机器摩擦磨损与润滑的基本知识培训课件整理.ppt
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1、机器摩擦磨损与润滑的基本知机器摩擦磨损与润滑的基本知识识一、摩擦磨损有关知识一、摩擦磨损有关知识 各种运转的机器,都有各种摩擦副组成的运动副,必然产生摩擦和磨损,是零件产生故障和失效的主要模式。据统计1,全世界总能耗的1/21/3消耗于摩擦,一般机器中7580%的零部件是因摩擦而出现故障以至报废。英、美、德、日等国,每年由于磨损造成的经济损失达数百亿美元;我国主要工业部门每年因磨损而损耗的备用件钢材达数百万吨。因此,如何减少磨损,对磨损的零部件进行监测分析、故障诊断和预报,是全世界都非常重视的研究内容。(一)摩擦本质(一)摩擦本质 两固体表面有接触而产生相对运动时,表面不平产生摩擦,凸峰处的接
2、触面积小而正压力大,发生相对切向滑动时出现以下几种现象:1、接触应力大。使表面产生塑性变形并破坏表面膜;塑变后的再结晶中,两表面的金属共同形成新生晶格,接触点处发生粘着现象,在运动中将这些粘着点剪断撕开,这种剪断所需的作用力即摩擦力。2、表面材料相互嵌入。硬质材料的凸峰会嵌入较软材料中,相互滑动时,硬凸峰将在较软材料上切削出一条沟槽,这种切削阻力也构成摩擦力。3、产生分子引力。两接触表面紧密贴合,会产生分子引力,阻碍正常运动而形成摩擦力。这三者构成摩擦力产生的基础,是摩擦现象的本质。(二)摩擦分类(二)摩擦分类 1、按摩擦副运动形式分。滑动摩擦,如机床导轨、滑动轴承等;滚动摩擦,如滚动轴承、车
3、辆运动等。有的摩擦副(如齿轮传动)既有滚动又有滑动。2、按表面润滑状况分。干摩擦、半于摩擦、边界摩擦、半液体摩擦和液体摩擦。为使机器可靠地正常运行,减少故障,要尽量保证在液体润滑状态下工作。如在两个相对运动平面之间,保持对磨的材料不变其摩擦系数对于干摩擦,液体摩擦和边界摩擦会有很大的变化:摩擦种类 摩擦系数干摩擦 0.液体润滑剂可提供稳定的摩擦系数,低的可压缩性,特别是粘度低的液体润滑剂更能有效地从摩擦表面带走热量,保证相对运动部件的尺寸稳定和设备精度。(3)综合分析换油法:取出油样进行实验分析来确定,此方法符合换油原则。特别是对流动摩擦的润滑状态下,注意这个基本性能十分重要。及时换油且应推行
4、定期查,按状态维修或换油的办法,与维修体制一样,变定时为按状态(按质)换油,加强定期的检查和测试是十分必要的。腐蚀磨损分氧化磨损(例如FeO,Fe2O3,Fe3O4等),即金属表面受到空气中或润滑油中氧的作用所形成的氧化膜,处于不断生、灭或减薄与增厚的交替循环之中,影响摩擦副的性态,增加磨损量;(2)现场鉴定换油法:根据现场油品的使用情况确定。在摩擦副之间具有足够厚度的润滑油膜,形成液体润滑,避免摩擦副表面的干摩擦而导致磨损加剧,过早损坏。气蚀是指在流体机械零件(例如高压泵、马达)的液体内产生气蚀气泡,或表面与冷却剂液体接触处(例如内燃机气缸套外壁)可能出现局部集中的麻点、针孔甚至蜂窝状孔穴群
5、等磨又如氧化稳定性、化学稳定性和抗燃性都大大的优于矿物油,但一般说来价格也比较高,特别是含氟油可说是价格昂贵。01边界摩擦 0.润滑涉及润滑剂和润滑方式两个方面。即使尚可修复,要化费昂贵的修理费用,故称损耗故障期。(最高为8%10%)溶解于液压油中的空气量取决于下列因素:液压油的种类;机械零部件的失效是影响机器正常运行的主要障碍之一。其中以矿物油用量最大,占全部液体润滑剂的90%以上。1mm)由此发生的磨损称微动磨损。硬质材料的凸峰会嵌入较软材料中,相互滑动时,硬凸峰将在较软材料上切削出一条沟槽,这种切削阻力也构成摩擦力。机械设备往往占工业企业固定资产总值的60%以上,是工业生产的物质技术基础
6、。润滑剂能够降低摩擦系数,从而减少摩擦生热。(三)磨损分类(三)磨损分类物体相对运动时,表面材料逐渐损耗(迁移或脱落),称磨损。1、影响磨损的主要因素、影响磨损的主要因素(1)零件所处的运动学和动力学状态,表面几何形貌和装配质量。(2)零件所处的环境,如温度、湿度、盐度、酸度、润滑介质。(3)零件材质。如材料成分、组织硬度、摩擦副材料匹配、磨损过程中的变化等。这三者在磨损过程中还会相互影响,产生种种复杂的磨损情况。2、磨损分类、磨损分类一般认为磨损可按其表面物质损耗的不同机理去分类。(1)粘着磨损摩擦副接触面发生粘着作用而产生磨损,有热粘和冷粘磨损之分。例如发动机汽缸的拉缸、滑动轴承的抱瓦、抱
7、轴及齿轮的胶合等。改善材料性能、合理设计运动学和动力学性能参数、改善润滑介质和润滑条件等,是减少或防止粘着磨损的主要措施。(2)磨粒磨损磨损后产生的金属颗粒是磨粒的主要来源,还包括装配清洗不好,外界污染的磨粒。磨粒磨损包括刨削式磨粒磨损,高应力碾碎式磨粒磨损、低应力擦伤式磨粒磨损。(3)腐蚀磨损在腐蚀性气体或液体环境中进行摩擦时,摩擦副表面会发生化学反应或电化学反应,生成反应产物,使表面生成物脱落,即称腐蚀磨损。腐蚀磨损分氧化磨损(例如FeO,Fe2O3,Fe3O4等),即金属表面受到空气中或润滑油中氧的作用所形成的氧化膜,处于不断生、灭或减薄与增厚的交替循环之中,影响摩擦副的性态,增加磨损量
8、;此外还有腐蚀介质磨损,即除氧以外的酸、碱、盐作用下,在摩擦过程中的生成物不断产生和磨耗的过程。(4)微动磨损两接触表面之间在外载荷作用下产生切向往复振动(振幅一般不超过0.1mm)由此发生的磨损称微动磨损。它通常发生在宏观上相对静止(静配合)的零件上,如花键联接、过盈配合的轴与孔、机座的固定处等。微动磨损使金属表面出现麻点或沟纹,导致配合或联接松动,增加磨损,振动加剧等不良后果。(5)冲蚀和气蚀冲蚀是指表面材料由于固体、气体、液体或其他混合相的不断高速冲击而发生的磨损现象。最常见的是固体颗粒对固体表面撞击造成的冲蚀,如水轮机、水泵叶轮被水中砂粒撞击,气流式材料输送管道的弯管内壁冲蚀等。气蚀是
9、指在流体机械零件(例如高压泵、马达)的液体内产生气蚀气泡,或表面与冷却剂液体接触处(例如内燃机气缸套外壁)可能出现局部集中的麻点、针孔甚至蜂窝状孔穴群等磨 损现象,这种现象称气蚀或穴蚀。(6)表面疲劳磨损循环应力周期性地作用在摩擦表面上,使表面材料疲劳而引起材料微粒脱落的现象,称疲劳磨损。一般可分两类:a.滚动接触疲劳磨损。是指以点、线接触的摩擦副在滚动或同时兼有滑动时的磨损,例如齿轮啮合、滚动轴承中钢球与内外滚道的接触中,都会产生这种疲劳磨损。b.滑动疲劳磨损。固体相互滑动摩擦表面的粗糙度使表面接触集中在若干接触点上,在 法向力作用下,实际接触斑点相互挤压产生应力和应变,这种过程反复进行,逐
10、渐形成应力集中源,继而产生裂纹或磨屑。例如各类滑动轴承即会产生这种磨损。图3-1(a)是磨损速率W与运行时间T的规律,像浴盆形状;及时换油且应推行定期查,按状态维修或换油的办法,与维修体制一样,变定时为按状态(按质)换油,加强定期的检查和测试是十分必要的。例如各类滑动轴承即会产生这种磨损。合成润滑油又分为六大类:(1)有机脂;(1)根据国家和企业的管理方针和目标确定设备管理的具体方针与目标;机械零部件的失效是影响机器正常运行的主要障碍之一。机械设备往往占工业企业固定资产总值的60%以上,是工业生产的物质技术基础。腐蚀磨损分氧化磨损(例如FeO,Fe2O3,Fe3O4等),即金属表面受到空气中或
11、润滑油中氧的作用所形成的氧化膜,处于不断生、灭或减薄与增厚的交替循环之中,影响摩擦副的性态,增加磨损量;这三者构成摩擦力产生的基础,是摩擦现象的本质。化学安性和热稳定性,这是对润滑剂从生产、运输、贮存到使用过程中的一种基本性能的要求,即不易被氧化、分解变质。(3)绘制设备润滑图表,发至每台设备,润滑图表要简明、准确、统一。二、机器磨损的浴盆曲线规律1、按摩擦副运动形式分。此外,润滑剂还具有防止表面腐蚀、降低摩擦表面温度、冲刷磨屑等功能。(2)建立切实可行的润滑管理机构和规章制度。又如氧化稳定性、化学稳定性和抗燃性都大大的优于矿物油,但一般说来价格也比较高,特别是含氟油可说是价格昂贵。即要求它对
12、被润滑部件的材料无腐蚀,无化学反应(如与橡胶接触时的溶胀)问题。能有效的控制和减小摩擦,润滑剂加到摩擦石之间一般可以减小摩擦,从而降低了摩擦系数。4、发现可能发生的问题。有的摩擦副(如齿轮传动)既有滚动又有滑动。二、机器磨损的浴盆曲线二、机器磨损的浴盆曲线规律规律 前面论述的各类磨损,在不同机器中都可能发生。磨损是客观存在,对于批生产使用的机器,磨损随使用时间而逐渐增长,经大量研究统计,具有如图1的浴盆曲线规律;由于磨损与故障率相关,故也称故障率规律曲线。(a)w=f(T)(b)Q=f(T)图3-1 机器磨损过程的浴盆曲线(故障率规律曲线)图3-1(a)是磨损速率W与运行时间T的规律,像浴盆形
13、状;图3-1(b)是磨损量Q与运行时间T的规律。两者形状虽不同,本质是一样的。由图3-1(a)或图3-1(b)可见,曲线分三个区段:1、早期故障期,也称机器磨合期(T1)在此阶段,机器装配后进行试验或磨合使用,由于各摩擦表面峰谷不平,故磨损速率W在一开始较大然后逐渐下降(图3-1(a),或磨损量Q由小向大增长(图3-1(b),当达一定运行时间后,无论是W或Q转折到逐渐平缓变化。因在此阶段,有可能出现故障,故称早期故障期,但只要制造、装配、润滑良好,一般是故障率很低或不出现。2、偶然故障期或正常使用期(T2)经过良好磨合后,各摩擦副表面已磨配良好,磨损稳定进入正常使用,这个期限很长,它标志机器的
14、正常寿命,但由于各种原因,也可能出现故障,故亦称偶然故障期。但应注意,实际磨损是平缓增长,没有突变,并非真像浴盆平底.3、磨损剧增期或损耗(劣化)故障期(T2),即应进行大修 机器使用到接近寿命期,W或Q会明显增长,标志应进入大修,如继续使用,磨损会急剧增加,出现严重故障,甚至机毁人亡。即使尚可修复,要化费昂贵的修理费用,故称损耗故障期。特殊情况的磨损曲线 三、机器中润滑油的作用三、机器中润滑油的作用 1、形成油膜。在摩擦副之间具有足够厚度的润滑油膜,形成液体润滑,避免摩擦副表面的干摩擦而导致磨损加剧,过早损坏。2、减少摩阻。液体润滑条件下可减少摩擦阻力,提高系统效率,减少发热量。3、帮助冷却
15、。由于循环油的不断循环,可以带走摩擦部位的热量。4、冲涮清洗。不断冲涮磨损产物,使其进入油箱,大的颗粒沉淀下来,并经滤清器后再进入润滑系统,提高油的清洁度。5、作为传递动力的介质。在液压传动、液压控制中,具有一定压力和流量的润滑油(液压油)是传递动力的介质,使系统具有柔性和布置方便。6、是磨损类故障诊断中取样分析的重要介质。磨损金属流入润滑油中循环流动,在一定部位取样分析,可测出机器磨损元素的浓度(含量)。磨损浓度大小标志磨损的程度,包含丰富的磨损状态的信息。定期取样分析,可及时了解磨损程度和变化趋势,用科学的数据处理方法,可作故障诊断和预报。磨损类故障诊断的信息源主要是从取油样分析得来的。7
16、、机器正常工作的保证。润滑油性能的好坏,很大程度上与机器的性能、可靠性、寿命和故障有关,故机器的润滑油油品不能随便选用或更换。油液质量恶化原因分析油液质量恶化原因分析一、氧化-原因:一般有温度、空气、压力等三方面因素影响。二、污染-据资料统计,液压系统的故障约有70%是由于液压油的污染引起的。1、种类:(1)固体颗粒污染:危害:阀件卡紧;增加泄漏;滤器堵塞;油液氧化等。据实践表明:515 m的固体最易使阀卡紧,1030m颗粒会造成动力元件的磨损,轴向柱塞泵配油盘处对于1015m的固体颗粒最为敏感,径向泵与马达对1525m的固体颗粒最为敏感,叶片泵与马达对2030m的固体颗粒最为敏感。(2)水污
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