第3章金属磨损

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人教版高中化学选修1第3章第2节金属的腐蚀与防护(共30张PPT)

人教版高中化学选修1第3章第2节金属的腐蚀与防护(共30张PPT)
第三章 探索生活材料
第二节 金属的腐蚀和防护
2020/9/20
铁锈斑斑
2020/9/20
钢铁生锈造成大桥断裂!
断裂 四川202省0/9/20 宜宾市城区的南门大桥
铜器表面生成一层薄薄的铜绿[铜绿的 主要成分是Cu2(OH)2CO3]
2020/9/20
一、金属的腐蚀
1、定义: P49 。
指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化 学反应而腐蚀损耗的过程
2、分类
1)、化学腐蚀 P49 金属跟接触到的物质 (如O2、Cl2 、SO2等) 直 接发生化学反应而引起的腐蚀。
2020/9/20
左边家用燃气灶的中心部位很容易生锈,而右 边的食品罐头放在南极90多年了,却很少生锈
升温可加 快金属腐

2020/9/20
温度对化学腐蚀的影响: 升温加快金属腐蚀 降温减慢金属腐蚀
2020/9/20
原电池正负极的判断
根据金属的活泼性判断
活泼金属做_负_极, 不活泼金属(或可导电的非金属)做_正__极
根据电极反应来判断 发生氧化反应的是_负__极(电极消耗) 发生还__原__反应的是_正___极(电极放出气体或
析出金属)
2020/9/20
钢铁的电化学腐蚀:
吸氧腐蚀:
条件:钢铁在很弱的酸性或中性环境下的腐蚀。 特点:有氧气参加反应。
2020/9/20
钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
析氢腐蚀
吸氧腐蚀

水膜呈_较__强__酸__性。
件 CO2+H2O H2CO3
H++HCO
-
3
水膜呈中__性__或_酸__性__很__弱___
电 负极Fe(- )

金属工艺学第3章

金属工艺学第3章
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第二节 铁碳合金相图
• 2.亚共析钢 • 根据Fe-Fe3C相图,含碳量小于0.77%的亚共析钢从液态到
结晶终了的结晶过程与共析钢相同,合金全部转变为单相奥氏体。当 亚共析钢继续冷却到与GS线相交的温度时,从奥氏体中开始析出铁 素体,获得铁素体和奥氏体组织。由于铁素体只能溶解很少的碳,所 以合金中大部分的碳留在了奥氏体中,使剩余奥氏体的溶碳量有所增 加。随着温度的不断下降,析出的铁素体逐渐增多,剩余的奥氏体量 逐渐减少,而奥氏体的溶碳量沿GS线逐渐增加。当温度下降到与P SK线相交的温度(727℃)时,奥氏体的溶碳量达到0.77% ,此时剩余的奥氏体发生共析转变,转变成珠光体。
• 3.渗碳体 • 渗碳体是铁和碳相互作用而形成的一种具有复杂斜方晶体结构的金属
化合物,常用分子式Fe3C表示。渗碳体中碳的质量分数为6.69 %,熔点为1227℃,硬度很高(800HBW),塑性和韧性极 低,硬而脆。渗碳体分布在钢中主要起强化作用,它以多种晶粒形态 存在于钢中,其数量、形状、大小及分布状况对钢的性能影响很大。
• 3.过共析钢 • 当含碳量大于0.77%的过共析钢冷却到与AE线相交的结晶终了
温度时,获得单相奥氏体组织。
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第二节 铁碳合金相图
• 继续冷却到与ES线相交的温度时,由于温度的降低,碳在奥氏体中 的溶解度降低,过剩的碳以渗碳体(这种从奥氏体中析出的渗碳体称 为二次渗碳体)的形式从奥氏体共析钢的显微组织中沿晶界析出,随 着温度的下降,析出的Fe3CⅡ不断增多,并沿晶界呈网状分布, 奥氏体中的溶碳量逐渐下降,当温度降低到727℃时,剩余奥氏体 的溶碳量正好为0.77%,于是发生共析转变而形成珠光体。温度 再继续下降,合金的组织基本不变,最终获得珠光体和二次渗碳体组 织。图3-11所示为过共析钢的显微组织(图3-11中黑色为层 片状的珠光体,白色为网状的二次渗碳体)。过共析钢的室温平衡组 织为珠光体和二次渗碳体,但随着含碳量的增加,钢中的二次渗碳体 量也逐渐增多。过共析钢结晶组织转变过程如图3-12所示。

金属切削原理PPT课件

金属切削原理PPT课件
在切削加工中,也有用进给速度 来表示进 给运动的。所谓进给速度是刀刃选定点相对于工 件的进给运动的速度,其单位为mm/s。若进给 运动为直线运动,则进给速度在刀刃上各点是相 同的。
3. 背吃刀量 对外圆车削(图1-1) 和平面刨削(图1-2)而言,背吃刀量等于已 加工表面与待加工表面间的垂直距离;其中外圆 车削的背吃刀量:
总之,任何切削加工方法都必须有一个主运 动,可以有一个或几个进给运动。主运动和进给 运动可以由工件或刀具分别完成,也可以由刀具 单独完成(例如在钻床上钻孔或铰孔)。
二 工件上的加工表面
在切削过程中,通常工件上存在三个表面, 以图1-1的外圆车削和图1-2的平面刨削为 例,它们是:
1.待加工表面 它是工件上即将被切去的
三 切削用量
所谓切削用量是指切削速度,进给量和背吃 刀量三者的总称。它们分别定义如下:
1. 切削速度v 它是切削加工时,刀刃上选
定点相对于工件的主运动的速度.刀刃上各点的 切削速度可能是不同的。
当主运动为旋转运动时,刀具或工件最大直 径处的切削速度由下式确定:
式中 d——完成主运动的刀具或工件的最大直径 (mm);
(一)刀具在正交平面参考系中的标注角度
刀具标注角度的内容包括两个方面:一是确
定刀具上刀刃位置的角度;二是确定前刀面与后 面位置的角度。以外圆车刀为例(图1-9), 确定车刀主切削刃位置的角度有二:
主偏角 它是在基面上,主切切削忍与 基面的夹角。当刀尖在主切削刃上为最低的点时, 为负值;反之,当刀尖在主切削刃上为最高的点 时, 为正值。必须指出,这个规定是根据IS O标注,同过去某些书上关于正负号的规定恰好 相反。
实际上,除了由上述切削平面和基面组成的 参考平面系以外,还应该有一个平面作为标注和 测量刀具前,后刀面角度用的 “测量平面”。通 常根据刃磨和测量的需要与方便,可以选用不同 的平面作为测量平面。在刀刃上同一选定点测量 其角度时,如果测量平面选得不同,刀具角度的 大小也就不同。

材料力学性能-第七章-金属的磨损(1)

材料力学性能-第七章-金属的磨损(1)

一、粘着磨损
1.定义与特点:粘着磨损又称咬合磨损,是在 滑动摩擦条件下,当摩擦副相对滑动速度较小 (1m/s)时发生的。它是因缺乏润滑油,摩擦副 表面无氧化膜,且单位法向载荷很大,以致接 触应力超过实际接触点的屈服强度而产生的一 种磨损。
2021年11月27日 星期六
第七章 金属的磨损
图7-2 粘着磨损表面损伤形貌
2021年11月27日 星期六
第七章 金属的磨损
由于从较软一方金属材料的表面脱离下来的 碎屑不一定全部成为磨屑,有时碎屑可能仍附于 金属表面上,因此,磨屑形成有个几率问题,设 此几率为K,则单位滑动距离内的磨损体积为:
V l
K
N
d 3
12
··················
式中:V-磨损体积;l-滑动距离;K-磨屑形成几率; d-磨屑直径
2021年11月27日 星期六
第七章 金属的磨损
图7-3中所示的粘着磨损过程是粘着点强
度比摩擦副一方金属强度高的情况,此时常在
较软一方本体内产生剪断,其碎片则转移到较
硬一方金属上,软方金属在硬方金属表面逐步
积累最终使不同金属的摩擦副滑动成为相同金
属间的滑动,故磨损量较大,表面较粗糙,甚
至可能产生咬死现象,铅基合金与钢之间的滑
粘附一层很薄的转移膜并伴有化学成分变化,这
是粘着磨损的重要特征。
2021年11月27日 星期六
第七章 金属的磨损
分三个阶段:
接触面凸起因塑性变形被
碾平,并在接触面之间形成
剪断强度高的分界面;
❖摩擦副一方金属远离分界
面内断裂,从该金属上脱落
并转移到另一方金属表面;
转移的碎屑脱落下来形成
磨屑。

第3章金属磨损

第3章金属磨损

对于纯金属和各种未经热处理的钢材,耐磨性与材料硬度成 正比关系。
2. 相对硬度 磨料硬度H0与试件材料硬度H之间的相对值。 为了防止磨粒磨损,材料硬度应高于磨料硬度。
3. 载荷 外载荷对各种材料的磨粒磨损有显著影响。线磨损率与表面 压力成正比。 当压力达到转折值pc时,线磨损率随压力的增加变得平缓, 这是由于磨粒磨损形式转变的结果。各种材料的转折压力值 是不同的。
2. 表面温度 pv值与摩擦副传递的功率成正比,也就是与摩擦损耗的功 率成正比,摩擦过程中这些能量产生的热使表面温度升高。 产生的热量在接触表面间不是均匀分布的,大部分的热量 产生在表面接触点附近,形成了半球形的等温面。
摩擦热产生于最外层的变形区,因此表面温度最高,
表面温度可使润滑膜失效,而温度梯度引起材料性质和破 坏形式沿深度方向变化。
高速重载摩擦副中,由于接触峰点的塑性变形大和表面 温度高,使粘着结点的强度和面积增大,通常产生胶合 磨损。 相同金属材料组成的摩擦副中,因为粘着结点附近的材 料塑性变形和冷作硬化程度相同,剪切破坏发生在很深 的表层,胶合磨损更为剧烈。
3.3.2 粘着磨损机理
粘着磨损模型:如下图所示。 选取摩擦副之间的粘着结点面积为以a为半径的圆,每一 2 个粘着结点的接触面积为 a 。 如果表面处于塑性接触状态,则粘着结点承受的载荷为
而由于摩擦副体积远大于接触峰点,一旦脱离接触,峰点 温度便迅速下降,一般局部高温持续时间只有几毫秒。
润滑油膜、吸附膜或其他表面膜将发生破裂,使坏、再粘着的交替过程就构成粘着磨损。
3.3.1 粘着磨损的种类
1. 轻微粘着磨损 当粘着结点的强度低于摩擦副金属的强度时,剪切发生在 结合面上。此时虽然摩擦系数增大,但是磨损却很小,材料 迁移也不显著。 如:缸套-活塞环摩擦副的正常磨损。通常在金属表面具 有氧化膜、硫化膜或其他涂层时发生此种粘着磨损。 2. 一般粘着磨损 当粘着结点的强度高于摩擦副中较软金属的剪切强度时, 破坏将发生在离结合面不远处较软金属表层内,因而软金属 粘附在硬金属表面上。 如:重载蜗轮副蜗杆的磨损。这种磨损的摩擦系数与轻微 磨损差不多,但磨损程度加剧。

第3章 切削的变形过程

第3章 切削的变形过程
这是因为在低速区切削温度较低,前刀面与切 屑底层不易粘接,粘结的严密程度随速度(温度) 增高而发展,从而使μ 上升。当v超过30m/ min后,温度进一步升高,材料塑性增加,而使 切屑底层材料的τ s下降,故μ 随之逐渐下降。
结论:
1.工件材料: σ b↗,HB ↗, 其他不变,温度 ↗ ∴摩擦系数 μ↘
的影响
1 前刀面上的摩擦
塑性金属在切削过程。 故切屑与前刀面之间不是一般的外摩擦,而是切屑和前刀 面粘结层与其上层金属之间的内摩擦。
这种内摩擦实际上就是金属内部的滑移剪切,它 不同于外摩擦(外摩擦力的大小与摩擦系数以及 正压力有关,与接触面积无关),而是与材料的 流动应力特性以及粘结面积大小有关。 图2- 10给出切屑与前刀面摩擦时的情形。刀-屑 接触部分可分 为两个区域,在粘结部分为内摩 擦,滑动部分为外摩擦。图中也表示出了整个刀 -屑接触区上正应力σ r的分布,显然金属的内摩 擦力要比外摩擦力大得多,因此,应着重考虑内 摩擦。
切削厚度ac增加时, μ 也略为下降;
如10钢的ac从0. lmm增大到0. 18mm, μ 从0 .74降至0 .72。因 为ac增加后正应力也随之增大。
在一般切削速度范围内,前角γ 。愈大,则μ 值愈大。 因为随着γ 。增大,正应力减小,故μ 增加。
切削速度对摩擦系数的影响见图2-11。
当u<30m/min时,切削速度提高,摩擦系数变 大。
(2)增大切入深度: 如图2-13所示,积屑瘤使刀具切入深度增加 了△ac ,由屑瘤的产生、成长与脱落是一个 周期性过程,△ac的变化有可能引起振动。
(3)使加工表面粗糙度值增大:
积屑瘤的顶部很不稳定,易破裂,其破裂 的部分碎片可能留在已加工表面上;积屑 瘤凸出刀刃部分使加工表面变得粗糙。

金属切削第三章解析

金属切削第三章解析
• 在这过程中产生一系列现象,如形成切屑、切削 力、切削热与切削温度、刀具磨损等,它们产生 的根本原因时切削过程中的弹性变形和塑性变形
• 金属切削变形过程的研究是金属切削原理的基础 理论研究。是适应生产发展的需要,有助于保证 加工质量,提高生产率和降低成本。
研究切削变形的实验方法
侧面变形观察法 高速摄影法 快速落刀法 SEM观察法 光弹性、光塑性实验法 其它方法,如:X射线衍射等
第II变形区内金属的挤压变形
切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和 摩擦,使靠近前刀面的金属纤维化,基本与前刀面平 行。
第Ⅲ变形区:
➢刀工接触区。
➢已加工表面受到刀具刃口钝圆和后刀面挤压和摩 擦,晶粒进一步剪切滑移。
➢有时也呈纤维化,其方向平行已加工表面,也产 生加工硬化和回弹现象。
➢三个变形区汇集在切削刃附近,应力集中而又复 杂。三个变形区内的变形又相互影响。
• 通常加工塑性金属材料,切削厚度较小,切削速度 较高,刀具前角较大时得到。
• 切削力波动很小,切削过程平稳,已加工表面粗糙 度较小。
2、挤裂切屑
• 外侧面呈锯齿状,内侧面有时有裂纹 • 加工塑性金属材料,切削厚度较大,切削速
度较低,刀具前角较小时得到。加工硬化较 大,在局部剪应力超过破裂强度。
• 切削力波动较大,切削过程产生一定的振动, 已加工表面较粗糙。
摩擦。此变形区的变形是造成前刀面磨损和产生积屑瘤的
主要原因。
➢ 第Ⅲ变形区:已加工面受到后刀面挤压与摩擦,产生变 形。此区变形是造成已加工面加工硬化和残余应力的主要 原因。
切 削 变 形 金 相 显 微 照 片
第Ⅰ变形区:
➢从OA线(始滑移线)金属开始发生剪切变形,到 OM线(终滑移线)金属晶粒剪切滑移基本结束, AOM区域叫第一变形区。 ➢是切屑变形的基本区,其特征是晶粒的剪切滑移 ,伴随产生加工硬化。

高中化学必修一知识点(第三章)

高中化学必修一知识点(第三章)

高中化学必修一知识点(第三章)学习高中化学要学会总结,最好一个章节一次总结,最后再来个大总结,那么化学必修一第三章知识点有哪些呢?今天小编在这给大家整理了高中化学必修一知识点(第三章),接下来随着小编一起来看看吧!高中化学必修一知识点(第三章)第三章金属及其化合物第一节金属的化学性质1.金属的物理通性有哪些?(1)金属在常温下的状态除汞是液体外,其他在常温下是固体。

(2)金属的颜色、光泽绝大多数金属都是银白色,具有金属光泽,少数金属是特殊颜色如铜是紫红色,金是金黄色。

(3)良好的导电、导热性。

(4)延展性延性:拉成细丝的性质。

展性:压成薄片的性质。

2.化学通性有哪些?(1)化合态金属元素只有正化合价(2)金属单质易失电子,表现还原性(3)易与氧气反应,得到氧化物(4)活动性排在氢前的金属元素与酸反应得到盐和氢气(5)与盐反应,置换出活动性弱的金属单质3.金属钠的性质有哪些?(1)物理性质有哪些?钠银白色、质软、熔点低、密度比水的小但比煤油的大。

(2)化学性质有哪些?①很活泼,常温下:4Na + O2=2Na2O(新切开的钠放在空气中容易变暗)②加热条件下:2Na+O2Na2O2(先熔化成小球,后燃烧产生黄色火焰,生成淡黄色固体Na2O2。

)钠在空气中的变化过程:Na―→Na2O―→NaOH―→Na2CO3·10H2O(结晶)―→Na2CO3(风化),最终得到是一种白色粉末。

一小块钠置露在空气中的现象:银白色的钠很快变暗(生成Na2O),跟着变成白色固体(NaOH),然后在固体表面出现小液滴(NaOH易潮解),最终变成白色粉未(最终产物是Na2CO3)。

③钠与水的反应与H2O反应2Na+2H2O=2NaOH+H2↑离子方程式:2Na++2H2O=2Na++2OH-+H2↑(注意配平)实验现象:钠浮在水面上,熔成小球,在水面上游动,有哧哧的声音,最后消失,在反应后的溶液中滴加酚酞,溶液变红。

化工装备常见的失效形式及判断-第3章-删减版

化工装备常见的失效形式及判断-第3章-删减版

2020/3/3
17 化工设备失效分析
3.2 断裂失效 显微形貌
(3)剪切唇的显微形貌
一般属于拉长韧窝型的形貌。
2020/3/3
18 化工设备失效分析
3.2 断裂失效 韧性断裂
金属构件超载时会发生塑性变形,使宏观尺寸发生明显变 化。当其应力应变增大到材料的抗拉强度时,结构便出现 断裂失效。一般将发生过明显塑性变形之后的断裂称为韧 性(或称延性)断裂失效。
金属材料的断裂过程一般有三个阶段,即裂纹的萌生,裂 纹的亚稳扩展及失稳扩展,最后是断裂。
金属构件断裂后,在断裂部位都有匹配的两个断裂表面, 称为断口,断口及其周围留下与断裂过程有密切相关的信 息。通过断口分析可以判断断裂的类型、断裂过程的机理, 从而找出断裂的原因和预防断裂的措施。
断口分析,是失效分析的重要内容之一。
大韧窝的底部可观察有蛇行
剪切韧窝及涟波花样
花样条纹 TEM 10000×
TEM 10000×
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2020/3/3
化工设备失效分析
3.2 断裂失效
韧性破坏的设备一般不发生碎裂。
韧性断裂的容器一般不破碎成块或者片,而是只裂开一个裂口。壁厚比 较均匀的圆筒形容器,常常是在中部沿轴向裂开,裂口的大小与容器破 裂时释放的能量有关。盛装常温受压水的容器,破裂时因释放膨胀功很 小,所以破口也小;盛装受压饱和水及液化气体的容器,破裂时因闪蒸 产生大量气体,器壁的裂口也较大。
常见韧性断裂事故
①液化气体容器充装过量。
有些盛装高临界温度液化气体的气瓶、罐车和贮罐,由于操作疏 忽、计量错误或其它原因造成充装过量,在运输或使用过程中,容器 内介质温度因环境温度影响或太阳曝晒而升高,介质体积膨胀满液后 使器内压力急剧上升,最终导致容器韧性断裂。

7-材料磨损与耐磨材料(第3章粘着磨损)4详解

7-材料磨损与耐磨材料(第3章粘着磨损)4详解
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§3.1.2 粘着磨损一般规律
图(b)表示两个摩擦表面相对滑动时,由于摩擦力的 作用,在表层产生塑性流动(实线表示),表层的缺陷 不断扩展。表面接触部位发生金属间的粘着。
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§3.1.2 粘着磨损一般规律
图(c)表示表面层内的裂缝扩展到表面,金属从表面 撕裂下来,形成磨粒。一些金属粘着在另一个金属表 面。图(d)是磨损后形成的新表面。
2
Chapter 3: 材料的磨损机理
图(b)为磨粒磨损,主要特征是磨损表面有明显的 划痕或犁沟,磨损物为条状或切屑状,常见于农用犁 铧、斗齿等。
3
Chapter 3: 材料的磨损机理
图(c)是接触疲劳磨损,主要特征为磨损表面有裂 纹、小坑等,磨损产物为块状或饼状,通常在滚动轴 承、齿轮的表面发生较普遍。
将粘附对摩件金属,发生“金属转移”,即发生”物质 转移”。
在以后的摩擦过程中,附着物碾转于对磨件的表面之 间,有些粘附物在反复的摩擦中可能由金属表面脱落下 来→磨屑。
9
§3.1.1 粘着磨损的概念
粘着磨损也称咬合(胶合)磨损。磨损产物通常呈小 颗粒状,从一物体表面粘附到另一个物体表面上,然 后在继续的摩擦过程中,表面层发生断裂,有时还发 生反粘附.即被粘附到另一个表面上的材料又回到原 来的表面上,这种粘附反粘附往往使材料以自由磨屑 状脱落下来。粘着磨损产物可以在任意的循环中形成。 粘着以后的断裂分离,并不一定在最初的接触表面产 生。
10
§3.1 粘着磨损
• §3.1.1 粘着磨损的概念 • §3.1.2 粘着磨损一般规律 • §3.1.3 粘着磨损分类 • §3.1.4 粘着磨损表达式与定律 • §3.1.5 影响粘着磨损的因素
11
§3.1.2 粘着磨损一般规律

机械制造与控制专业教案:第3章 切削与磨削原理01

机械制造与控制专业教案:第3章 切削与磨削原理01

机械制造与控制专业教案:第3章切削与磨削原理01重点:金属切削过程的基本概念难点:金属切削过程基本规律的应用金属切削过程是机械制造过程的一个重要组成部分。

金属切削过程是指将工件上多余的金属层,通过切削加工被刀具切除而形成切屑并获得几何形状、尺寸精度和表面粗糙度都符合要求的零件的过程。

在这一过程中,始终存在着刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾,从而产生一系列现象,如切削变形、切削力、切削热与切削温度以及有关刀具的磨损与刀具寿命、卷屑与断屑等。

对这些现象进行研究,揭示其内在的机理,探索和掌握金属切削过程的基本规律,从而主动地加以有效的控制,对保证加工精度和表面质量,提高切削效率,降低生产成本和劳动强度具有十分重大的意义。

总之,金属切削过程的优劣,直接影响机械加工的质量、生产率与生产成本。

因此,必须进行深入的研究。

3.1 金属切削层的变形一、切屑形成过程及变形区的划分1、切削变形金属的切削过程与金属的挤压过程很相似。

金属材料受到刀具的作用以后,开始产生弹性变形;虽着刀具继续切入,金属内部的应力、应变继续加大,当达到材料的屈服点时,开始产生塑性变形,并使金属晶格产生滑移;刀具再继续前进,应力进而达到材料的断裂强度,便会产生挤裂。

2、变形区的划分大量的实验和理论分析证明,塑性金属切削过程中切屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。

切削层的金属变形大致划分为三个变形区:第一变形区(剪切滑移)、第二变形区(纤维化)、第三变形区(纤维化与加工硬化)。

3、切屑的形成及变形特点1)第一变形区(近切削刃处切削层内产生的塑性变形区)金属的剪切滑移变形切削层受刀具的作用,经过第一变形区的塑性变形后形成切屑。

切削层受刀具前刀面与切削刃的挤压作用,使近切削刃处的金属先产生弹性变形,继而塑性变形,并同时使金属晶格产生滑移。

在下图中,切削层上各点移动至AC线均开始滑移、离开AE线终止滑移,在沿切削宽度范围内,称AC是始滑移面,AE是终滑移面。

机械制造装备设计第三章习题答案(关慧贞).

机械制造装备设计第三章习题答案(关慧贞).

机械制造装备设计第三章习题答案(关慧贞).第三章典型部件设计1.主轴部件应满⾜那些基本要求?答:主轴部件应满⾜的基本要求有旋转精度、刚度、抗振性、温升热变形和精度保持性等。

主轴的旋转精度是指装配后,在⽆载荷、低速转动条件下,在安装⼯件或⼑具的主轴部位的径向和轴向跳动。

旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。

主轴部件的刚度是指其在外加载荷作⽤下抵抗变形的能⼒,通常以主轴前端产⽣单位位移的弹性变形时,在位移⽅向上所施加的作⽤⼒来定义,主轴部件的刚度是综合刚度,它是主轴、轴承等刚度的综合反映。

主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和⾃激振动的能⼒。

主轴部件的振动会直接影响⼯件的表⾯加⼯质量,⼑具的使⽤寿命,产⽣噪声。

主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的能⼒,必须提⾼其耐磨性。

2.主轴轴向定位⽅式有那⼏种?各有什麽特点?适⽤场合答:(1)前端配置两个⽅向的推⼒轴承都分布在前⽀撑处;特点:在前⽀撑处轴承较多,发热⼤,升温⾼;但主轴承受热后向后伸,不影响轴向精度;适⽤场合:⽤于轴向精度和刚度要求较⾼的⾼精度机床或数控机床。

(2)后端配置两个⽅向的推⼒轴承都布置在后⽀撑处;特点:发热⼩、温度低,主轴受热后向前伸长,影响轴向精度;适⽤范围:⽤于普通精度机床、⽴铣、多⼑车床。

(3)两端配置两个⽅向的推⼒轴承分别布置在前后两个⽀撑处;特点:这类配置⽅案当主轴受热伸长后,影响轴承的轴向间隙,为避免松动,可⽤弹簧消除间隙和补偿热膨胀;适⽤范围:⽤于短主轴,如组合机床。

(4)中间配置两个⽅向的推⼒轴承配置在前⽀撑后侧;特点:此⽅案可减少主轴的悬伸量,使主轴热膨胀后向后伸长,但前⽀撑结构复杂,温升可能较⾼。

3.试述主轴静压轴承的⼯作原理答:主轴静压轴承⼀般都是使⽤液体静压轴承,液体静压轴承系统由⼀套专⽤供油系统、节流器和轴承三部分组成。

静压轴承由供油系统供给⼀定压⼒油,输进轴和轴承间隙中,利⽤油的静压压⼒⽀撑载荷、轴颈始终浮在压⼒油中。

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而由于摩擦副体积远大于接触峰点,一旦脱离接触,峰点 温度便迅速下降,一般局部高温持续时间只有几毫秒。
润滑油膜、吸附膜或其他表面膜将发生破裂,使接触峰点 产生粘着,随后在滑动中粘着结点破坏。 这种粘着、破坏、再粘着的交替过程就构成粘着磨损。
3.3.1 粘着磨损的种类
1. 轻微粘着磨损 当粘着结点的强度低于摩擦副金属的强度时,剪切发生在 结合面上。此时虽然摩擦系数增大,但是磨损却很小,材料 迁移也不显著。 如:缸套-活塞环摩擦副的正常磨损。通常在金属表面具 有氧化膜、硫化膜或其他涂层时发生此种粘着磨损。 2. 一般粘着磨损 当粘着结点的强度高于摩擦副中较软金属的剪切强度时, 破坏将发生在离结合面不远处较软金属表层内,因而软金属 粘附在硬金属表面上。 如:重载蜗轮副蜗杆的磨损。这种磨损的摩擦系数与轻微 磨损差不多,但磨损程度加剧。
2. 表面温度 pv值与摩擦副传递的功率成正比,也就是与摩擦损耗的功 率成正比,摩擦过程中这些能量产生的热使表面温度升高。 产生的热量在接触表面间不是均匀分布的,大部分的热量 产生在表面接触点附近,形成了半球形的等温面。
摩擦热产生于最外层的变形区,因此表面温度最高,
表面温度可使润滑膜失效,而温度梯度引起材料性质和破 坏形式沿深度方向变化。
4. 重复摩擦次数 图示为重复摩擦次数与线磨损率的关系。
在磨损刚发生时,由于磨合作用使线磨损率随摩擦次数的增 加而下降,同时表面粗糙度得到改善,随后磨损趋于平缓。
5. 磨粒尺寸 磨损量与材料的颗粒大小成正比,但颗粒大到一定值以后, 磨粒磨损量不再与颗粒大小有关。 磨粒的形状和尖锐程度对磨损也有明显影响。
高速重载摩擦副中,由于接触峰点的塑性变形大和表面 温度高,使粘着结点的强度和面积增大,通常产生胶合 磨损。 相同金属材料组成的摩擦副中,因为粘着结点附近的材 料塑性变形和冷作硬化程度相同,剪切破坏发生在很深 的表层,胶合磨损更为剧烈。
3.3.2 粘着磨损机理
粘着磨损模型:如下图所示。 选取摩擦副之间的粘着结点面积为以a为半径的圆,每一 2 个粘着结点的接触面积为 a 。 如果表面处于塑性接触状态,则粘着结点承受的载荷为
3.2 磨粒磨损
建筑机械、农业机械、矿山机械和经常在野外、沙漠等 环境下工作的机械的主要磨损形式就是磨粒磨损。 例如颚式破碎机的动颚、 矿石和肘板间会存在明显 的磨粒磨损。 掘土机的铲齿、犁耙、球 磨机的衬板与钢球等。
水轮机叶片和船舶螺旋桨 与含泥沙的水之间的侵蚀 磨损也属于磨粒磨损。
机床导轨面由于切屑的存 在引起的磨损。
相同金属或者互溶性大的材料组成的摩擦副粘着效应较强, 容易发生粘着磨损。 异性金属或者互溶性小的材料组成的摩擦副抗粘着磨损的 能力较高。
金属和非金属材料组成的摩擦副的抗粘着磨损能力高于异 性金属组成的摩擦副。
多相金属比单相金属的抗粘着磨损能力高。 表面处理,金属表面上生成硫化物、磷化物或氯化物等薄 膜将减少粘着效应,同时表面膜也限制了破坏深度,从而 提高了抗粘着磨损能力。
第三章 金属磨损
3.1 磨损概述
磨损:是指任一工作表面的物质,由于表面相对运动而 不断损失的现象。摩擦是磨损的原因,而磨损是摩擦的 必然结果。
磨损的危害:磨损将造成表层材料的损耗,零件尺寸的 变化,直接影响零件的使用寿命和机器的性能。生产中 总是力求提高零件的耐磨性。
利用磨损为生产服务:例如利用磨损原理所进行的加工 (如研磨、磨削、抛光等)。
3. 磨损常数 在有些情况下,为了对比不同硬度材料的磨损量,可采 用磨损常数判定磨损大小。 磨损常数K定义为:
磨损量 硬度 3VH K 法向载荷 滑动距离 FN s
3.1.2 磨损的分类
1.磨粒磨损 磨粒磨损是最普遍的磨损形式之一。磨粒磨损是由外 界硬颗粒或者对磨表面上的硬突起物或粗糙峰在相对运 动过程中划伤工作表面而引起表面材料脱落的现象。 2. 粘着磨损 由于表面微观不平,当摩擦表面相对滑动时,实际上 是微凸体之间的接触。在相对滑动和载荷的作用下,粘 着效应所形成的粘着结点发生剪切断裂,被剪切的材料 或脱落成磨屑,或由一个表面迁移到另一个表面,此类 磨损统称为粘着磨损。粘着磨损的特点是粘着结点被剪 切破坏。
体磨损率KV
重量磨损率KG
质量磨损率Km
磨损材料质量 m dm Km 相对滑动距离 接触表面积 sAa Aa ds
2. 耐磨性 有时为了判断材料的耐磨性,也可以采用耐磨性E衡量 其大小。 耐磨性为磨损率的倒数。
线磨损率KL
E
ds dh体磨损率KV Nhomakorabeads E dV
重量磨损率KG
Aa ds E dG
2. 多体磨粒磨损 三体磨损:大多数的多体磨损属于此类,如图所示。
如果外界磨粒移动于两摩擦表面之间,类似于研磨作用,则 称为三体磨粒磨损。球磨机衬板与钢球、轧碎机滚筒等零件 的表面破坏都是这一类磨损。 通常多体磨损的磨粒与金属表面产生极高的接触应力,并超 过磨粒的压溃强度。
3.2.2 磨粒磨损机理
1)微观切削 认为由法向载荷将磨料压入摩擦表面,而滑动时的摩擦力 通过磨料的犁沟作用使表面剪切、犁皱和微量切削,产生槽 状磨痕。 2)挤压剥落 对于塑性较大的材料,磨料颗粒在载荷的作用下嵌入摩擦 表面而产生压痕,从表面层上挤压出剥落物。 3)疲劳破坏 由于磨料的颗粒作用,摩擦表面层在循环接触应力的作用 下,表面材料因疲劳而剥落。磨粒磨损机理属于磨料的机械 作用。
对于纯金属和各种未经热处理的钢材,耐磨性与材料硬度成 正比关系。
2. 相对硬度 磨料硬度H0与试件材料硬度H之间的相对值。 为了防止磨粒磨损,材料硬度应高于磨料硬度。
3. 载荷 外载荷对各种材料的磨粒磨损有显著影响。线磨损率与表面 压力成正比。 当压力达到转折值pc时,线磨损率随压力的增加变得平缓, 这是由于磨粒磨损形式转变的结果。各种材料的转折压力值 是不同的。
W a2 s
粘着磨损的计算公式
设粘着结点沿剪切平面被破坏,因为在峰部受压时已经变 形,所以迁移的磨屑可近似认为是个半球,半径为b。
2 3 当滑动位移为2a时的磨损体积为 b 。引入粘着磨损常 3
数ks 。
体积磨损率
dV W ks ds 3 s
磨损常数ks 用销盘磨损机测定的几种材料在干摩擦条件下的ks值 。 表中粘着磨损常数ks值远小于1,这说明在所有粘着结点中 只有极少数发生磨损,而大部分粘着结点不产生磨屑。
磨粒磨损计算方法:最简单的是根据微观切削机理得出的 。
设磨粒为形状相同的圆锥体,则磨粒磨损的体积磨损率为:
dV W 2 h tan ds s tan
dV W ka ds H
ka为磨粒磨损常数
H为硬度
提高耐磨性:磨粒磨损主要与磨料的相对硬度、形状、大小 以及磨料与被磨表面的力学性能有关,属于磨料的机械作用。 应尽量减少微观切削作用。 提高耐磨性的方法: 降低磨粒对表面的作用力并使载荷均匀分布; 提高材料表面硬度; 降低表面粗糙度; 增加润滑膜厚度; 采用防尘或过滤装置保证摩擦表面清洁等。
3.3.4 胶合准则
胶合是最严重的磨损形式,出现在高速重载和润滑不良的场 合,如齿轮—蜗杆传动、滚动轴承和滑动轴承等摩擦副。 被磨损表面凹凸不平,有时磨痕深达0.2 mm,表面材料堆积, 使摩擦系数很高而且不稳定,并出现摩擦副“抱死”、“咬 死”等现象。 胶合磨损一旦发生就很严重,往往在几十亳秒内就导致摩擦 副完全失效,所以应尽量避免。
摩擦副材料
摩擦系数f
磨损常数ks
软钢-软钢
硬质合金-淬火钢 聚乙烯-淬火钢
0.6
0.6 0.65
10-2
5×10-5 10-7
3.3.3 影响粘着磨损的因素
1. 载荷与速度 一定速度下,当表面压力达到 一定临界值,并经过一段时间 的运行后,才会发生胶合。 通过观察不同材料的试件在四 球机实验中磨痕直径的变化, 可以反映出胶合磨损的情况。 胶合载荷:在一定速度下,当 载荷达到一定值时,磨痕的直 径骤然增大时的载荷。 临界载荷值随滑动速度的增加 而降低。
3.1.1 磨损的度量
1. 磨损量与磨损率
磨损量:表示磨损的大小。 磨损量的表示: 被磨损的高度h 被磨损的体积V 被磨损的重量G
被磨损的质量m
磨损率: 线磨损率KL
磨损高度 h dh KL 相对滑动距离 s ds
磨损体积 V dV KV 相对滑动距离 s ds
KG 磨损材料重量 G dG 相对滑动距离 接触表面积 sAa Aa ds
1—钢-钢; 2—钢-铸铁; 3—钢-青铜。
载荷与速度 仅载荷或者速度本身并不是直接导致粘着磨损的唯一原因, 它们两者的影响是相关的。 实验表明:当速度与载荷的乘积(即pv值)达到一定值时, 就会产生粘着磨损,如果它们的乘积很大则会发生严重的 粘着磨损——胶合。 载荷与速度的乘积与摩擦副间传递的功率成正比,因此可 以认为,材料一定的摩擦副传递的功率是有限的。工程中 常常要限制摩擦副的pv值。
3.2.1 磨粒磨损的形式
1. 二体磨粒磨损
二体磨粒磨损:一个磨粒相对一个固体表面运动而产生的磨损。
当磨粒运动方向与固体表面接近平行时,磨粒与表面接触处的 应力较低,固体表面产生擦伤或微小的犁沟痕迹。 在一对摩擦副中,由于表面的粗糙对另一表面产生的磨粒磨损 也是一种二体磨损,通常这类磨损的应力相对较低。
3.2.3 磨粒磨损的影响因素
在实验室中研究磨粒磨损通常是将试件材料在磨料纸上相互 摩擦。
虽然由于略去了冲击、腐蚀和温度等因素的影响,使实验室 中得到的数据与实际存在差别,但它反映了磨粒磨损的基本 现象和规律,所得的结论仍十分有用。 主要因素如下6点。
1. 材料的硬度 硬度是表征材料抗磨粒磨损性能的主要参数。
3. 擦伤磨损 当粘结强度高于两金属材料强度时,剪切破坏主要发生在 软金属表层内,有时也发生在硬金属表层内。迁移到硬金属 上的粘着物又使软表面出现划痕,所以擦伤主要发生在软金 属表面。 如:内燃机铝活塞壁与缸体摩擦产生的拉伤。 4. 胶合磨损 若粘着结点强度比两金属的剪切强度高得多,而且粘着结 点面积较大时,剪切破坏发生在一个或两个金属表层较深的 地方。 如:在主轴—轴瓦摩擦副表面的磨损。此时,两表面都出 现严重磨损,甚至使摩擦副咬死而不能相对滑动。
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