汽车电子控制与零部件检测技术-2

1、2 .汽车典型的摩擦副性能试验、2.1摩擦学和摩擦磨损试验概述2.1.1摩擦学概述在上一节中作了介绍，试验的作用主要有两个：1.验证设计是否合格。 2 .为设计修改和优化提供依据。 关于汽车零部件的试验，也在这两方面进行总结。 在进行汽车零部件试验之前，我们需要更深入地了解他们的情况和损伤(故障)形式。 一般来说，除零件断裂、大变形弯曲等大故障外，大部分零件都与摩擦磨损有关，因此需要介绍摩擦学的基本原理。 二、一、概念摩擦学(Tribology )是研究相对运动相互作用表面及其理论与实践的科学技术。 二、研究范围：摩擦学是一门边缘学科，涉及物理、化学、数学、力学、材料科学和医学等领域的基础知识，以及机械、测试、分析和表面技术等工程领域的理论和应用知识。 可归纳为摩擦、磨损、润滑三个学科。3、3、摩擦、(1)清洁摩擦：摩擦表面没有吸附膜(真空下)和没有化合物时摩擦(2)干摩擦：大气下摩擦表面间名义上不存在润滑剂时的摩擦； (3)边界摩擦：在两接触表面之间存在极薄的润滑膜时的摩擦(4)流体摩擦：相对运动的两物体的表面完全被流体层分隔时的摩擦(5)混合摩擦：摩擦表面处于过渡状态的摩擦。 即，半干摩擦和半流体摩擦(6)折动摩擦：接触面相对折动(或具有相对折动倾向)时摩擦(7)滚动摩擦：物体因力矩而沿着接触面滚动时的摩擦(8)静摩擦：某物体沿着另一物体的表面相对移动倾向时产生的摩擦(9)动摩擦：某物体沿着另一物体的表面4、4、磨损，(1)粘接磨损(粘接磨损):特征是两微凸体接触-塑性变形-粘接-剪切(2)研磨材料磨损(磨粒磨损):a .二体研磨材料磨损：粗糙且硬的表面上的由于柔软的表面上的滑动引起的磨损。 b .三体磨料磨损：游离的硬颗粒在两摩擦表面之间滑动。 5、图2-1的微切削及其产生的切屑、图2-2的多次塑性变形的表面形态a和未脱落的切屑b(X350 )、6、(3)疲劳磨损、a .接触疲劳：表面材料因剪切或撕裂而导致的表面品质的进一步恶化、一般的表面品质的恶化是滚动和折动的协同作用的结果接触疲劳的发生机制：在赫兹接触中，最大压力应力发生在表面，最大剪应力发生在表面以下的某处。 裂纹从亚表面产生并扩展到表面，剥离表面。 这个疲劳过程叫做点蚀或剥离。 例如齿轮、滚动轴承、凸轮的表面。 7、图2-3滚子轴承圈疲劳片剥落，b .滑动疲劳：在滑动摩擦过程中，如果两表面不发生粘着磨损或擦伤，微小凸体间有接触变形的临界次数发生后也会发生疲劳破坏，产生磨削屑。 8、(4)其他磨损类型，a .流体侵蚀和气蚀磨损b .腐蚀磨损c .微动磨损5，润滑特征：各种机械的运动副摩擦表面发生相对运动时，表面直接接触会产生摩擦阻力，当摩擦界面存在润滑剂时，两表面间的摩擦会变成具有较低剪切强度的油膜分子间的内摩擦，润滑的9、Stribeck曲线，德国科学家Stribeck在19001902年根据试验描述了滚动轴承和滑动轴承的摩擦系数，润滑状态分为以下4类。 (1)流体动力润滑(图2-1中的ab段) (2)混合润滑(图2-1中的bc段) (3)边界润滑(图2-1中的cd段) (4)固体摩擦(图2-1中的de段)、图2-4Stribeck曲线、10 )在发动机中，为了减小体积而增大功率，负载w变大，温度变高，因此润滑油但是，即使在这种情况下，也要求接近完全润滑状态。 特别是当速度v增大时摩擦力f增大，摩擦力FV变热变高，进一步降低，V的值反而变小的情况较多。 另外，边界层也不耐高温，高速润滑面容易发生热障碍。 因此，摩擦面温度可以说是安全运行的参数。 11、2.1.2通过摩擦磨损试验，学习上一节的摩擦学及其内容，了解机械零件和材料的摩擦磨损特性和情况条件。 如果需要进一步深入研究在特定条件下工作的部件和材料，可能需要研究摩擦磨损试验。 合理设计摩擦磨损试验是研究摩擦磨损机理、评价其寿命水平和材料适应性、开发新材料、揭示新摩擦学规律的重要方法。 12、一、摩擦磨损试验设计，1 .相似理论摩擦磨损仿真是基于系统特性进行仿真的，因此可以用相似理论的基本原则指导实验设计。 (1)在几何学上类似类似系统中，对应的长度之间的比是一定的。 (2)在几何上相似的对应点(或对应部分)移动通过几何上相似的距离到达另一对应位置所需时间的比例是恒定的。 13、(3)速度类似速度比相同。 v1/v1=v2/v2=.=VN/VN=av(4)类似于压力的ap(5)类似于温度的aT(6)类似于初始条件的系统在开始时间和边界处具有相似的几何、时间和物理量。 另外，14、类似基准数：上述类似常数av、ap、at等、由某个变量构成的比例常数代表一定的物理意义。 如果雷诺基准数Re=dp/，则可记述流体力学中的不稳定状态。 式中，d是旋转轴直径，是旋转轴角速度，p是压力，是流体绝对粘度。 相似定理：第一相似定理(牛顿定理):相似现象都有数值相等的相似准数。 第二类似定理：某个现象的各物理量之间的关系可以用类似基准数之间的关系来表示。 第三类似定理：当各种现象的单值条件相似且其组成准数相等时，这些现象相似。 15、2 .试验类型设计，16、(1)试样试验以研究对象的摩擦材料为标准尺寸的试样，用相应的试样试验机进行。 特点：试验条件选择范围广，影响因素易控制，短时间内可进行多参数反复试验的试验数据重现性好，比较性强，摩擦磨损规律明显，一般作为研究性试验。 17、加强仿真设计原则磨损形式仿真：使被试验表面磨损形态与实际使用条件一致摩擦条件仿真：使被试验摩擦副的主要摩擦条件(如温度、环境、压力、各速度等)与实际部件相同或接近。 (2)架台模拟试验台架模拟试验比试验更接近实际使用条件，因此能够提高试验数据的可靠性。 (3)工程应用试验工程应用试验是在实际情况下进行的摩擦磨损试验。 (1)比较试验法(2)标准试验法(3)使用范围试验法为了求出最大使用范围或最高使用条件，例如压力、速度、温度、寿命等条件，在广泛的条件下对试样进行试验。 试验常常用摩擦磨损性能的突变点来表示。 (4)采用性能试验法按实际使用情况进行试验，得出实际情况的摩擦磨损性能指标。 该方法一般多为工程应用性试验。 20，4 .试验参数设计，(1)试验时间根据磨损类型、预期寿命、磨损测量精度特征确定试验时间，建立试验时间与磨损率的关系曲线，作为评价材料磨损趋势的依据。 (2)负荷和速度在保证试验系统不变形的条件下，加强或变更负荷和速度。(3)温度、21、(4)润滑设计润滑设计的要点是首先确定摩擦副部位的润滑状态(例如边界润滑和油膜润滑)，确定润滑条件(全浸油滴飞散)和供油方式(有无开路过滤器等)，从而考虑润滑剂的种类(或添加剂)的影响。 (5)试样表面特性如下： a .表面结构的特征(表面粗糙度和表面加工纹理组织)和b .表面的物理化特性(材料的种类和表面的机械性能) c .表面接触的形状特性(试样的形状、表面接触方式和名义接触面积)，22、5 .摩擦磨损性能相对于摩擦磨损试验结果， 除了对摩擦表面的形态和成分进行微观分析研究材料摩擦磨损的机理外，还有如下表现摩擦磨损性能的方法： (1)摩擦系数表现摩擦性能和运动阻力。 (2)磨损量评价材料的耐磨性，其测定方法有重量法表面轮廓法(也称表面粗糙度法)缺口法分析法铁谱分析和谱分析4种。 试验中，材料磨损量的特征：绝对磨损量：线磨损、重量磨损和体积磨损等。 磨损量可以换算成磨损率来表示。 相对耐磨损性:标准试验片与试验片磨损量之比(=Mb/Ms，式中： Mb表示标准试验片的磨损量，Ms表示评价的试验片的磨损量)为无量纲量。24、(3)粘合性能目前没有对抗粘合的规定，需要根据具体情况进行判断：在相同情况下(速度、负荷、温度等)表面被粘合破坏的程度。 发生摩擦副咬入时的负荷。 摩擦副是摩擦中摩擦转矩(摩擦系数)急剧变化时的负荷。 基于摩擦磨损试验后磨损表面形态微观分析结果。 25、(4)疲劳性能的评价方法可以用应力乘法(n次方)与循环次数的乘积表示。 例如，接触疲劳： N3=C式中： N接触疲劳寿命周期次数； 接触应力C常数。 其本质是，以相同的应力，比较其表面发生疲劳磨损时的累积转速和寿命值。 26、图2-6典型的摩擦副的接触形式和运动形式的示意图，二、摩擦磨损试验机设计，(1)以摩擦副的接触形式和运动形式进行点接触折动(a，f )线接触转动或转动兼折动(b )面接触折动或线接触折动(c )线接触折动(d，g，I，j )线接触折动(e )面接触往复运动(h )，27，(2)以摩擦副的功能进行摩擦副的例如齿轮磨损试验机、滑动或滚动轴承摩擦磨损试验机、制动器摩擦磨损试验机等。 (3)摩擦条件下，一般、快速、高温、低温、高速、低速、定速摩擦磨损试验机、定速、定功率、真空摩擦磨损试验机等。 28、摩擦磨损模拟试验机设计原则，(1)模拟设计：模拟不同的摩擦磨损类型、工作条件、试验参数等。 (2)灵敏度设计(3)重现性设计：试验机加载系统、数据采集系统和作业参数控制系统，必须具有足够的精度来保证试验数据的重现要求。29、3 .几种常用摩擦磨损试验机，(1)定速摩擦试验机上试样2，下图案3。 力传感器6、8温度传感器9。 试验负荷2352940N、转速：变频调速试验温度调节试验参数、试样尺寸、试验方法可按GB/T5763-1998标准进行试验。 图2-7恒速摩擦试验机的工作原理示意图、作用：恒速摩擦试验机主要用于研究不同温度条件下摩擦(或摩擦阻力)材料的摩擦系数和磨损率，也用于研究摩擦材料的耐热衰退性能及因素(温度、压力、速度)对摩擦性能的影响。30、(2) .四球式摩擦磨损试验机由四球(1个上球、3个下球)构成摩擦对，钢球直径为12.7mm。 主轴转速6速(600，750，1200，1500，1800，3000 rpm )、负荷61260kgf； 温度：室温350。 试验方法GB3142-82。、图2-8四球机的工作原理、作用：主要用于评价润滑剂的性能(油膜强度、耐咬死性能等)，但也可作为磨损试验机使用。 31、(3)销-盘摩擦磨损试验机能满足油(或水)润滑情况的要求，试验参数为单元控制。 最大负荷： 150kgf，可增加变频调速、温度控制。 目前没有国家标准。 作用：主要在折动条件下评价材料的摩擦系数和磨损率，研究工况参数对摩擦性能和磨损机理的影响，是目前用途最广泛的摩擦磨损试验设备。图2-9销-皿摩擦磨损试验机的工作原理的概略图、32、(4)辊式磨损试验机(m型试验机)、上下的试样为圆环试样。 下轴的旋转方向固定的上轴的方向可以是正、反、静止的任意一个。 也可调节为与下轴不同的转速。 输出是摩擦转矩。 作用：可实现滚动、滑动、滑动率不同的滚动-滑动复合和间歇运动的摩擦磨损试验。 图2-10滚子磨损试验机工作原理，33，2.2汽车典型对摩擦对和试验，一、发动机典型对摩擦对试验，(a)(b )图2-11(a )溅射润滑方式(b )汽车用汽油发动机润滑系统，34，1 .发动机气缸套-活塞环对， 图2-12活塞环磨合过程示意图(a)(d)理想磨合过程(e)(f)异常磨损示例、35、图2-13的气缸套磨损状况、36、2 .曲柄-金属对、图2-14的各行程中作用于连杆轴颈的载荷(a )压缩压缩行程、活塞速度最大(c )气缸内燃烧开始前(d )膨胀行程的开始(e )膨胀行程、活塞速度最大的情况。 37、图2-15曲