工程摩擦学9 摩擦学设计.ppt

2018/1/29
工程摩擦学基础Fundamental of Engineering Tribology
2018/1/29
摩擦学设计以摩擦、磨损及润滑理论为基础、从系统工程程观点出发,,使机械设备在使用过程中达到尽可能小的摩擦、损耗和经济的稳定磨损率。
摩擦学设计是机械设备零件设计经历了运动学设计与强度设计以后的第三阶段没计,它涉及到流体力学、固体力学、流变学、数学、材料科学、物理和化学等内容.
一般来说,与摩擦有关的工业部件主要用于传递动力、控制方向、机械加工及材料成形等。因此,它包括了各种部件,如齿轮、轴、活塞、缸衬、轴承和密封件等。
9. Tribology Design
摩擦学设计概述
2018/1/29
一个零部件能工作多长的时问,引起它失效的模式是什么等等都特别需要摩擦学的知识。许多部件都在追求免维护和终身润滑的日标,如内燃机,人工关节,空间部件,打印机头,计算机硬盘等. 如何达到这一点,是当今摩擦学界面临的一个挑战.
在摩擦学设计中有两个重要的原则,一个是避免相对运动表面间的直接接触、另一个是将润滑介质作为机器的一个组成元件来看待。因此,将摩擦学知识转移到工业中去的最有效的途径就是在设计开始阶段就并行地进行摩擦学设计。
摩擦学系统是机器系统的一种抽象,它由机器中的全体摩擦副和必要的支持系统组成。设计一个能经济而可靠地实现运动并保证功能的摩擦学系统就是摩擦学设计的任务,所以,摩擦学设计必须理解为摩擦学系统的设计,它不仅仅只是一个摩擦副或其中一个摩擦学元素的设计。
9. Tribology Design
摩擦学设计概述
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考虑的因素
1)选材
要提高机器的耐磨性,最重要的问题就是要合理选择符合该工况条件的最佳性能材料,不同类型的磨损方式,选择的方向也不同。
例如,拖拉机发动机气缸套是易磨损件,当它严重磨损后,发动机的功率下降,油耗增加。通过磨损的失效分析,确定了气缸磨损的主要机制是磨料磨损和粘着磨损,因此选择材料的成分及组织均希望能有利于抵抗上述两种磨损的性能,选用了中硅矾铁缸套材料后比用高磷铸铁缸套的寿命提高4倍以上,而且抗腐蚀性能良好。
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耐磨设计
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考虑的因素
2)结构设计
磨损率受结构的影响很大,包括整机的结构和零件的形状尺寸。例如:4M3电铲斗齿寿命较低,首钢公司迁安煤矿通过改善斗齿形状,即把斗齿上下面上挖一长槽,将这部分材料放在齿尖部位,加长了斗齿长度,改变了矿石与零件表面接触时的力流状况,从而增加了耐磨性。
斗轮式挖掘机斗齿角度和形状对其使用寿命有影响。如果斗齿底面与所切割的矿岩之间的夹角太小,则整个齿底面与磨料相对运动而磨损,磨损在齿面上划出长长的磨沟,只有在一最佳角度时,斗齿才能减少磨损。在这方面,仿生学设计大有用武之地。
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耐磨设计
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考虑的因素
3)工艺
合理的设计,正确的选材如果没有恰当的生产工艺和热处理工艺的保证,也会使磨损件发生早期失效。
冶炼的成分控制、夹杂物、气体含量都影响材料的性能,如韧性、强度,这些性能与零件的耐磨性有关。铸铁质量问题也同样影响零件的耐磨性,如铸造缩松就影响高鉻白口铁磨球的耐磨性。粗大的铸造柱状穿晶易发生脆断事故。
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耐磨设计
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考虑的因素
4)使用与维护
经常维护保养使用设备也是提高零件使用寿命的一项重要措施,同样的机械产品,不同技术素养的工人操作,设备会有不同的寿命。
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耐磨设计
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防止和减少磨损的方法
1)润滑
减少摩擦与磨损的有效方法之一是在摩擦副中采用液体润滑。这就意味着在流体动压润滑状态下连续运转,只要摩擦副能够保持这种润滑状态,就可使磨损减少。
—般说来,润滑状态对粘着磨损值有很大影响。试验表明,流体静压润滑状态时粘着磨损佰最小,其次足流体动压润滑状态,边界润滑状态时的粘着磨损值最大。在润滑油脂中加入油性和极压添加剂能提高润滑油膜吸附能力及油膜厚度,因而能成倍提高抗粘着磨损能力。
根据弹性流体动压润滑理论,适当提高润滑油的粘度,可使接触部分的压力接近平均分布,从而提高了抗疲劳磨损能力。
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耐磨设计
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防止和减少磨损的方法
2)材料选择
(1)磨粒磨损的摩擦副材料的选配
对于磨粒磨损