摩擦磨损与润滑2(5)

3.疲劳理论卡拉盖尔斯基1957年发表了他在引入疲劳破坏的概念的基础上所创立的磨损的疲劳理论。基本要点：摩擦表面上的磨损是由于多次重复的摩擦作用的结果，即由于摩擦力的重复作用，材料受到了累计损伤而最终导致疲劳破坏，这种破坏首先发生于微观接触区。根据应力状态，其作用次数可以定量表示。不仅可用于解释表面疲劳磨损现象，也可用于分析粘着磨损和磨粒磨损的磨损过程。 4.热活化理论朱可夫把固体的破坏看作热活化过程，建立了寿命与破坏应力及破坏过程的活化能之间的关系。主要用于分析高分子材料的磨损。5.能量理论从磨损的物理本质上看，任何磨损都是能量的转化和分配的过程。弗莱舍尔于1973年发表了他所提出的能量理论。基本要点：摩擦表面的各个局部体积由于摩擦力做功而变形，摩擦功的大部分以热的形式消散，而小部分（约占全部摩擦功的9%-16%）以内能的形式储存在该体积中，即变形能。当该局部体积的内能积累到足以是表面破坏的某个临界值时，材料脱落形成磨屑，即产生磨损。只能定性地解释磨损的物理过程，而不能对磨损现象作定量描述。张嗣伟等提出了可对橡胶线接触磨粒磨损进行定量分析的橡胶磨损的能量理论。 6. 剥层理论许经过多年的研究，认为金属的滑动磨损是通过摩擦表面的裂纹生长，使其表层材料沿平行表面的方向逐层剥落而形成的。1973年，他发表了磨损的剥层理论。对于软、硬物体的磨损现象都能做出较满意的解释。下面将进一步介绍这种理论的主要内容。 4.7.3剥层理论的主要内容1.剥层的物理过程（1）微凸体的变形与断裂 （2）软表面出现塑性变形积累在许多硬微凸体相继传递的表面切向载荷的作用下，软表面产生塑性剪切变形并不断积累。 （3）微裂纹萌生随着表层附件塑性变形的积累，在其次表面层中出现位错堆积，加上材料内部存在杂质，空穴等缺陷，促使形成微裂纹。 （4）微裂纹扩展载荷继续作用，使裂纹扩展、长大，相邻裂纹连通。这种裂纹趋向于与表面平行，并在一定深度处扩展。此深度与材料性质及摩擦系数有关。（5）片状磨屑形成裂纹扩展到一定长度时，裂缝和表面之间的材料在某一薄弱处被剪断，因而产生薄片状的磨屑而剥落。 2.磨损方程考察一个微凸体在固体表面上自左向右滑过的情况，在该表面下方深度为d处，有一条长度为C的裂纹。根据裂纹两端L和R处的扩展速率，可导出磨损率方程如下：l2d(?CL??CR)Rv??lCl2d(?CL??CR)Rv??lC式中：l-接触表面的长度； ?-接触表面上微凸体顶峰之间的平均间距；lC-裂纹间距（沿滑动方向）。?CL和?CR分别为N个微凸体通过时，裂纹左右两端的平均扩展速率。它与接触表面的摩擦系数、裂纹深度d（即磨屑厚度）、接触长度以及材料性能有关。 裂纹深度d可由下式确定：d?Gb4?(1??)?fG—剪切模量；b—柏氏矢量（表示位错晶格位移的矢量）；?—泊松比；?—f表面摩擦应力。这个理论的试验依据就是在摩擦表面下的一定深度处会产生平行于摩擦表面，其大小和磨屑尺寸一致的裂纹。 剥层理论一般可用于解释具有塑性形变的金属和非金属的粘着磨损、疲劳磨损和微动磨损，但由于它一般考虑的只是低速滑动条件下的磨损，没有考虑温度的作用，因而还不能解释高速滑动条件下的磨损现象。但这一理论毕竟在力图阐明金属材料的各种磨损现象的共同本质方面迈出了可喜的一步，具有重要的学术价值。 §4-9磨损的检测与评定研究磨损要通过各种摩擦磨损试验设备，检测摩擦过程中的摩擦系数及磨损量（或磨损率）。研究磨屑和磨损后表面上的信息是研究磨损的重要一环。 4.9.1摩擦磨损试验机及试验设备磨损试验的目的在于研究各种因素对摩擦磨损的影响，从而合理地选择配对材料，采用有效措施降低摩擦、磨损，正确设计摩擦副的结构尺寸及冷却设施等等。摩擦磨损试验大体上可分为实验室试验，模拟试验或台架试验，以及使用试验或全尺寸试验三个层次。各层次试验设备的要求各不相同。 1.实验室评价设备摩擦副对偶实验机名称接触及运动形式点接触滑动摩擦旋转运动可测数据测量不同载荷与速度下球的磨损，磨斑直径和Pb，Pd值测量不同载荷与速度下的动摩擦系数和磨痕宽度应用范围适合于评定润滑油、脂、膏的润滑性及抗磨性四球机各种类型的环-块试验机TimkenMHK-500LFW-1HQ线接触滑动摩擦旋转或摆动液体及半固体润滑剂固体润滑材料干膜润滑剂 1.实验室评价设备摩擦副对偶实验机名称Falex-0试验机接触及运动形式线接触（4线）滑动摩擦旋转线接触（2线）滑动摩擦旋转可测数据应用范围在固定速度下液体润滑剂改变载荷固体润滑膜测定承载能力和耐磨寿命高温下固体材固体润滑材料料的摩擦系数，磨痕宽度环境和试样温度HohmanA-6型高温试验机 1.实验室评价设备摩擦副对偶实验机名称各种类型的栓-盘（Pin-Disk）试验机真空试验机高温试验机Falex-6型（有多种接触形式）粘滑试验机静动摩擦试验机；接触及运动形式点接触或面接触滑动摩擦旋转可测数据在不同载荷与速度下测定材料的摩擦系数和耐磨性（磨痕宽度，线磨损量，质量损失）及环境（真空度或温度）应用范围固体材料固体膜1.实验室评价设备摩擦副对偶实验机名称点接触在极低的速度下滑动摩擦测定材料的静摩直线或往复擦系数和动摩擦系数（粘滑现象）接触及运动形式可测数据固体膜固体材料液体或半固体润滑剂应用范围固体膜固体润滑材料液体润滑剂 滚滑类试验机n1=n2为纯滚动摩擦力矩MM-200n1=0为纯滑动磨损AMSLERn1≠n2为滚滑线接触（纯滚或滚滑），面接触（纯滑）旋转运动轴承PV值试验面接触机滑动摩擦旋转极限PV值温升液体润滑剂固体润滑材料固体膜 2.模拟试验或台架试验设备试验机名称滚动轴承试验机说明简图用实际的径向轴承或止推轴承作摩擦副，测轴承使用寿命齿轮或涡轮试验机如FZG齿轮试验机，用齿轮作试件，测载荷下齿轮的磨损情况2.模拟试验或台架试验设备试验机名称摩擦离合器试验装臵说明简图模拟离合器摩擦状态的试验装臵 端面密封试验装臵模拟密封件作动密封时的摩擦状态 3.使用试验（全尺寸试验）用实际部件甚至整机在实际工况条件及环境下进行试验，考查全部参量对整个摩擦磨损润滑系统综合作用的结果。实验结果很难判断单一因素在整个运转过程中的影响程度，也不容易分析造成磨损失效的根本原因。实验目的是确认系统运转的可靠性。通常这种试验是十分昂贵的，只有非常重要的部件才做全尺寸试验。