第二章 船机零件的摩擦与磨损
船舶机器运转时，其上有相对运动的 运动副零件产生配合表面的摩擦，引起表面磨损。
磨损为船机故障模式，且影响船舶机器正常运转和船舶安全航行的因素。 摩擦消耗能量，据估计世界能源的1/3—2/1消耗在克服摩擦上，目前，船用柴油机的燃油消耗率以降低至163g/kw.h左右，有效率达50%以上，在损失的能量中消耗在运动副的能量则占10%之多。
因此，轮机人员要充分发挥船舶动力装置的效能就必须学习船机要件的摩擦等方面知识/
摩擦学是研究具有相对运动的相互作用表面的有关理论与实践的一门科学，且近30年来形成的一门科学。
摩擦学主要研究摩擦表面，摩擦机理，磨损极力，润滑理论和摩擦学的应用等内容。也可以说摩擦学是研究摩擦、磨损和润滑等关系的科学与技术的总称。
第一节 摩擦
一、 摩擦表面
相对动零件相互作用的表面而摩擦表面的摩擦与磨损情况与其表面的形貌，表面层结构，性能有密切的关系。 1、 摩擦表面的形貌和表特性
（1） 表面形貌定义：零件表面的几何形态称为表面形貌，是由表面的最后加
工方法、刀痕、切削分裂时的变形，刀具与表面的摩擦和加工系统振动等造成的。
（2） 组成：零件表面形貌由宏观几何形状，表面浓度和粗糙度（微观几何形
状）构成。
① 宏观几何形状是宏观表面轮廊线与名义几何形状的粗大偏差。 ② 表面波度：是在表面上周期性的波浪形状，介于宏观和微观几何形状
之间。
③ 粗糙度：微观表面轮廊的几何形状偏差。
（3） 表面粗糙度对零件摩擦表面的影响：
① 表面粗糙度直接影响零件表面的实际接触面积的大小和实际原理的大小。
② 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%。
③ 零件表面的耐磨性，疲劳强度，耐蚀性和配合性的稳定性。
(4)评定表面、粗糙度的常用方法：
常用方法：轮廓算术平均偏差Ra（微观表面轮廓几何形状偏差）。（单位nm.微米）
Ra是表面、轮廓在取样长度内各点的平均高度，反映了表面粗糙度的大小。 ？？ ？？ ？？ ？？
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2、 金属表面层结构：
① 零件金属表面层的结构和性能均与基体不同，经机械加工的表面层自
表向里依次是：污染层，吸附（气体）层，氧化层，加工硬化层构成，各层的厚度不同。
② 金属表面的性能基体不同，如表面具有自由能，具有润湿性，吸附作
用，化学作用和塑性变形等。 ？？？？？？？ ？？？？？？？ ？？？？ ？？？ ？？ ？ ？
二、 摩擦。
两个接触物体在外力作用下产生相对运动（成运动趋势）时，接触表面所产生切向阻力和阻力矩以阻止运动的现象称为摩擦里和摩擦力矩。（摩擦产生能，生热使接触表面磨损） 1、 摩擦分类
（1） 按摩擦到的运动状态分为动摩擦和静摩擦。 （2） 按摩擦到的运动形式分为滑动默哀厂和滚动摩擦。 （3） 按摩擦表面的润滑状态分为：
a． 干摩擦：摩擦边面间没有任何润滑剂时的摩擦，摩擦系数最大，
约为0.1～0.5.
b． 边界摩擦:摩擦表面间有一层级薄的润滑油膜时的摩擦,油膜的
厚度为0.1um,摩擦系数约为0.05～０.５
c． 流体摩擦:摩擦表面间有一层边界膜和流体膜时的摩擦,摩擦系
数最小,约为0.0001～0.01(磨损最小).
d.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，或者同时存在边界摩
擦与流体摩擦的半液摩擦，均称为混合摩擦。 一般机械中的摩擦副的摩擦状态大多为半液体摩擦 2．干摩擦机理
人类从15世纪就开始研究摩擦，推出了各种理论阐明摩擦的本质，但观点至今未能统一，其中粘着理论（粘着说）较为广泛接受。
1）2个摩擦表面接触时，在外载荷作用下不能形成面接触，接触点上的应力很大，产生弹性变形，当应力达到材料的屈服极限时，产生塑性变形，使接触面积增大。接触点的氧化膜被压碎致使两个摩擦表面金属分子相互吸引和扩散而溶合，形成接触点处两种金属黏着，称为冷焊 2）摩擦表面互未接触部分的峰谷相互嵌入呈犬牙交错状态
当两个摩擦表面相对滑动时，冷焊点被剪断，犬牙交错的峰被剪切掉随后又在的接触点粘着和冷焊点被剪断直至实际接触面积增大到足以承受所加载荷为止。 摩擦过程就是黏着与交替作用的过程，起结果造成表面磨损。
3）摩擦过程中环抗因素对摩擦表面的作用将引起更大的磨损，例如空气中氧气的氧化作用，水与润滑油中酸和硫的腐蚀作用等。
摩擦表面间没有润滑剂的配合件相互运动时周围的介质对摩擦表面的作用将造成摩擦表面更大磨损。
3．边界摩擦机理
边界摩擦是极为普遍的摩擦形式。
如气缸套与活塞环，机床导轨与刀架之间等 当润滑条件不充分时，摩擦表面间只有少量润滑剂，通过润滑剂及其添加剂的理化作用在摩擦表面上形成边界膜而减少摩擦与磨损。
**方式：边界膜的结构形式分为吸附膜与反应膜
吸附膜是指有润滑剂中的极性分子吸附在摩擦表面上形成的边界膜。分为物理吸附膜和化学吸附膜。
1）物理吸附膜：
靠分子吸引力使极性分子定向排列吸附于金属表面上称为物理吸附。由于分子与表面的*合能力比较弱，形成单层分子层或*层分子层并且受热容易脱吸。所以物理吸附膜运用于*温、低速和轻载的
工作条件。 2）化学吸附膜
润滑剂中的一些极性分子的有价电子与金属或其氯化表面交换电子产生新的化合物，这种化合物的极性分子定向排列吸附于金属表面称为化学吸附。 这种膜很薄，吸附较为稳定，吸附与脱吸不完全可逆。
化学吸附膜适用于中等的负荷速度和温度的工作条件（中速、中载） 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、磷、氮等元素的添加剂。 高温下这些元素与金属表面发生化学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，具有良好的润滑性能，所以化学反应膜适用重载、高温和高速的工作条件。
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，通常加入油性涤加剂来提高润滑的*油性。 4．流体摩擦机理
在充分的润滑条件下，摩擦表面*有极薄的边界膜和一定厚度的流体膜摩擦发生在润滑剂流体膜内，摩擦系数最小，产生的摩擦也最小。
1）流体动压润滑：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。
2）流体静压润滑：利用外部压力将具有一定压力的润滑剂流体不断的打入摩擦表面间使之隔开。
▲ 建立楔形油膜，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 2．摩擦表面间具有一定的合适配合间隙
3．保证连续而*充分的供给一定温度下黏度合适的润滑油 4．相对运动的零件必须具有***的相对滑动速度。
第二节 磨损 一、磨损概念：
1定义：机器运转过程中，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。 2 磨损的影响：
零件的磨损后将会改变配合件的配合性质，同时影响机器的性能和使用寿命。据统计，大约80%的机器零件失效都是磨损造成的。 3 磨损指标
零件磨损后的尺寸和几何形状误差直接影响机器的工作性能和可靠性。在船上的轮机管理工作中，为了不使零件产生过大的磨损，通常采用定期测量零件来检查和控制共磨损量，使尺寸和几何形状误差在要求范围内，保证配合件的间隙和工作性能。 1）（1）磨换量：是用零件摩擦表面的尺寸变化来衡量的。 零件直径方向上的磨损量：***************** 式中**，** 分别为轴、孔的名义直径mm
**，** 分别为逆转一定时候的轴、孔的直径mm
（2）磨损率：指单位时间内零件半径方向上的最大磨损量*** **=*********** t为工作时间
零件的磨损量和磨损率可以用零件自投入使用至报废的时间间隔内两次测量值之差来计算，也可以任意工作时间间隔内两次测量值之差来计算。依测量值计算上的磨损量和磨损率应与机器说明书或有关标准规范的数值相比