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第二節　磨損壽命

這一節重點掌握典型的磨損過程、磨損方程和磨損壽命的計算。

一、 磨損的基本概念

磨損是指固體相對運動時，在摩擦的作用下，摩擦面上的物質不斷耗損的現象。主要就是由于使用而發生的實物形態的磨損，它發生在具有相對運動的零部件之間，比如：軸和軸承之間、齒輪牙齒的磨損、機床的導軌。

磨損的原因：一是相對運動，二是摩擦，其影響后果是破壞了零部件配合尺寸和強度，當磨損量超過允許極限的時候，會導致設備的失效。

二、典型的磨損過程

(一)正常的磨損過程分為三個階段：即初期磨損階段(第Ⅰ階段)、正常磨損階段(第Ⅱ階段)和急劇磨損階段(第Ⅲ階段)。

1.初期磨損階段(第Ⅰ階段)：

初期磨損階段，也就是我們通常所說的磨合期。

特點：零部件表面的宏觀幾何形狀和微觀幾何尺寸都發生明顯變化，磨損速度很快。

2.正常磨損階段(第 Ⅱ 階段)：

特點：磨損進入正常期，磨損速度比以前要緩慢，磨損情況比較穩定，磨損量隨時間均勻的增加，二者成為線性關系，或者是成正比例關系，也就是說曲線中的AB段是一條斜直線。

3.急劇磨損階段(第Ⅲ階段)：

特點：由于零部件已經達到它的使用壽命而繼續使用，破壞了正常磨損關系，于是磨損速度大大加快，磨損量急劇上升，造成機器設備的精度、技術性能和生產效率明顯下降。

由設備磨損規律的分析可知：

1.如果設備使用合理，加強維護，可以延長設備正常使用階段的期限，保證加工質量并提高經濟效益。

2.對設備應該進行定期檢查。為了避免使設備遭到破壞，在進入第三階段之前就進行修理，不是等到發生急劇磨損后才修理。

3.機器設備在第二階段的磨損與時間或加工零件的數量成正比，因此設備的磨損可通過試驗或統計分析方法，計算出正常條件下的磨損率和使用壽命。

(二)磨損方程

磨損方程把磨損量和時間的關系用函數關系定量的表示出來。

1、第Ⅰ階段磨損方程。

(1)特點：時間很短，磨損快。一般將 曲線簡化為直線;

(2)方程：s=smin+t(s0-smin) Δt1 　(8-1)

式中：S-配合間隙;

Smin—最小配合間隙，也就是初始間隙;

S0——第Ⅰ階段結束時的配合間隙;

Δt1——第Ⅰ階段磨損時間。

2、第Ⅱ階段磨損方程。

(1)第Ⅱ階段所對應的磨損曲線AB段基本上為一條直線。

(2)對應的磨損曲線方程式為：s=s0+(t-Δt1)tgα (8-2)

tgα——磨損強度，決定磨損速度。

注意：(1) 叫做最大配合間隙更合適一些，就是磨損到正常壽命結束的時候，最大的間隙是多少。

(2)直線的斜率叫做磨損強度，它等于單位時間磨損的厚度，所以磨損強度越大，表明材料耐磨性越差。

零件進入急劇磨損階段后，就不能正常使用，必須進行修復或者更換，所以沒有第三階段的磨損方程。

3、簡化的磨損方程。

方程：s=s0+t×tgα 　(8-3)

由于第一階段，也就是初期磨損階段，這段時間很短，如果將其忽略不計，于是就得到了這個簡化的磨損方程。

(三)磨損壽命

設備的正常壽命 T 是第一階段和第二階段時間之和。

T=△t 1+△t2 (8-4)

T≈Δt2=(smax-s0)/ tgα=Δsmax/ tgα (8-5)

(四)磨損率

磨損率是指實際磨損量和極限磨損量之比。用αm表示。

αm=(s-s0)/(smax-s0)= Δs/Δsmax (8-6)

式中：αm——磨損率;

Δs——實際磨損量。

三、剩余磨損壽命的計算

T≈Δt2=(smax-s0)/ tgα=Δsmax/ tgα

[例1]已知磨損強度為每年0.5 mm ，設備運行三年后，磨損率為1/4，計算設備的剩余壽命和極限磨損量。

解：總壽命為：12年

剩余壽命為： 12 – 3 = 9 年

實際磨損量為：3 × 0 . 5 = 1.5 mm

極限磨損量為：12 × 0 . 5 = 6 mm

[例2]某起重機卷筒的主要損耗形式是鋼絲繩與卷筒摩擦對卷筒的磨損。該卷筒原始壁厚為20mm，現在壁厚為18.5mm。根據起重機卷筒的報廢標準，筒壁的最大磨損允許極限是原筒壁厚度的20% 。該起重機已運行4年，試估算卷筒的剩余磨損壽命和磨損率。

解：

(1)卷筒的極限磨損量4mm

(2)卷筒的實際磨損量1.5mm

(3)磨損強度tgα=Δs/Δt=0.375

(4)剩余壽命6.67年

(5)磨損率0.375

【例題1•單選題】下列關于設備磨損的說法中，正確的是( )。(2006)

A.設備在使用初期，零部件表面的粗糙度比較小，在使用過程中隨著磨損而逐漸增大

B.設備的正常磨損壽命是指正常磨損階段的磨損壽命，即第II階段的磨損壽命

C.設備在進入急劇磨損階段后，應開始考慮安排修理

D.材料的磨損強度數值越大，材料的耐磨性越差

答案：D

答案解析： A，設備在使用初期，零部件表面的粗糙度比較小，在使用過程中隨著磨損而逐漸增大，粗糙度應該是隨著磨損而逐漸變小的;B，設備的正常磨損壽命應該是第一階段和第二階段之和;C，設備應該是在進入急劇磨損階段前，就要進行修理，以免使設備遭到破壞。

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