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影响深沟球轴承摩擦系数的各种因素
发布时间:2024-01-06   【打印此页】

由于污染、化学热处理、电镀和平滑剂的作用,金属表面形成了极薄的外膜,如氧化膜、硫化物膜、磷化膜、氯化物膜、限制膜、镉膜、铝膜等,使表面具有与基材不同的性能。如果外膜在一定厚度内,实际接触面积仍然分散在基材上,而不是外膜上,外膜的剪切强度可能低于基材的剪切强度;另一方面,由于外膜的存在,不太可能发生粘附,导致摩擦力和摩擦系数降低。

外膜的厚度也对摩擦系数有显著影响。如果外层薄膜太薄,薄膜很容易被压碎,并与基材直接接触;如果外层薄膜太厚,一方面由于薄膜的柔软性而增加了实际接触面积,另一方面,两对表面上的微峰也对外层薄膜产生了更显著的犁削效果。可以看出,外膜具有更好的厚度,值得寻求。

金属摩擦副的摩擦系数随配对数据的性质而变化。一般来说,相同金属或互溶性较大的金属的摩擦副容易粘附,导致摩擦系数较高;相反,摩擦系数较小。不同结构的数据具有不同的摩擦特性。石墨由于其稳定的层状结构和较低的层间分离力,容易滑动,导致摩擦系数较低;例如,与金刚石配对的摩擦副由于其高硬度和小的实际接触面积而不易粘附,其摩擦系数也相对较小。

周围介质温度对摩擦系数的影响主要是由表面数据性质的变化引起的。Bowden等人的实验表明,当周围介质的温度为700-800℃时,许多金属(如钼、钨、秦等)及其化合物的摩擦系数显示出较小的值。这种现象是由于初始温度升高导致剪切强度降低,进一步的温度升高导致屈服点急剧下降,从而导致实际接触面积显著增加。然而,在高聚物摩擦副或压力加工过程中,摩擦系数将随着温度的变化而呈现最大值。

从上面可以看出,温度对摩擦系数的影响是可变的,由于详细的操作条件、数据特性、氧化膜变化和其他因素的影响,温度和摩擦系数之间的关系变得非常复杂。

在正常情况下,滑动速度会导致表面加热和温度升高,从而改变表面的性质。因此,摩擦系数必然会相应地发生变化。当摩擦副在表面上的相对滑动速度超过50m/s时,与表面接触会产生大量的摩擦热。由于接触点处的持续接触时间较短,瞬间产生的大量摩擦热无法及时扩散到基材内部。因此,摩擦热集中在表层,导致温度升高和冷凝层。冷凝的金属液体起着平滑作用,导致摩擦系数随着速度的增加而降低。例如,当铜以135m/s的速度滑动时,其摩擦系数为0.055;在350m/s时,它下降到0.035。但是一些材料(如石墨)的摩擦系数根本不受滑动速度的影响,因为这些材料的机械性能在很宽的温度范围内可以保持不变。

关于边界摩擦,在0.0035m/s以下的低速范围内,即从静摩擦到动摩擦的过渡,随着速度的增加,吸附膜的摩擦系数逐渐降低并趋于恒定值,而反应膜的摩擦系数值也逐渐增加并趋于恒定。

在正常情况下,金属摩擦副的摩擦系数随着载荷的增加而降低,然后趋于稳定。这种现象可以用粘附理论来解释。当载荷很小时,两对表面处于弹性接触状态。此时,实际接触面积与载荷的2/3的幂成正比,而根据粘附理论,摩擦力与实际接触面积成正比,因此摩擦系数与载荷的1/3的幂成反比;当载荷较大时,两对表面处于弹塑性接触状态,实际接触面积与载荷的2/3比1的幂成正比。因此,摩擦系数随着载荷的增加而缓慢降低并趋于稳定;当载荷大到两个双面塑性接触时,摩擦系数完全与载荷无关。

静摩擦系数的大小也与负载下两对表面之间的静接触持续时间有关。在正常情况下,静接触时间越长,静摩擦系数越大。这是由于负载的影响,导致接触点发生塑性变形。随着静态接触时间的延长,实际接触面积将增加,微峰将更深入地嵌入,造成更多的麻烦。

在塑性接触条件下,表面粗糙度对实际接触面积的影响很小,因此摩擦系数几乎不受表面粗糙度的影响。对于具有弹性或弹塑性接触的干摩擦副,当表面粗糙度值较小时,机械作用也较小,而分子力效应较大;反之亦然。可以看出,随着表面粗糙度的变化,摩擦系数将达到最小值。

上述因素对摩擦系数的影响不是孤立的,而是相互联系、相互影响的。

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