工業機器人減速機摩擦磨損淺談

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摩擦消耗了世界一次效能源的1/3以上,磨損是材料與機械裝置失效的3種主要形式之一。潤滑則是減少摩擦、降低或避免磨損的最有效手段。在我國,每年因摩擦導致的機械磨損所損耗的材料高達幾百億元,並且由於我國石油資源短缺,造成了經濟快速發展與石油需求之間的矛盾,解決這一矛盾的有效途徑之一為“減少摩擦、降低磨損、提高油品的燃油經濟性、改善潤滑條件、節約能源”,這已成為我國各行業科技攻關的重大課題。為了滿足發展現代工業的發展和環境保護的需求,未來新興潤滑劑和潤滑技術必須立足高速發展的現代工業,同時兼顧環境友好,即滿足綠色、高效、多功能(或多效化)的多重需求。新興的潤滑技術已為現代工業、國防等領域的發展提供了無限可能,相信透過努力屆時必將會有很多奇特的潤滑材料出現,“超潤滑”、“零摩擦”的新型潤滑材料的出現完全有可能。

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兩個相互緊密接觸的物體沿著它們的接觸面做相對運動時,會產生一個阻礙這種運動的阻力,這種現象就是摩擦。這個阻力就叫做摩擦力。摩擦力與垂直載荷的比值叫做摩擦因數。摩擦是機械運轉的大敵,是造成能源損失和機械破損的關鍵,必須儘量設法避免。摩擦產生帶來的不良效果主要是:①消耗大量能量;②產生熱量;③摩擦副磨損。

按潤滑副表面的潤滑狀況,將摩擦分為四種:

① 幹摩擦。物體表面無任何潤滑劑存在時的摩擦,稱為幹摩擦,也稱固體摩擦。純粹的幹摩擦在內燃機中很少存在,因為各個摩擦副中或多或少會有潤滑劑存在。

② 流體摩擦。兩物體表面被潤滑油膜完全隔開時的摩擦,稱為流體摩擦,也就是流體潤滑。在內燃機中,為潤滑油供應充足時的理想狀態。此時摩擦發生在介面間的潤滑油膜內,它可以有效地降低零件磨損,延長使用壽命。又因為潤滑油分子間的摩擦係數遠小於摩擦副間的直接摩擦係數,故顯著降低了功率消耗。

③ 邊界摩擦邊界摩擦。兩物體表面被具有潤滑效能的邊界膜分開時的摩擦,稱邊界摩擦,也就是邊界潤滑。這種邊界膜是潤滑油中的極性分子吸附在摩擦表面上,一般在高溫或低速運轉時產生這種情況。邊界摩擦普遍存在於滑動軸承、氣缸和活塞環凸輪和隨動件等處。相對於幹摩擦來說,邊界摩擦具有較低的摩擦係數,能有效的減少零件磨損,提高承載能力。

④混合摩擦。半乾摩擦和半流體摩擦都叫混合摩擦。半乾摩擦是指在摩擦表面上同時有幹摩擦和邊界摩擦。半流體摩擦是指在摩擦表面上同時有流體摩擦和邊界摩擦。混合摩擦在內燃機的各摩擦副中普遍存在。凡摩擦副出現兩種潤滑狀態的都可稱為混合潤滑。各種潤滑狀態的示意圖及其摩擦係數的大致範圍見圖1。斯特里貝克(Stribeck)曲線特性因數 , C值變小,則潤滑趨於苛刻。

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磨損是指物體工作表面的物質,由於表面相對運動而不斷損失或形變的現象,是摩擦的結果。磨損過程主要因對偶表面間的機械、化學與熱作用而產生。

一般來說機械零件表面磨損後,往往造成裝置精度喪失或停工損失、材料消託本產率降低。因此人們對磨損問題極為重視,不斷對磨損現象進行分析研究,找出影響磨損的因素和磨損機理,從而尋求提高零件耐磨性和使用壽命以及控制磨損的措施,減少製造和維修費用。

磨損的分類取決於許多因素,例如磨損量的大小、相對運動和載荷型別、摩振表面形貌和表層破壞形式、磨損機理等,磨損的基本型別有:

①磨料磨損 油中含有雜質或磨損下來的金屬屑,進入摩擦副。

②疲勞磨損 摩擦副往復運動中發生微小裂痕,表面出現微小的坑。

③腐蝕磨損 摩擦副先與環境介質發生反應,產生腐蝕,包含氧化磨損、特殊介質腐蝕磨損、微動磨損、氣蝕、微點蝕磨損。

④粘著磨損 摩擦副相對運動時,表面微凸體之間由於密切接觸而形成節點,接觸表面的材料從一個表面轉移到另一個表面,包含輕微磨損、塗抹、擦傷、膠合、咬死等等。

正常磨損一般分為三個階段,如圖2所示。

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(1)跑合階段(又稱磨合階段):新的摩擦副具有一定的表面粗糙度,真實接觸面積較小。經跑合階段,表面逐漸磨平,真實接觸面積逐漸增大,磨損速度減緩,如圖中6-2中的Oa線段。

(2)穩定磨損階段:這一階段磨損緩慢穩定,如圖6-2中ab線段。這一線段的斜率就是磨損速度、橫座標時間就是零件耐磨壽命。

(3)劇烈磨損階段:b點以後,磨損速度急劇增長,機械效率下降,功率和潤滑油的損耗增加,精度喪失,產生異常噪聲及振動,摩擦副溫度迅速升高,最終導致零件失效。

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影響磨損的因素很複雜,而且相互交錯,例如載荷與速度(主要的)、材料種類及性質、摩擦方式(滑動還是滾動)、表面形貌及潤滑狀態(溫度、溼度、氣體介質等)。由於磨損條件不同,所產生的影響也不一樣。

根據影響磨損的主要因素,其減摩抗磨的主要措施有:

1)提高材料的物理力學效能(如強度、硬度、韌性、彈性等)。

2)選用合理的潤滑方式和潤滑劑。

3)提高摩擦表面質量。

4)改進運動方式,在可能的情況下變滑動摩擦為滾動摩擦。

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