摩擦学可以用来提高系统性能如何

没有正确或错误的方法一个机械设计的挑战,但有些方法是比其他人聪明。

确保长期的,没有机械装配的操作需要在设计过程中考虑每一个影响因素。只有当通过机械聚合的每个方面运作良好,适合在一起,它将保持一个最佳的生命周期和良好的运营效率。

大多数的工程师将遵循流程在大学讲座教授。这种传统的方法把他们收集规范和物理参数,例如,准确性和速度要求或空间的局限性。

工程师必须了解相关的验收标准,可接受的项目成本和设计限制之前选择的行动方针。

未能满足性能规格可以毁灭一个项目,但它也可以阻碍了成本超支和过度设计。与参数,工程师准备组装和选择组件满足适当的空间和性能需求。

轴承是一些最重要的组件在一个线性或旋转机械组装。工程师应该考虑一系列因素,包括轴承类型、速度、规模和负载。

轴承一般都选择当设计师需要一个合并到他们的设计。这些通常是最后的设计组件实现。

经常没有一个关键方面的考虑,然而,摩擦学。摩擦学的方面应该从一开始就被纳入设计。这样做可以提高摩擦学的联系人的效率和使用寿命,导致实质性的改善,高级的应用程序。

摩擦学

摩擦学科学的摩擦、磨亚博老虎机网登录损和润滑。也体现了表面相互作用的方式和其他tribo-elements在相对运动的人工和自然系统(图1)。

图1所示。摩擦学在日常工作。图片来源:GGB

摩擦学不是一个孤立的学科。它是一个复杂的、跨学科的科学协作导致进步的地方。亚博老虎机网登录

摩擦学的研究涉及到专业领域等制造、材料科学与工程,机械工程,化学和化学工程、数学、物理、生物科学与工程、计算机科学和更多。亚博网站下载亚博老虎机网登录^1、2

摩擦学的系统分析是研究摩擦学的关键影响因素。³

系统技术方法的目标是全面描述一个科学领域。全部在这里意味着这个领域不能以个人的系统元素的内在属性;相反,它必须以它们之间的关系。²

摩擦学的系统分析³用于描述和整理的各种影响因素和这些如何影响系统的功能和损失输出(摩擦磨损)。摩擦学的系统是由集体压力(操作输入),系统结构和功能以及输出损失。

系统结构由大量元素定义的属性配置文件,包括基础,反对身体和周围介质。

最常遇到的接触配置轴承接触是软硬配对包括一个表面比其他。两个表面的柔软是典型的轴承表面因为更换磨损的轴承比更换轴成本更低。

轴承材料用于空运亚博网站下载行接触时往往会表现得更好搭配更反对表面。

普通复合轴承经常为他们选择优良的滑动性能在大压力速度(PV)范围和潜在的用于润滑或空运行系统——一个因素使得他们使用不同的应用程序的理想选择。

涂料代表了新材料家族具有良好润滑表面在相对运动的潜力。纤维增强材料代表的理想选择空运行t亚博网站下载ribo-contacts,特别是在要求负载条件下操作。

第二个涉及表面是轴,通常被称为柜台或反对表面。轴材料光谱可能功能聚合物,硬实力和软金属或涂料,这些材料需要特定的设计考虑与自己的物理和化学性质。亚博网站下载

配合端面的地形也起着核心作用,与每个加工过程导致一个独特的地形模式。最后需要考虑的元素是环境,而许多应用程序有空气周围的介质,其他气体也是可能的。

这tribo-structure将强调操作的输入参数。这些参数——被称为集体压力——包括负载、滑动速度和持续时间。他们也包括任何运动强调系统结构和温度条件。

运动类型是滑动对于大多数空运行联系人。这遵循一个特定的运动序列可以是连续的,间歇性、振荡或逆转。它的速度可以达到高水平的大约4米/秒,而载荷谱范围从非常低的挑战负荷超过100 MPa。

大多数应用程序的加载很少是静态的,需要联系适应动态载荷。

高负载和高速度是罕见,然而,它确实发生时往往是短暂的。这很重要,因为持续在高负载和高速度会导致过热和摧毁摩擦学的接触。

图2显示一个范围的影响因素如何影响性能。它同时也突显出,摩擦磨损特征应该被视为系统属性,而不是内在的材料特性。

图2。空运行轴承接触。图片来源:GGB

技术面

面临受雇于空运行轴承是固体表面接触轴承产生相对运动时候穿。从工程的角度看,配合端面被认为是技术的表面。

技术面描述的几何限制技术组件。tribo-technical系统中使用大量的技术面不功能优化和同质特性如理想光滑的表面(图3)。

图3。金属表面的多层结构。图片来源:GGB

金属配合端面组成的多层结构,包含了散装材料,变形材料领域通过加工过程,吸附层,氧化和潜在的杂质。²

硬化或涂层等表面处理标准方法来改善表面性质。这些疗法导致额外的层的形成,虽然每一层提供了一个独特的化学和物理性质。

除了表面的物理和化学性质,microgeometry(地形),至关重要的就是技术的表面。这主要是由在加工的过程。²

图4和表1突出常见表面生成通过两个流行的表面处理方法。他们还证明产生的表面特征。

图4。表面特征。图片来源:GGB

表1。表面特征。来源:GGB

磨损和摩擦

摩擦的特点是作为一个切向力抵抗两个身体接触的相对运动。穿是指固体表面损伤,通常涉及物质损失,由相对运动表面之间的接触物质或表面。²

伸出粗糙导致技术表面只接触一个另一个在特定的,有限的地区。这些micro-contacts之和称为真正的接触面积。这是大大小于名义接触面积的几何尺寸。

摩擦学的交互发生在真正的接触面积和摩擦学社区建立了四个关键的摩擦磨损机理和四个基本负责摩擦磨损的一代。

图5。接触的固体。图片来源:GGB

几微米的影响

轴表面处理的过程是空运行轴承接触的性能的一个重要因素。地形的大小只有几微米,但其影响轴承性能是值得注意的。

高分子复合材料和聚合物复合材料是最广泛使用的轴承材料。亚博网站下载

图6。摩擦磨损机制。图片来源:GGB

高分子复合材料组成的多层结构(图7):

• 聚四氟乙烯轴承衬里由与聚四氟乙烯浸渍减摩叠加富集和填料
• 一种多孔烧结青铜夹层旨在确保高耐磨性和聚四氟乙烯轴承作为机械联锁系统
• 一个衬套
• 铜或钢背层设计,确保机械强度高

聚合物复合材料组成的一种热塑性聚合物矩阵与聚四氟乙烯填料已被修改。图7展示了一个薄切片材料特性slide-active填料均匀分布的矩阵。

图7。轴承材料的结构设计。亚博网站下载图片来源:GGB

空运行轴承材料的一个关键特性是他们的能力建立转移膜表面在柜台上。亚博网站下载这种保护膜限制穿行动填充任何突出的粗糙度峡谷和山峰。

传输电影薄结构,通常小于1µm,由轴承材料的磨损产物(图8)。

图8。轴承材料的结构设计。亚博网站下载图片来源:GGB

聚合物复合材料性能

在本文的示例中,复合轴承材料搭配硬亚博网站下载₄₂CrMo₄配合端面以两个表面地形用于轴承应用程序:线性/平面和同心地地面表面。

图9突出了不同的聚合物复合材料的磨损性能,当搭配每个计数器的表面。时也展示了不同的磨损性能改变粗糙度高的水平。

图9。影响配合端面地形-聚合物复合材料。图片来源:GGB

个别点在图9中代表至少三个测量值的平均值,而误差表示最小和最大测量值。

本研究证实,配合端面高分子穿的地形是一个主要因素。磨损率测量两个数量级,与最优穿性能达到复合时搭配光滑同心地地面。

最高的磨损值(431µm /公里)被发现在评估一个粗略的线性地面配合端面。这些结果揭示了一个普遍趋势更大的磨损率粗糙度水平更高。

穿在这个例子中是更高层次的磨料诱导引起的磨损。这被认为是一个关键的磨损模式对于许多聚合物在聚合物摩擦学材料和是一个著名的效果。亚博网站下载^2、4

这更高程度的磨损高粗糙度水平可能缺失或不足的结果转移膜演化对粗糙的配合端面。在这种情况下,传递电影没有准确地填满粗糙峡谷和山峰。

well-covering和发达的电影会更好地保护聚合物表面反对表面的影响。可以采用扫描电子显微镜(SEM)时在转移膜质量检测和可视化差异。

线性地面配合端面磨损率证明被发现是两到四倍的同心地地面轴。线性研磨导致创建单向定位的峡谷和山峰。

然而在连续旋转滑动,聚合物销强调垂直两次,两次与地形的方向平行。高穿被认为是强调对粗糙峰的结果。

这个重大转变磨损性能有直接影响轴承接触的工作寿命,影响整个组装。

多层材料性能

图10显示多层材料的磨损性能的变化。这些发现表明,多层材料比聚合物复合地形变化太敏感。

图10。穿多层材料的性能。图片来源:GGB

表面粗糙度高度和地形取向都发现对磨损性能影响有限材料的多层体系结构。材料的演示了一个更高的耐磨性和健壮的结构能够平滑初始钢粗糙度,导致的配合端面不那么咄咄逼人。

传送电影和磨损行为

磨料诱导聚合物复合材料磨损是一个关键磨损模式。亚博网站下载缺失或不足形成的转移膜会增加穿因为粗糙峰不是伪装和保持侵略性。

这些研究结果证实使用能量色散x射线能谱(EDX)分析和SEM分析系统与粗糙和光滑的配合端面(图11)。

图11。聚合物复合材料典型的穿的表演和SEM图像传输电影上生成平滑粗糙(b) (a)和线性地面配合端面。图片来源:GGB

系统拥有光滑的配合端面倾向于生产高磨损率在最初几米下滑。这些然后慢慢下降,系统进入运营阶段,通常在大约400米。

转移膜成功地掩盖了配合端面,限制其研磨侵略性和改善磨损性能。

粗糙的配合端面往往产生最小的磨损产物,没有钢铁表面的转移膜。这有效地确认失踪转移膜是一主要因素在经历高穿时,也强调,表面粗糙的计数器可能抑制转移膜的形成(图11)。

这些导致聚合物碎片的创建逃tribo-contact没有反对表面沉淀。

扫描电镜图片显示了良好的转移膜的钢配合端面多层材料。亚博网站下载这电影不断转移覆盖配合端面,伪装初始磨痕和离开最初的金属表面的地区可忽略不计。

覆盖了突出的粗糙峰以这种方式可以减少磨损行为,导致低磨损。这种材料的性能可以归因于一个保护传输电影与材料的协同健壮的架构。

图12。EDX-spectrum。图片来源:GGB

图13。转移膜的扫描电镜图像。图片来源:GGB

图14。EDX-spectrum。图片来源:GGB

结论

当应用摩擦学,确定关键应用程序是明智的因素,包括所有人摩擦学的子系统。也是谨慎识别解决方案来改善系统和应用程序。

这些系统为应用程序可能是毁灭性的,不适当的关注。表面分析和实验测试摩擦学的突出的地形攻击配合端面磨损性能有重大影响的轴承材料,聚合物和多层材料。亚博网站下载

引用

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