摩擦学设计PPT之第4章：磨损

1、T0时间t磨损量H图2磨损过程曲线T0磨损量H图2磨损过程曲线时间tT0磨损量H时间t图2磨损过程曲线T0磨损量H时间t图2磨损过程曲线图22 几种不同工况下的磨损过程曲线图图42 粘着磨损模型粘着磨损模型图中所示移动距离图中所示移动距离2a后，移出的材料为底面半径等于后，移出的材料为底面半径等于a的半球体，其体积为：的半球体，其体积为：332aV，个结点移开的总体积为：，个结点移开的总体积为： 332anV(-) 由式由式(4-1)整理后代入式整理后代入式(4-2)得：得：aWVs32(-2) ssvWaaWaVR312322考虑到真实接触面积只占名义面积的很小的一部分，而且在一次滑动中也并

2、考虑到真实接触面积只占名义面积的很小的一部分，而且在一次滑动中也并非所有结点都形成磨屑而脱落，故引入粘着磨损系数非所有结点都形成磨屑而脱落，故引入粘着磨损系数Kad，式，式4-3变为：变为：sadvWkR31(-4) (-3) 式中：式中：s较软材料的屈服极限；较软材料的屈服极限； Kad是一个远小于是一个远小于1的系数的系数,表示粘着结点形成磨屑的概率。表示粘着结点形成磨屑的概率。通常，在润滑良好时、表面塑性变形大的条件下发生第一类胶合。在滑通常，在润滑良好时、表面塑性变形大的条件下发生第一类胶合。在滑动速度高、表面应力高、温升明鲜的条件下发生第二类胶合。动速度高、表面应力高、温升明鲜的条件

3、下发生第二类胶合。图图47 二体（二体（a）、三体（）、三体（b）磨粒磨损示意图）磨粒磨损示意图abanrWs22单位移动距离内材料的总转移体积为单位移动距离内材料的总转移体积为 ctgrnVv2将上式联立消去将上式联立消去n后便得：后便得： ctgWRsv2(-)HWKRabV(4-6)式中：式中：H软材料的硬度；软材料的硬度；ab 磨粒磨损系数。磨粒磨损系数。从从(4-5)和和(4-6)式可以看出，磨粒磨损与粘着磨损有一些相似之处，即磨式可以看出，磨粒磨损与粘着磨损有一些相似之处，即磨损率损率Rv与载荷与载荷W成正比，与软材料屈服压力或硬度成正比，与软材料屈服压力或硬度H成反比。因而成反比

4、。因而(4-6)式式可作为定性分析磨粒磨损时的参考。可作为定性分析磨粒磨损时的参考。图图4-9 磨粒硬度对磨损的影响磨粒硬度对磨损的影响一低磨损区一低磨损区Ha 0.7Hm；一磨损转化区一磨损转化区Ha0.7Hm；一高磨损区一高磨损区Ha0.7Hm；图图4-4 A3和和45#钢磨粒尺寸的临界值钢磨粒尺寸的临界值图图4-5 点蚀点蚀图图46剥层凹坑剥层凹坑图图4裂纹的扩展裂纹的扩展工况条件：在疲劳磨损中，材料除受循环应力的影响外，工况条件：在疲劳磨损中，材料除受循环应力的影响外，还受到摩擦过程中伴随发生的一系列的物理化学变化，以及还受到摩擦过程中伴随发生的一系列的物理化学变化，以及残余应力，组织

5、结构缺陷，表面温度以及塑性变形等因素的残余应力，组织结构缺陷，表面温度以及塑性变形等因素的影响，其工作条件远比整体疲劳恶劣得多。影响，其工作条件远比整体疲劳恶劣得多。疲劳磨损的机理可以应用于磨粒磨损，粘着磨损，腐蚀磨损疲劳磨损的机理可以应用于磨粒磨损，粘着磨损，腐蚀磨损和微动磨损。和微动磨损。consttm9图图4-8 剥层磨损接触类型的转变剥层磨损接触类型的转变图图4-8 剥层磨损的过程剥层磨损的过程（）磨屑的形成（）磨屑的形成当裂纹扩展到一定长度当裂纹扩展到一定长度后，就在裂纹与表面之后，就在裂纹与表面之间材料的薄弱位置被剪间材料的薄弱位置被剪断，形成薄而长的片状断，形成薄而长的片状磨屑而

6、剥落。磨屑而剥落。图图4-8 剥层磨损的过程剥层磨损的过程fGbh)1 (4 (4-11) 式中：剪切模量； b格斯向量，表示位错扫出滑移面到达表面时，滑移面上下两部分晶体的相对位移； f摩擦应力； 泊松比。 cvlCChlLVR212 (4-11) 1C2C式中：式中：l接触长度；接触长度； h磨屑的厚度；磨屑的厚度； 接触微凸体峰顶的平均间距；接触微凸体峰顶的平均间距；裂纹两端在裂纹两端在N次应力循环中的平均扩展速度；次应力循环中的平均扩展速度；l0沿滑动方向的裂纹间距离。hrkRhALFVWE (-)式中：式中：k摩擦功；摩擦功； F摩擦力；摩擦力； L摩擦路程；摩擦路程； V形成磨屑的

7、体积；形成磨屑的体积； h线磨损量；线磨损量； Rh线磨损率，线磨损率，Rhh/L。 EnEEEnkee() ()111 (-4)得到得到 1) 1(nEEe enEE (-)将将(4-14)代入式代入式(4-15)得得 1) 1(nnEE 由于由于，上式可以写成，上式可以写成 ) 1(nnEE (-6)nEnkRh) 1( (-7)上式中的上式中的k、n都是和材料的物理机械性质、组织结都是和材料的物理机械性质、组织结构及微观机械特性有关的量，这些量的关系尚不清楚，因构及微观机械特性有关的量，这些量的关系尚不清楚，因此要把磨损能量理论应用于实际磨损计算，还有待进一步此要把磨损能量理论应用于实际

8、磨损计算，还有待进一步试验研究，所以，磨损的能量理论还不能应用于解析表达试验研究，所以，磨损的能量理论还不能应用于解析表达式。式。 LHLAVRnLh (4-18)式中式中 Rh线磨损率；线磨损率； L滑动距离；滑动距离； VL滑动距离为滑动距离为L时的磨损体积；时的磨损体积； An名义接触面积；名义接触面积； H线磨损量。线磨损量。上式表示了磨损过程宏观特性之间的关系。对于产生上式表示了磨损过程宏观特性之间的关系。对于产生V体积的磨损屑，体积的磨损屑，在微观定量方面相当于每个接触微凸体上有厚度为在微观定量方面相当于每个接触微凸体上有厚度为h的一层材料被磨掉，即：的一层材料被磨掉，即：V=hA

9、r。式中式中h h值是一个假定值，而不是从接触斑点上真正磨掉的材料厚度。值是一个假定值，而不是从接触斑点上真正磨掉的材料厚度。H H才是才是磨损表面磨到的厚度。磨损表面磨到的厚度。 ridAVdhr (4-20)考虑到考虑到V/L=V/d，将它与上式一并代如，将它与上式一并代如(4-19) 式中得：式中得：arharhaaLhAArdLAdLArLdAVLLAVR上式将磨损过程的宏观特性与微观特性联系起来。在此分析的上式将磨损过程的宏观特性与微观特性联系起来。在此分析的基础上，克拉盖尔斯基按照磨损的疲劳理论，在总结了大量实基础上，克拉盖尔斯基按照磨损的疲劳理论，在总结了大量实验结果的基础上，又

10、考虑到诸因素的影响后，推倒出磨损率的验结果的基础上，又考虑到诸因素的影响后，推倒出磨损率的计算公式：计算公式：yytytyttmtyhkEPKKR01121212212 (-)式中：112212125 . 0KKyt；K10.2T0磨损量H时间t图2磨损过程曲线 nmtVkpR （4-23）式中：式中： P法向载荷；法向载荷； V线速度；线速度； k与材料耐磨性、操作条件有关的系数；与材料耐磨性、操作条件有关的系数； m和和n分别是压力和速度影响系数。分别是压力和速度影响系数。 对磨粒磨损来说，对磨粒磨损来说，m1，n1。图图414 表面磨损和联接磨损表面磨损和联接磨损）滑动接触）滑动接触cos2121hhhcos2121hhhRRR或或 (4-25)1maxTRhht(4-28)式中：式中：T1计划安排的两次修理间隔时间。计划安排的两次修理间隔时间。 Rt时间磨损率；时间磨损率； Rt = T。其中其中计划修理前整个操作时间。由此可得：计划修理前整个操作时间。由此可得： hhh TTmax1 （4-29）由此可得：由此可得：图图415 锥面组合磨损计算图锥面组合磨损计算图n作业：用研磨工具研磨一工作业：用研磨工具研磨一工件的圆锥孔，如图所示。件的圆锥孔，如图所示。n已知：这个圆锥面摩擦副的已知：