第四章-摩擦磨損試驗(yàn)及測試技術(shù)

1、第四章第四章 摩擦磨損實(shí)驗(yàn)及檢測摩擦磨損實(shí)驗(yàn)及檢測分析技術(shù)分析技術(shù)一、概述一、概述1 1、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)研究的必要性：、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)研究的必要性： 要研究摩擦學(xué)的理論，確定各種因素對摩擦、要研究摩擦學(xué)的理論，確定各種因素對摩擦、磨損性能的影響，研究新的耐磨、減摩及摩阻材磨損性能的影響，研究新的耐磨、減摩及摩阻材料和評定各種耐磨表面處理的摩擦、磨損性能，料和評定各種耐磨表面處理的摩擦、磨損性能，必須掌握摩擦磨損實(shí)驗(yàn)技術(shù)。必須掌握摩擦磨損實(shí)驗(yàn)技術(shù)。 摩擦磨損實(shí)驗(yàn)技術(shù)包括兩個(gè)方面，即：摩擦磨損實(shí)驗(yàn)技術(shù)包括兩個(gè)方面，即：摩擦摩擦磨損實(shí)驗(yàn)方法和摩擦磨損實(shí)驗(yàn)測試裝置磨損實(shí)驗(yàn)方法和摩擦磨損實(shí)驗(yàn)測試裝置。二、摩

2、擦磨損實(shí)驗(yàn)的分類：二、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)的分類： 目前采用的實(shí)驗(yàn)方法可以歸納為下列三類：目前采用的實(shí)驗(yàn)方法可以歸納為下列三類：1 1、實(shí)驗(yàn)室試件實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室試件實(shí)驗(yàn) 根據(jù)根據(jù)給定的工況條件給定的工況條件, , 在在通用的摩擦磨損實(shí)通用的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)上驗(yàn)機(jī)上對對尺寸較小、結(jié)構(gòu)簡單的試件尺寸較小、結(jié)構(gòu)簡單的試件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 由于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的環(huán)境條件和工況參數(shù)容易由于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的環(huán)境條件和工況參數(shù)容易控制控制, , 因而實(shí)驗(yàn)因而實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性較高數(shù)據(jù)的重復(fù)性較高, , 實(shí)驗(yàn)周期短實(shí)驗(yàn)周期短, , 實(shí)驗(yàn)條件的變化范圍寬實(shí)驗(yàn)條件的變化范圍寬, , 可以在短時(shí)間內(nèi)取得比可以在短時(shí)間內(nèi)取得比較系統(tǒng)的數(shù)

3、據(jù)。較系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。 但由于實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)際工況不完全符合但由于實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)際工況不完全符合, , 因因而而實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往實(shí)用性較差實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往實(shí)用性較差。 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)主要用于：各種類型的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)主要用于：各種類型的摩擦磨損機(jī)理和影響因素的研究機(jī)理和影響因素的研究, , 以及摩擦副材料、工藝以及摩擦副材料、工藝和潤滑劑性能的評定。和潤滑劑性能的評定。2 2、模擬性臺(tái)架實(shí)驗(yàn)、模擬性臺(tái)架實(shí)驗(yàn) 在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)所選定的參數(shù)在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)所選定的參數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)際的零件，設(shè)計(jì)實(shí)際的零件，模擬零件的實(shí)際工作條件模擬零件的實(shí)際工作條件，進(jìn)，進(jìn)行臺(tái)架實(shí)驗(yàn)。行臺(tái)架實(shí)驗(yàn)。 由于由于臺(tái)架實(shí)驗(yàn)的

4、條件接近實(shí)際工況，增強(qiáng)了臺(tái)架實(shí)驗(yàn)的條件接近實(shí)際工況，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。同時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)條件的強(qiáng)化。同時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)條件的強(qiáng)化和嚴(yán)格控制，也可以在和嚴(yán)格控制，也可以在較短的時(shí)間內(nèi)獲得系統(tǒng)的較短的時(shí)間內(nèi)獲得系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；并且；并且能夠預(yù)先給定可控制的工況條件，能夠預(yù)先給定可控制的工況條件，并能夠測得各種摩擦磨損的參數(shù)并能夠測得各種摩擦磨損的參數(shù)，進(jìn)行摩擦磨損，進(jìn)行摩擦磨損性能影響因素的研究。性能影響因素的研究。 臺(tái)架實(shí)驗(yàn)的主要目的在于：校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)的主要目的在于：校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性和零件磨損性能設(shè)計(jì)的合理性。數(shù)據(jù)的可靠性和零件磨損性能設(shè)計(jì)的合理性。 常

5、見的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)臺(tái)有：軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)、齒輪實(shí)常見的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)臺(tái)有：軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)、齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)、凸輪挺桿實(shí)驗(yàn)臺(tái)等。驗(yàn)臺(tái)、凸輪挺桿實(shí)驗(yàn)臺(tái)等。3 3、實(shí)際使用實(shí)驗(yàn)、實(shí)際使用實(shí)驗(yàn) 在上述兩種實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上在上述兩種實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上, , 對對實(shí)際零件進(jìn)行實(shí)際零件進(jìn)行使用實(shí)驗(yàn)，使用實(shí)驗(yàn)，使用實(shí)驗(yàn)是使用實(shí)驗(yàn)是在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)場條件下進(jìn)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)場條件下進(jìn)行的行的。 這種實(shí)驗(yàn)的這種實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性和可靠性最好真實(shí)性和可靠性最好。 但是但是實(shí)驗(yàn)周期長、費(fèi)用大實(shí)驗(yàn)周期長、費(fèi)用大, , 實(shí)驗(yàn)結(jié)果是各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果是各種影響因素的綜合表現(xiàn)，因而難以對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行影響因素的綜合表現(xiàn)，因而難以對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入分析深入分析。這種方法通常用作檢驗(yàn)前兩

6、種實(shí)驗(yàn)數(shù)。這種方法通常用作檢驗(yàn)前兩種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的一種手段。據(jù)的一種手段。* * *上述幾種類型的試驗(yàn)各有特點(diǎn)，在磨損磨損研上述幾種類型的試驗(yàn)各有特點(diǎn)，在磨損磨損研究工作中，通常先在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行試樣實(shí)驗(yàn)，然究工作中，通常先在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行試樣實(shí)驗(yàn)，然后再進(jìn)行模擬性臺(tái)架實(shí)驗(yàn)和實(shí)際使用實(shí)驗(yàn)，構(gòu)成后再進(jìn)行模擬性臺(tái)架實(shí)驗(yàn)和實(shí)際使用實(shí)驗(yàn)，構(gòu)成一個(gè)所謂的一個(gè)所謂的“實(shí)驗(yàn)鏈實(shí)驗(yàn)鏈”。三、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)的模擬問題和實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇：三、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)的模擬問題和實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇：1 1、摩擦磨損試驗(yàn)?zāi)M、摩擦磨損試驗(yàn)?zāi)M 摩擦磨損性能是摩擦學(xué)系統(tǒng)在給定條件下的摩擦磨損性能是摩擦學(xué)系統(tǒng)在給定條件下的綜合性能綜合性能, , 因此因

7、此, , 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的普適性較低實(shí)驗(yàn)結(jié)果的普適性較低。所以。所以在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)時(shí)在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)時(shí), , 應(yīng)當(dāng)應(yīng)當(dāng)盡可能地模擬實(shí)際工況條盡可能地模擬實(shí)際工況條件。件。2 2、實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇、實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇 模擬的摩擦磨損試驗(yàn)系統(tǒng)中最多有四種參數(shù)模擬的摩擦磨損試驗(yàn)系統(tǒng)中最多有四種參數(shù)可以與實(shí)際摩擦系統(tǒng)不同：可以與實(shí)際摩擦系統(tǒng)不同：載荷；速度；載荷；速度；時(shí)間；試樣尺寸和形狀時(shí)間；試樣尺寸和形狀。而在其他方面，例如。而在其他方面，例如摩擦運(yùn)動(dòng)方式、引起磨損的機(jī)理、組成摩擦系統(tǒng)摩擦運(yùn)動(dòng)方式、引起磨損的機(jī)理、組成摩擦系統(tǒng)的各要素及其材料性質(zhì)、摩擦?xí)r的溫度及摩擦溫的各要素及其材料性質(zhì)、摩擦?xí)r的溫度及摩擦溫升、摩

8、擦系數(shù)等升、摩擦系數(shù)等模擬的和實(shí)際的系統(tǒng)兩者必須相模擬的和實(shí)際的系統(tǒng)兩者必須相同或相似。同或相似。 四、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)四、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)：1 1、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)分、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)分類類按摩擦副的接觸形式和按摩擦副的接觸形式和運(yùn)動(dòng)方式分：運(yùn)動(dòng)方式分：點(diǎn)、線、面接觸；滑動(dòng)、點(diǎn)、線、面接觸；滑動(dòng)、滾動(dòng)、滾滑、往復(fù)運(yùn)動(dòng)。滾動(dòng)、滾滑、往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 2 2、常用的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、常用的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)(1)(1)四球式試驗(yàn)機(jī)四球式試驗(yàn)機(jī) 工作原理：工作原理： 由四球由四球(1(1個(gè)上球個(gè)上球3 3個(gè)下球個(gè)下球) )組成摩擦副組成摩擦副( (如圖所示如圖所示) )，上球卡在夾頭內(nèi)，下球組上球卡在夾頭內(nèi)，下球組固

9、定不動(dòng)，上球與下球組固定不動(dòng)，上球與下球組相接觸。工作時(shí)，上球由相接觸。工作時(shí)，上球由主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，通過加載主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，通過加載系統(tǒng)向下球組加載。系統(tǒng)向下球組加載。 主要用途：主要用途： 主要用來主要用來評定潤滑劑的性評定潤滑劑的性能能。 該試驗(yàn)機(jī)的評定指標(biāo)有：該試驗(yàn)機(jī)的評定指標(biāo)有：磨損一負(fù)荷曲線：磨損一負(fù)荷曲線：在雙對數(shù)坐標(biāo)上，在雙對數(shù)坐標(biāo)上，基于不同負(fù)荷下三個(gè)固定鋼球的平均基于不同負(fù)荷下三個(gè)固定鋼球的平均磨痕直徑所作的曲線。磨痕直徑所作的曲線。赫茲線：赫茲線：由于彈性變形所產(chǎn)生的圓形由于彈性變形所產(chǎn)生的圓形接觸面的理論直接與靜載荷的關(guān)系。接觸面的理論直接與靜載荷的關(guān)系。最大無卡咬負(fù)荷最大

10、無卡咬負(fù)荷P PB B：在試驗(yàn)條件下：在試驗(yàn)條件下不發(fā)生卡咬的最高負(fù)不發(fā)生卡咬的最高負(fù)荷荷，它，它代表油膜強(qiáng)度代表油膜強(qiáng)度?？ㄒВ轰撉蚰Σ撩嬷g出現(xiàn)局部的金屬轉(zhuǎn)移。這種現(xiàn)象以卡咬：鋼球摩擦面之間出現(xiàn)局部的金屬轉(zhuǎn)移。這種現(xiàn)象以摩擦和磨損增大為標(biāo)志，并導(dǎo)致三個(gè)固定球上呈現(xiàn)粗糙的摩擦和磨損增大為標(biāo)志，并導(dǎo)致三個(gè)固定球上呈現(xiàn)粗糙的磨痕，轉(zhuǎn)動(dòng)球上呈現(xiàn)粗糙的環(huán)。磨痕，轉(zhuǎn)動(dòng)球上呈現(xiàn)粗糙的環(huán)。燒結(jié)負(fù)荷燒結(jié)負(fù)荷P PD D：試驗(yàn)條件下使鋼球發(fā)生燒結(jié)的最低負(fù)荷，：試驗(yàn)條件下使鋼球發(fā)生燒結(jié)的最低負(fù)荷，它它代表潤滑劑的極限工作能力代表潤滑劑的極限工作能力。燒結(jié)：試件摩擦面之間出現(xiàn)金屬熔化，并使之相互結(jié)合的燒結(jié)：試件摩

11、擦面之間出現(xiàn)金屬熔化，并使之相互結(jié)合的現(xiàn)象，此時(shí)四個(gè)球就燒結(jié)在一起形成寶塔形?，F(xiàn)象，此時(shí)四個(gè)球就燒結(jié)在一起形成寶塔形。(2)(2)環(huán)塊式試驗(yàn)機(jī)環(huán)塊式試驗(yàn)機(jī) 又稱又稱TimkenTimken試驗(yàn)機(jī)，用試驗(yàn)機(jī)，用于線接觸摩擦副的摩擦磨損于線接觸摩擦副的摩擦磨損試驗(yàn)。試驗(yàn)。p 工作原理：工作原理：主動(dòng)件是標(biāo)準(zhǔn)主動(dòng)件是標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)圓環(huán)，被動(dòng)件是被固旋轉(zhuǎn)圓環(huán)，被動(dòng)件是被固定的標(biāo)準(zhǔn)尺寸矩形塊。定的標(biāo)準(zhǔn)尺寸矩形塊。 通過測量不同載荷下，被通過測量不同載荷下，被動(dòng)試件矩形塊上出現(xiàn)的條動(dòng)試件矩形塊上出現(xiàn)的條形磨痕寬度，以及摩擦副形磨痕寬度，以及摩擦副材料間的摩擦力、摩擦系材料間的摩擦力、摩擦系數(shù)，來評定潤滑劑的承載

12、數(shù)，來評定潤滑劑的承載能力以及摩擦副材料的摩能力以及摩擦副材料的摩擦磨損性能。擦磨損性能。 (3)(3)銷盤式試驗(yàn)機(jī)銷盤式試驗(yàn)機(jī) 用于面接觸摩擦副的摩用于面接觸摩擦副的摩擦磨損試驗(yàn)。擦磨損試驗(yàn)。p 工作原理：工作原理： 試驗(yàn)時(shí)，銷固定不動(dòng)，盤試驗(yàn)時(shí)，銷固定不動(dòng)，盤做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過力傳感做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過力傳感器采集試驗(yàn)過程總摩擦力器采集試驗(yàn)過程總摩擦力和載荷的變化，通過位移和載荷的變化，通過位移傳感器對試樣的總磨損進(jìn)傳感器對試樣的總磨損進(jìn)行測量。行測量。 主要用于在滑動(dòng)條件下，評價(jià)材料的摩擦系數(shù)主要用于在滑動(dòng)條件下，評價(jià)材料的摩擦系數(shù)和磨損率，研究工況參數(shù)對摩擦性能和磨損機(jī)和磨損率，研究工況參數(shù)

13、對摩擦性能和磨損機(jī)理的影響，是目前用途最廣泛的摩擦磨損試驗(yàn)理的影響，是目前用途最廣泛的摩擦磨損試驗(yàn)設(shè)備。設(shè)備。四、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中的參數(shù)測量四、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)中的參數(shù)測量1 1、摩擦系數(shù)或摩擦力的測量、摩擦系數(shù)或摩擦力的測量 機(jī)械式：機(jī)械式： 載荷載荷W W通過上試件通過上試件1 1加到下試件加到下試件2 2上。上。下試件下試件( (半徑為半徑為r) )旋轉(zhuǎn)，上試件固旋轉(zhuǎn)，上試件固定。試樣間的摩擦力使下主軸產(chǎn)定。試樣間的摩擦力使下主軸產(chǎn)生一個(gè)力矩，此時(shí)與主軸相連的生一個(gè)力矩，此時(shí)與主軸相連的砝碼產(chǎn)生一個(gè)偏角，來平衡摩擦砝碼產(chǎn)生一個(gè)偏角，來平衡摩擦力產(chǎn)生的摩擦力矩，偏角反應(yīng)了力產(chǎn)生的摩擦力矩，偏角反

14、應(yīng)了摩擦力矩摩擦力矩P P的大小，可以直接從標(biāo)的大小，可以直接從標(biāo)尺讀出，由此摩擦力矩可以換算尺讀出，由此摩擦力矩可以換算出試件上的摩擦系數(shù)出試件上的摩擦系數(shù) = P/(W r) 電測法：電測法：把把壓力傳感器壓力傳感器附加到測力元件上，將摩擦力附加到測力元件上，將摩擦力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，輸入到測量和記錄儀上，自動(dòng)記錄下轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，輸入到測量和記錄儀上，自動(dòng)記錄下摩擦過程中摩擦力的變化。這種方法目前已普遍應(yīng)用。摩擦過程中摩擦力的變化。這種方法目前已普遍應(yīng)用。2 2、磨損量的測量：、磨損量的測量： 機(jī)械零件的磨損量可以用磨下材料的質(zhì)量、體積機(jī)械零件的磨損量可以用磨下材料的質(zhì)量、體積或者磨去的厚度來

15、表示?；蛘吣トサ暮穸葋肀硎?。 稱重法：稱重法： 用稱量試件在實(shí)驗(yàn)前后的用稱量試件在實(shí)驗(yàn)前后的質(zhì)量變化質(zhì)量變化來確定磨損量。來確定磨損量。這種方法簡單，采用最普遍。通常采用精密分析天平這種方法簡單，采用最普遍。通常采用精密分析天平稱重，測量精度為稱重，測量精度為0.1mg0.1mg。l 由于測量范圍的限制，稱量法由于測量范圍的限制，稱量法僅適用于小試件僅適用于小試件。l 為保證稱重的精度，試件在為保證稱重的精度，試件在稱重前應(yīng)當(dāng)清洗干凈并稱重前應(yīng)當(dāng)清洗干凈并烘干烘干，避免表面有污物或濕氣而影響重量的變化。，避免表面有污物或濕氣而影響重量的變化。l 對于對于多孔性材料多孔性材料，在磨損過程中容易進(jìn)

16、入油污而不，在磨損過程中容易進(jìn)入油污而不易清洗，易清洗，稱重法往往誤差很大稱重法往往誤差很大。l 若試件在摩擦過程中重量損失不大，而只發(fā)生較大若試件在摩擦過程中重量損失不大，而只發(fā)生較大的塑性變形，則稱量法不能反映表面磨損的真實(shí)情的塑性變形，則稱量法不能反映表面磨損的真實(shí)情況。況。測長法：測長法： 測長法是測量摩擦表面測長法是測量摩擦表面法向尺寸在試驗(yàn)前后法向尺寸在試驗(yàn)前后的變化的變化來確定磨損量。來確定磨損量。 常用測量長度儀器，如千分尺、千分表、測常用測量長度儀器，如千分尺、千分表、測長儀、萬能工具顯微鏡、讀數(shù)顯微鏡等。長儀、萬能工具顯微鏡、讀數(shù)顯微鏡等。 為了便于測量，往往在摩擦表面人為

17、地做出為了便于測量，往往在摩擦表面人為地做出測量基準(zhǔn)，然后以此測量基準(zhǔn)來量度摩擦表面的測量基準(zhǔn)，然后以此測量基準(zhǔn)來量度摩擦表面的尺寸變化，測量基準(zhǔn)是根據(jù)試件形狀和尺寸，在尺寸變化，測量基準(zhǔn)是根據(jù)試件形狀和尺寸，在不影響試驗(yàn)結(jié)果的條件下設(shè)置的，其形式有：不影響試驗(yàn)結(jié)果的條件下設(shè)置的，其形式有：a.a. 壓痕法：壓痕法：壓痕法是通過事先在試樣表壓痕法是通過事先在試樣表面壓出壓痕，再根據(jù)磨損前后壓痕尺面壓出壓痕，再根據(jù)磨損前后壓痕尺寸的變化來計(jì)算試樣的磨損量。寸的變化來計(jì)算試樣的磨損量。 如磨損試驗(yàn)前用維氏硬度計(jì)壓頭在試如磨損試驗(yàn)前用維氏硬度計(jì)壓頭在試樣表面上打出壓坑，如圖所示，測出樣表面上打出壓坑

18、，如圖所示，測出其對角線長度其對角線長度d2，試驗(yàn)后再測出壓痕，試驗(yàn)后再測出壓痕的對角線長度的對角線長度d1，則試驗(yàn)中磨損的深，則試驗(yàn)中磨損的深度為：度為：h=(d2-d1)/m。* * *因?yàn)閴汉圻^程并非是完全塑性變形因?yàn)閴汉圻^程并非是完全塑性變形, , 所以壓坑與壓頭的所以壓坑與壓頭的形狀不完全相同。形狀不完全相同?？紤]彈性變形的影響應(yīng)將考慮彈性變形的影響應(yīng)將m 數(shù)值增大。當(dāng)錐面角數(shù)值增大。當(dāng)錐面角=136=136時(shí)時(shí), , 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可按以下數(shù)值選取根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可按以下數(shù)值選取: :塑性良好的金屬例如鉛塑性良好的金屬例如鉛, , 選取選取m=7; m=7; 鑄鐵鑄鐵, , 選取選取m=7.6m

19、=7.6 8.28.2；軸承鋼；軸承鋼, , 選取選取m=7.7m=7.78.48.4。壓痕法產(chǎn)生誤差的另一個(gè)因素是壓坑四周形成鼓起壓痕法產(chǎn)生誤差的另一個(gè)因素是壓坑四周形成鼓起, , 使表使表面形狀變化，并影響摩擦副的配合性質(zhì)和磨損測量精度。面形狀變化，并影響摩擦副的配合性質(zhì)和磨損測量精度。* * *壓痕法和切槽法只適用于磨損量不大而表面光滑的試件壓痕法和切槽法只適用于磨損量不大而表面光滑的試件。由于這兩種方法都要局部破壞試件的表層由于這兩種方法都要局部破壞試件的表層, , 因而不能用于因而不能用于研究磨損過程中表面層的組織結(jié)構(gòu)的變化。研究磨損過程中表面層的組織結(jié)構(gòu)的變化。b. b. 切槽法：

20、切槽法：切槽法切槽法測磨損與壓痕法十分測磨損與壓痕法十分相似相似, , 用回轉(zhuǎn)刀具刻用回轉(zhuǎn)刀具刻出月牙形槽，出月牙形槽，切槽法切槽法排除了彈性變形回復(fù)排除了彈性變形回復(fù)和四周鼓起的影響和四周鼓起的影響。根據(jù)幾何關(guān)系，切槽根據(jù)幾何關(guān)系，切槽寬度和磨損深度的關(guān)寬度和磨損深度的關(guān)系為：系為：r- -刀刃的回轉(zhuǎn)半徑；刀刃的回轉(zhuǎn)半徑；R- -試件試件的表面曲率半徑，平面時(shí)的表面曲率半徑，平面時(shí)R=，凸面用，凸面用“+ +”，凹面用，凹面用“- -”表面輪廓法：表面輪廓法：當(dāng)磨損厚度不超過表面粗糙峰高度的磨損時(shí)，當(dāng)磨損厚度不超過表面粗糙峰高度的磨損時(shí)，用表面輪廓儀可以直接測量磨損前后表面輪廓的用表面輪廓儀

21、可以直接測量磨損前后表面輪廓的變化來確定零磨損量。變化來確定零磨損量。當(dāng)測量磨損厚度超過表面粗糙度的磨損必須當(dāng)測量磨損厚度超過表面粗糙度的磨損必須采用測量基準(zhǔn)采用測量基準(zhǔn)。下圖給出兩種測量基準(zhǔn)。下圖給出兩種測量基準(zhǔn), , 圖圖(a) (a) 是用未磨損表面作為基準(zhǔn)是用未磨損表面作為基準(zhǔn), , 而圖而圖(b)(b)是在表面上開是在表面上開設(shè)一個(gè)楔形槽設(shè)一個(gè)楔形槽, , 根據(jù)磨損前后楔形槽寬根據(jù)磨損前后楔形槽寬B和和b的數(shù)的數(shù)值計(jì)算磨損值計(jì)算磨損厚度厚度h。非接觸式測量法：非接觸式測量法：以上測量磨損量的方法都要拆卸部分機(jī)器零件，以上測量磨損量的方法都要拆卸部分機(jī)器零件，當(dāng)重復(fù)試驗(yàn)時(shí)，反復(fù)拆卸會(huì)改

22、變試樣的相對位置，破當(dāng)重復(fù)試驗(yàn)時(shí)，反復(fù)拆卸會(huì)改變試樣的相對位置，破壞摩擦表面的磨合性。用非接觸式測量法可以避免這壞摩擦表面的磨合性。用非接觸式測量法可以避免這方面的缺陷。方面的缺陷。非接觸式測量磨損方法的原理如圖所示：非接觸非接觸式測量磨損方法的原理如圖所示：非接觸式傳感器裝在靠近基準(zhǔn)板的地方。此基準(zhǔn)板與上試樣式傳感器裝在靠近基準(zhǔn)板的地方。此基準(zhǔn)板與上試樣連為一體。連為一體。當(dāng)磨損使上試件當(dāng)磨損使上試件下沉?xí)r，則傳感器與基準(zhǔn)板下沉?xí)r，則傳感器與基準(zhǔn)板之間間隙增加，傳感器得到之間間隙增加，傳感器得到此位移信號(hào)，經(jīng)儀表檢測放此位移信號(hào)，經(jīng)儀表檢測放大就可以反映出磨損變化情大就可以反映出磨損變化情況

23、況。 放射性同位素法：放射性同位素法：將摩擦表面經(jīng)放射性同位素活化將摩擦表面經(jīng)放射性同位素活化, , 則在磨損過程則在磨損過程中落入潤滑油中的磨屑具有放射性。因此定期地測定中落入潤滑油中的磨屑具有放射性。因此定期地測定潤滑油的放射性強(qiáng)度潤滑油的放射性強(qiáng)度, , 就可以換算出磨損量隨時(shí)間的就可以換算出磨損量隨時(shí)間的變化。變化。放射性同位素方法最大的優(yōu)點(diǎn)是放射性同位素方法最大的優(yōu)點(diǎn)是測量磨損量的靈測量磨損量的靈敏度高敏度高, , 可達(dá)可達(dá)1010-7-71010-8 -8 g g。沉淀法或化學(xué)分析法：沉淀法或化學(xué)分析法：將潤滑油中所含的磨屑經(jīng)過過濾或者沉淀分離出將潤滑油中所含的磨屑經(jīng)過過濾或者沉淀

24、分離出來，再由稱重法測量磨屑質(zhì)量。來，再由稱重法測量磨屑質(zhì)量。也可以采用定量分析化學(xué)的方法測量潤滑油中所也可以采用定量分析化學(xué)的方法測量潤滑油中所含磨屑的組成和質(zhì)量。含磨屑的組成和質(zhì)量。這兩種方法這兩種方法測量的是整個(gè)表面的總磨損量，無法測量的是整個(gè)表面的總磨損量，無法確定摩擦表面的磨損分布確定摩擦表面的磨損分布。此外，潤滑油的合理取樣。此外，潤滑油的合理取樣是保證測量精度的關(guān)鍵。是保證測量精度的關(guān)鍵。、摩擦溫度的測量、摩擦溫度的測量摩擦?xí)r，接觸表面溫度高低和分布情況對摩摩擦?xí)r，接觸表面溫度高低和分布情況對摩擦磨損性能影響很大，因此測量摩擦表面溫度很擦磨損性能影響很大，因此測量摩擦表面溫度很重

25、要。重要。測量摩擦副表面溫度的主要方法有測量摩擦副表面溫度的主要方法有熱電偶和熱電偶和遠(yuǎn)紅外輻射測溫遠(yuǎn)紅外輻射測溫法。法。五、磨損微粒的分析技術(shù)五、磨損微粒的分析技術(shù)對磨損產(chǎn)物磨粒的成分和形態(tài)的分析，不僅是對磨損產(chǎn)物磨粒的成分和形態(tài)的分析，不僅是研究磨損機(jī)理的主要方法之一，而且是工程上磨損預(yù)研究磨損機(jī)理的主要方法之一，而且是工程上磨損預(yù)測和工程監(jiān)控的重要手段。測和工程監(jiān)控的重要手段。光譜分析法：光譜分析法：光譜分析是光譜分析是利用組成物質(zhì)的原子在一定條件下能利用組成物質(zhì)的原子在一定條件下能發(fā)射具有各自特征的光譜的性質(zhì)發(fā)射具有各自特征的光譜的性質(zhì)，用來分析潤滑油中，用來分析潤滑油中的金屬含量。的

26、金屬含量。因?yàn)橐驗(yàn)槊糠N元素都有各自的特征光譜線，并且每種每種元素都有各自的特征光譜線，并且每種元素所發(fā)射特征光譜線的強(qiáng)度都與它在物質(zhì)中的含量元素所發(fā)射特征光譜線的強(qiáng)度都與它在物質(zhì)中的含量有關(guān)有關(guān)，所以可通過對光譜分析，確定物質(zhì)中含有的化，所以可通過對光譜分析，確定物質(zhì)中含有的化學(xué)成分及含量。學(xué)成分及含量。光譜分析法具有極高的靈敏度和準(zhǔn)確度，且分析光譜分析法具有極高的靈敏度和準(zhǔn)確度，且分析速度快，通常應(yīng)用于鐵路機(jī)車和船舶柴油機(jī)以及航空速度快，通常應(yīng)用于鐵路機(jī)車和船舶柴油機(jī)以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損檢測，以防止故障發(fā)生。發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損檢測，以防止故障發(fā)生。鐵譜分析法：鐵譜分析法：分析式鐵譜儀的結(jié)構(gòu)原理如分

27、析式鐵譜儀的結(jié)構(gòu)原理如圖所示：從運(yùn)轉(zhuǎn)的摩擦機(jī)械圖所示：從運(yùn)轉(zhuǎn)的摩擦機(jī)械系統(tǒng)的潤滑劑中提取一定量系統(tǒng)的潤滑劑中提取一定量的油樣，經(jīng)過能促進(jìn)磨損微的油樣，經(jīng)過能促進(jìn)磨損微粒沉淀的特殊溶劑稀釋后，粒沉淀的特殊溶劑稀釋后，由低流量泵送到并流過透明由低流量泵送到并流過透明基片。由于基片是裝在略微傾斜的斜面上的，所以磁基片。由于基片是裝在略微傾斜的斜面上的，所以磁性微粒就粘附在底片上并接近按大小分布?；系男晕⒘＞驼掣皆诘灼喜⒔咏创笮》植??；系哪チ＝?jīng)去油和固定后，便制成了鐵譜圖。磨粒經(jīng)去油和固定后，便制成了鐵譜圖。右圖為一典型的鐵譜片右圖為一典型的鐵譜片, , 其中其中沉積的顆粒表現(xiàn)為沿玻璃片中

28、沉積的顆粒表現(xiàn)為沿玻璃片中間的一條暗帶。間的一條暗帶。 鐵譜技術(shù)對磨粒的識(shí)別與分析主要分為鐵譜技術(shù)對磨粒的識(shí)別與分析主要分為定性分定性分析和定量分析析和定量分析兩種方式。兩種方式。l 定性鐵譜分析：利用光學(xué)顯微鏡定性鐵譜分析：利用光學(xué)顯微鏡對鐵譜片上沉淀對鐵譜片上沉淀的的磨粒進(jìn)行形貌、尺寸大小和成分的分析磨粒進(jìn)行形貌、尺寸大小和成分的分析，建立磨，建立磨損狀態(tài)類型與磨損顆粒形態(tài)的相互關(guān)系，判別摩擦損狀態(tài)類型與磨損顆粒形態(tài)的相互關(guān)系，判別摩擦副的磨損程度以確定失效情況和磨損部位。副的磨損程度以確定失效情況和磨損部位。 例如：正常磨損的磨屑一般呈薄片狀；例如：正常磨損的磨屑一般呈薄片狀；磨粒和切削

29、磨損形成的磨屑具有螺旋狀或卷曲狀，磨粒和切削磨損形成的磨屑具有螺旋狀或卷曲狀，這種磨粒的集中出現(xiàn)是嚴(yán)重磨損過程的表現(xiàn)，若數(shù)這種磨粒的集中出現(xiàn)是嚴(yán)重磨損過程的表現(xiàn)，若數(shù)目急劇增多，則表面機(jī)器損壞即將開始。目急劇增多，則表面機(jī)器損壞即將開始。氧化磨損或腐蝕磨損形成的磨屑是由化合物組成的，氧化磨損或腐蝕磨損形成的磨屑是由化合物組成的，在有色光作用下不同成分的磨料顯示出不同的顏色，在有色光作用下不同成分的磨料顯示出不同的顏色，以此確定磨粒的材料類型，進(jìn)而判斷磨損的具體位以此確定磨粒的材料類型，進(jìn)而判斷磨損的具體位置。置。l 定量鐵譜分析：定量鐵譜分析： 通常先采用鐵譜光密度計(jì)來測量鐵譜片上不通常先采用

30、鐵譜光密度計(jì)來測量鐵譜片上不同位置上磨粒沉積物的光密度，從而求得磨粒的同位置上磨粒沉積物的光密度，從而求得磨粒的尺寸、大小分布以及微粒總量。尺寸、大小分布以及微?？偭?。所謂光密度是投射過透明鐵譜片的光強(qiáng)度與透射所謂光密度是投射過透明鐵譜片的光強(qiáng)度與透射過含有磨粒的鐵譜片的光強(qiáng)度之比，過含有磨粒的鐵譜片的光強(qiáng)度之比，與磨屑的覆與磨屑的覆蓋面積成正比，那么蓋面積成正比，那么用光密度值就可以推算鐵譜用光密度值就可以推算鐵譜片上磨屑量的多少片上磨屑量的多少。 一般在鐵譜片上一般在鐵譜片上55mm(55mm(大磨粒沉積處大磨粒沉積處) )和和49mm(49mm(小磨粒沉積處小磨粒沉積處) )兩處測量磨粒

31、的光密度，以兩處測量磨粒的光密度，以AL和和AS分別表示大、小磨粒光密度的讀數(shù)。分別表示大、小磨粒光密度的讀數(shù)。通過通過測出鐵譜片上大、小磨粒的光密度，由此確定大測出鐵譜片上大、小磨粒的光密度，由此確定大磨粒和小磨粒的相對含量。磨粒和小磨粒的相對含量。 當(dāng)機(jī)器在當(dāng)機(jī)器在正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下(除磨合階段外除磨合階段外)， AL一般稍大于一般稍大于AS，但差別不顯著，但差別不顯著，這說明磨損處于穩(wěn)定狀態(tài)。這說明磨損處于穩(wěn)定狀態(tài)。在非正常在非正常磨損狀態(tài)下，磨損狀態(tài)下， AL將顯著地大于將顯著地大于AS ，而且磨粒量急劇增多，而且磨粒量急劇增多。因此，磨損變化程度可用磨粒數(shù)量和大小磨粒數(shù)量差

32、值兩因此，磨損變化程度可用磨粒數(shù)量和大小磨粒數(shù)量差值兩個(gè)特征量表示。個(gè)特征量表示?？偰p量總磨損量Iq= AL + AS ，表示不同時(shí)間磨粒數(shù)量的變化，表示不同時(shí)間磨粒數(shù)量的變化，對對應(yīng)于機(jī)器的磨損量和磨損率，當(dāng)嚴(yán)重磨損開始時(shí)，其數(shù)值應(yīng)于機(jī)器的磨損量和磨損率，當(dāng)嚴(yán)重磨損開始時(shí)，其數(shù)值急劇增大，稱為磨損定量指數(shù)急劇增大，稱為磨損定量指數(shù)。大小磨粒數(shù)量差值大小磨粒數(shù)量差值Is= AL - AS表示不同時(shí)間磨粒尺寸比例表示不同時(shí)間磨粒尺寸比例的相對變化，的相對變化，反映磨損不正常程度，其數(shù)值越大說明磨損反映磨損不正常程度，其數(shù)值越大說明磨損越惡化，越惡化， 故稱為磨損嚴(yán)重性指數(shù)故稱為磨損嚴(yán)重性指數(shù)。

33、綜上兩個(gè)方面的影響因素，對于整個(gè)磨損情況可以用磨損綜上兩個(gè)方面的影響因素，對于整個(gè)磨損情況可以用磨損指數(shù)方程：指數(shù)方程：IA磨損度指數(shù)；磨損度指數(shù)； Iq磨損定量指數(shù)；磨損定量指數(shù)； Is磨損嚴(yán)重性指數(shù)；磨損嚴(yán)重性指數(shù)；根據(jù)這些指數(shù)可以判斷磨損系統(tǒng)狀態(tài)是否正常。根據(jù)這些指數(shù)可以判斷磨損系統(tǒng)狀態(tài)是否正常。在磨粒分析方面，在磨粒分析方面，鐵譜和光譜分析各有所長鐵譜和光譜分析各有所長。l 鐵譜法能將磨粒鐵譜法能將磨粒按尺寸大小排列，并反映出顆按尺寸大小排列，并反映出顆粒的形狀、磨損的性質(zhì)粒的形狀、磨損的性質(zhì)，但進(jìn)一步定性定量分，但進(jìn)一步定性定量分析有困難；析有困難；l 光譜法光譜法能夠區(qū)別磨粒的中含

34、有的元素成分及含能夠區(qū)別磨粒的中含有的元素成分及含量量，但對于大于，但對于大于2 2m的微粒即失去檢測的效能，的微粒即失去檢測的效能，而很多機(jī)械失效時(shí)，磨粒尺寸往往大于而很多機(jī)械失效時(shí)，磨粒尺寸往往大于2 2 m 。因此，分析磨粒最好兩種方法聯(lián)合使用，可以因此，分析磨粒最好兩種方法聯(lián)合使用，可以相互補(bǔ)充，使檢測效果較好。相互補(bǔ)充，使檢測效果較好。六、摩擦表面的形態(tài)分析六、摩擦表面的形態(tài)分析 由于摩擦現(xiàn)象發(fā)生在表面層，表層組織結(jié)構(gòu)的變由于摩擦現(xiàn)象發(fā)生在表面層，表層組織結(jié)構(gòu)的變化是研究摩擦磨損規(guī)律和機(jī)理的關(guān)鍵，現(xiàn)代表面測試化是研究摩擦磨損規(guī)律和機(jī)理的關(guān)鍵，現(xiàn)代表面測試技術(shù)已先后用來研究摩擦表面的各種現(xiàn)象。技術(shù)已先后用來研究摩擦表面的各種現(xiàn)象。 1 1、摩擦磨損表面形貌的分析、摩擦磨損表面形貌的分析 摩擦過程中表面形貌的變化可以采用摩擦過程中表面形貌的變化可以采用表面輪廓儀表面輪廓儀和電子顯微鏡和電子顯微鏡來進(jìn)行分析。來進(jìn)行分析。 表面輪廓儀是通過測量觸針在表面上勻速移動(dòng)，表面輪廓儀是通過測量觸針在表