表面形貌

表面形貌

摩擦副表面的幾何形態和性質。當相關的工作表面間存在薄的潤滑油膜時,工作表面靠近會使兩表面的峰谷阻遏或疏導潤滑油的流動,這將影響摩擦力和油膜厚度的計算結果。兩表面再靠近,則兩面峰頂發生接觸或碰撞,由此而產生的摩擦熱不僅對油有熱效應,而且會影響邊界膜的形成和破裂。至於接觸著的摩擦副表面的磨合和磨損過程,當然更與表面的原始形貌和磨痕形貌有關。表面形貌對於研究摩擦學問題十分重要,但直到20世紀60年代人們才逐漸認識,到70年代後期才將它與表面損傷聯繫起來研究。

表征方式

真實表面屬於三維幾何形態,可用直角坐標系(圖1[三維表面形貌])描述為工作表面,為表面高度坐標軸。某一截面的表面輪廓平均高度線(中線)為坐標軸(圖2[截面的表面輪廓]),對高度均值有多種表達方法,如輪廓算術平均值[0027-05]和均方根值[0027-06],式中L是取樣長度。它們是表征 方向尺寸的一維參數。表征輪廓起伏的間距和頻率,則是方向尺寸的一維參數,如輪廓曲線在中線上相鄰交點間的截距均值S m或中線交點密度均值[0027-01]。表征截面輪廓的二維形貌,需要用和兩個方向的參數組成。但為了表征輪廓的變化差異,還需要用更多的參數描述。如果表面形貌分布屬於正態型的,若選配合理僅用 3個一維參數組即足以表達。P.R.納雅克根據隨機理論,推薦用[6]、[0027-01]和[0027-02]3個參數。其中[0027-01]是單位長度內輪廓曲線跨越中線次數的均值(即中線交點密度);[0027-02]是單位長度內峰頂數目的均值(即峰頂密度)。

對於摩擦學問題,不僅需要了解輪廓高度變化規律,還需要了解輪廓分布不對稱於中線的程度、輪廓各點的斜率均值、平均峰頂曲率和平均峰高等。

綜合效應

前言

對於摩擦學問題,必須考慮組成摩擦副的兩個表面的綜合效應。對於真實(考慮粗糙度效應的)表面的接觸和摩擦磨損問題,不僅要研究乾摩擦工作情況,更應考慮界面間有潤滑劑或各種表面膜存在的工況。

情況一

① 表征油膜厚薄常用無量綱參數膜厚比[a1]=/[6]。式中是油膜厚度;[0027-07]是綜合粗糙度存在潤滑膜的摩擦副,[a1]>3屬於完全彈性流體動壓潤滑狀態,由油膜承擔絕大部分載荷,不會粘著[a1]<1屬於邊界潤滑狀態,容易粘著,即使發熱不大也可能發生粘著1≤[a1]≤3,屬於部分彈性流體動壓潤滑狀態,表面起伏會影響潤滑油的流動,可能發生粘著。

情況二

② 接觸表面峰頂碰撞,如為塑性變形,可能會導致粘著。判別變形是否進入塑性,可用塑性指數[4]作為依據。峰頂物理模型若取成球面,根據彈塑性理論可導出

[0028-01]式E中是峰頂材料的綜合彈性模量

[0028-02]其中E1和E 2是組成摩擦副兩零件的材料彈性模量,1和2是它們的泊松比,H 表示峰頂材料的布氏硬底,[6]是平均峰高(平均峰頂位置高度的均方根植),是平均峰頂的曲率半徑。

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