应的磨损量。这种方法测量精度很高，达到105106克，而且可以在不停止机器运转和不拆卸机器的情况下，确定零件的磨损或单独测定个别零件的磨损，以及自动记录零件磨损量的变化，随时得到磨损的测量结果。这些优点使它越来越广泛地应用于各工业领域中研究机器的磨损问题。,3.5磨损测量l 表面形貌分析法 通过分析和测量磨损前后表面形貌的变化来分析磨损状态.,4 摩擦磨损基本类型 粘着、疲劳、磨粒、腐蚀、冲蚀、微动、复合磨损等 点、线、面接触 滑动、滚动、往复、旋转、复合运动等 常规、高速、高温、真空、低温等,5 常用的摩擦磨损实验方法 标准试验机试验 模拟台架试验 实际试验,5 常用的摩擦磨损实验方法 标准试验机试验 试验机试验是把所需研究的摩擦件制成尺寸较小的试样，在相应的标准试验机上进行。它的试验条件选择范围较宽，影响因素容易控制。这类试验费用低，周期短，在短时间内可以进行较多参数和较多次数的试验，试验数据重复性较好，对比性较强，易于发现其规律性，一般多作为研究性试验。研究不同摩擦副的摩擦磨损的机理及其影响因素的规律。也可以作为评定某种材料的摩擦磨损性能的试验。,5 常用的摩擦磨损实验方法 模拟台架试验 台架试验是在相应的专门台架试验机上进行的。它在试样试验基础上，优选出能基本满足摩擦、磨损性能要求的材料，制成与实际结构尺寸相似的摩擦件并模拟实际使用条件进行试验。其目的在于选择摩擦副的合理结构，校验试验数据和在模拟实际工况条件下摩擦件的可靠性。台架试验相对于试样试验来说，更接近于实际使用条件，从而提高试验数据的可靠性，相对于使用试验来说，较易控制试验条件，还可强化实际使用条件，缩短试验周期，减少试验费用。,5 常用的摩擦磨损实验方法 实际试验这种试验的真实性和可靠性较好，是摩擦磨损试验最终不可缺少的。但是它需要较多的人力物力，需要特殊的测量仪器，费用较高，周期长，而且试验结果由于受到因素的综合影响，不易进行单因素的考察，不易分析问题产生的原因。如果不进行前述两种类型试验，一开始就进行使用试验，特别对于摩擦磨损这样一个多因素复杂问题，必然难以抓住主要矛质作为分析比较，致使整个试验周期长，费用更大。,5 常用的摩擦磨损实验方法上述三种类型的试验，不一定按照常规试验分别依次地进行。主要应根据具体情况决定。可以分别选取或结合进行，即可把三种类型试验结合进行，也可把试样试验和使用试验或把台架试验和使用试验结合进行，对于结构简单的机械件，亦可直接进行使用试验。,6 摩擦磨损试验机的基本类型滑动摩擦磨损试验机 四球试验机 销盘试验机 环块试验机 往复运动销盘试验机,6 摩擦磨损试验机的基本类型磨粒磨损试验机,试样,砂槽,磨粒磨损试验机,6 摩擦磨损试验机的基本类型l 滚动磨损试验机盘式滚动试验机 滚动四球试验机,6 摩擦磨损试验机的基本类型冲蚀磨损试验机,7 摩擦磨损试验分析方法 对比试验法在相同条件下进行试验，将几种试样或者将要试验的试样与已知标准试样进行对比试验，以比较其摩擦磨损性能，从而选择或确定具有较好的摩擦、磨损性能的材料和结构。标准试验法用统一的标准化试验方法，测量和研究出各种材料的摩擦磨损性能指标，以便对各种材料在不同工况条件下的摩擦磨损性能进行比较和选择。使用范围试验法在广泛试验条件下进行试验,以便求得它的最大使用范围或最高使用条件 使用性能试验法按照实际使用情况进行试验,