电触点的摩擦磨损润滑

1、Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 1 电触点的摩擦、磨损及润滑 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 2 电触点的摩擦、磨损及润滑 1. 第一节 绪论 2. 第二节 滑动摩擦 3. 第三节 滑动磨损 4. 第四节 微动 5. 第五节 触点润滑及润滑剂 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司

2、培训 3 第一节 绪论 一、摩擦、磨损是滑动电接触中的重要现象。 滑动：和连接器的接通、断开有关的较大相对运动。 滑动接触典型例子： 电机电刷与滑环或整流子之间的接触 电车电弓与电线之间的接触 变阻器滑动头、开关中的滑动触头等。 二、电接触过程中滑动摩擦和磨损的特点 摩擦将使滑动过程中能量受到损失；接触界面的温升，可能 使金属软化、熔焊使磨损现象变得十分严重。温升还会加 速表面氧化过程而使电气连接失效。 磨损则使表面金属特别是贵金属迅速丧失，露出基底金属，因 而造成腐蚀和接触不良。 不仅要减小摩擦和磨损，而且要保证良好的电气接 触。 Beijing University of Posts an

3、d Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 4 第二节 滑动摩擦 一、滑动过程中表面的接触状态 1. 两种形式 两元件表面凸丘凸丘，形成接触斑点，几率小； 两元件表面凸丘凹谷，交错咬合，形成接触斑点， 几率多。 (a) 峰峰接触；(b)峰谷接触 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 5 一、滑动过程中表面的接触状态 2.两元件在接触力P作用下相对滑动时产生的机 械摩擦力有4个分量 接触面粘结产生的剪切力Fs 粘结（冷焊 ）现象：两个金属表面相互接触时，接

4、触点 压力接近或超过金属原子之间的结合力时，接触面间便 相互粘结在一起。 剪切力金属的剪切强度， 相对滑动面在金属内部 接触面凸丘咬合产生的剪切力Fa 接触面塑性变形产生的剪切力Fp 接触面弹性变形产生的剪切力Fe Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 6 一、滑动过程中表面的接触状态 3.摩擦系数 库仑布摩擦定律这就是著名的阿门顿 无关摩擦系数与视在接触面 常数则 是常数和，当接触材料一定时，假定 为平均值。为比摩擦力。中单位面积摩擦力，称，实际接触面 的接触更是如此。同一轨道上的重复滑动

5、特别是正常大气情况下 许多情况下 HP F H HHA A P F FFFF P FFFF P F f b bs sepa epasf 1 A , , b Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 7 二、粘结情况下的滑动摩擦 若两个接触界面间有相对滑移时，粘结处 受剪力和压力联合作用，摩擦力的大小主 要取决于金属实际的粘结面积。 1. 金属粘结面积的影响因素： 变形系数0 滑移系数1 减压系数2 膜层系数3 Beijing University of Posts and Telecommuni

6、cations 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 8 二、粘结情况下的滑动摩擦 变形系数0 ： 微观峰顶高度不同，当较高的峰顶呈现塑性变形 时，较低的峰顶可能呈现弹性变形。而粘结面积 不应当包括弹性接触面积在内。 由收缩电阻理论可知，除弹性变形以外的塑性接 触面积A0为：A0= 0A=P/H。 A为全部变形接触面积； 0为变形系数，值在0.21.2之间； H为材料表面硬度； P为正向接触压力。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 9 二、粘结情况下的滑动摩擦 滑移系数1： 粘结后，由

7、于在滑移过程中剪切力的影响，其粘结面积比 在静止状态下只有单纯压力时的粘结面积大。 由图所示，单个峰顶接触面积由XY扩大到XY， 引入滑移系数1，则有： 平均半径为a0， 平均增加的滑移距离为S， n为接触点数， A1为滑移后的接触面积， 一般地， 1=1.01.5。 0 0 0 00 0 1 1 2 1 2 A nsa A nsaA A A Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 10 二、粘结情况下的滑动摩擦 减压系数2： 在粘结区域内尚有一部分弹性力参与作用， 故减压后实际粘结面积将减少

8、， 减压系数2为： 2= A2/A1 。 A2为减压后的面积。 2 其值一般在0.61.0之间。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 11 二、粘结情况下的滑动摩擦 膜层系数3： 表面膜层对粘结影响极大，若膜层介于金 属微观峰顶之间，则金属粘结作用消失。 故膜层的存在便减少了实际金属接触面积。 膜层系数3为：3= A3 /A2 。 A3为不包括膜层在内的实际金属接触面积。 3其值一般在01.0之间， 若3=0，表明在接触界面上均覆盖着膜层； 若3=1，表明在接触界面上不存在膜层。 Beij

9、ing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 12 二、粘结情况下的滑动摩擦 2. 摩擦力F： 在粘结情况下，摩擦力F主要应是切断金属 间的粘结所需的剪切力。 F=3 A2m+(1-3) A2 f m为金属剪切强度； f为克服膜层之间摩擦所需的剪应力，其值非 常小，通常远小于0.1， m f； F 3 A2m 321 (P/H) m Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 13 二、粘结情况下的滑动摩擦 3

10、.摩擦系数 及其影响因素： 为得到较小的摩擦系数，应使321m尽可能小，而使材 料硬度H尽可能大。有矛盾！ 比如硬度H大的材料，滑移系数1必然会小，这是一致的，但 其剪切强度m必然很大，如用基底硬的材料在上面镀以较软 材料，则结果是H值大而m将比较小。但m太小时又加大了滑 移系数1。所以应使用具有一定硬度而延展性小的表面镀层为 宜。 人为覆盖膜层，在滑动电接触表面涂一层很薄的润滑剂， 但3不可为零，因为需要有一定的金属直接接触，以保持 良好的电气性能。 HP F m 123 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22

11、 厦门迈士通公司培训 14 三、电触点材料表面的粘结 1. 基础金属（如铜、铝）在空气中放置容易生 成膜层，因此很少粘结，但在真空中如经多 次摩擦，表面膜层被磨去而易粘结。 2. 贵金属如金、铂、钯等很少受到空气腐蚀， 故容易粘结； 3.接插件、开关等密封抽真空后，粘结趋势更 大；严格清洁处理表面后也容易发生粘结。 4.常用触点材料在空气中膜层生长及粘结程度 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 15 三、电触点材料表面的粘结 5. 直流镀金的粘结： 粘结顺序作了排列，序号愈大，愈不易粘结

12、为减少粘结，应当提高镀层硬度，同时还应减小其延展性。 镀金状态合 金 成 分 含 碳 (%) 努氏硬度 (25克) 延展 性(%) 粘 结 顺序 纯金(氧化物)无0.0150101 24K硬金(氰化物)无0.01200102 合金(碱性)0.7%镉无1355-103 合金(氰化物)10银0.071400.754 合金(氰化物)0 . 1 5 % 钴 0.15180代表平面运动方向，金触点，500克负载 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 29 Beijing University of P

13、osts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 30 粒块形成机理 a代表粒块粘附的表面， 代表平面运动方向 单向滑动过程中滑 针和平面重量变化 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 31 二、金镀层的磨损 2. 滑针磨损金滑针在镀金平面上的往复 滑动过程 现象： Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 32 二、金镀层的磨损 转折点 滑针开始

14、被磨损的滑动次数称为转折点，如图。 了解转折点非常重要。因为滑针与平面不同，滑针接触 面积很小，一旦被磨损，其接触点处的镀层很快被磨损 殆尽而暴露出基底金属。 转折点的滑行次数t ： d为滑道长度(cm)； P为接触压力(gf)； k为常数，对金滑针与金平面，k=17103； t为往返的单程滑行次数。 P d kt Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 33 二、金镀层的磨损 对粒块形成的影响因素 滑动方向：单向、往返结果相似 负载：增加负载促使由粒块形成到滑针磨损的 转化，使转折点的滑行次

15、数减少； 滑道长度：越短，由平面磨损向滑针磨损的转 化越快，转折点的滑行次数也可减少。 一般地，对纯金触点，当接触压力为100gf，滑 道长度为1cm时，转折点次数大约为150-200次。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 34 二、金镀层的磨损 3.磨损估算 镀金层的磨损包括了粘结磨损和粒 块的擦伤磨损。 磨损体积V和磨损距离X和真实接 触面积成正比： V，总磨损体积；P，正压力；H，材 料表面硬度；X，滑移长度； K ，是一个无量纲数，称作磨损系数。 和接触压力P的关系 ：当压力小于

16、4gf 时，磨损系数K几乎为零，即不产生磨 粒；当压力超过50gf后，磨损系数K基 本为一常数，其值大约为3.110-4。 X H P KV Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 35 二、金镀层的磨损 4. 影响镀金层磨损的因素 硬度： 硬材料的耐磨性高于软材料的耐磨损性。原因 是随着硬度的增加，将减少真实的接触面积， 真实的接触面积对所有的磨损过程起着重要的 作用。因此，当触点是由多层金属通过电镀或 包覆而形成时， 表面用硬金合金 硬度高的中间层 提高基底材料的硬度 Beijing Un

17、iversity of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 36 (1)AuCo合金 的抗粘结磨损 性比纯金的好， 而纯金的抗擦 伤磨损性优于 AuCo合金 (2)硬的中间层金 属Ni对防粘结 磨损和擦伤磨 损的作用。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 37 (a) 2umAuCo/Cu；(b) 3.3umAuCo/Cu； (b) 2umAuCo/CuBe；(d) 3.3umAu/Cu (1)AuCo 合金的厚度 (2) Ni

18、中间 层 (3)基底金属 Cu，CuBe 合金对防粘 结磨损和擦 伤磨损的作 用。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 38 二、金镀层的磨损 表面粗糙度： 表面粗糙度与磨损有关，在一定压力下，最高 峰顶处易于粘结，也易于受到擦伤磨损；压力 越大，磨损增加。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 39 (1)粗糙度越 低，磨损越 小； (2)中间层镀 镍后，不论 粘结或擦伤 磨损都会降

19、低。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 40 二、金镀层的磨损 电镀工艺与磨损的关系 （Relationship of Wear to Plating Process） 脉冲电镀(Pulse Plating) 直流镀金比脉冲镀金硬度 大，延展性小，不易粘结 工艺窗(Process Windows) 只有在很窄的镀金工艺窗 内，镀层才具有满意的摩 擦学性能(摩擦系数usl 。 )( sllasa S Beijing University of Posts and Telecommunica

20、tions 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 69 四、液体润滑剂和半液体润滑剂 当S0时，液体在固体表面铺展开，称为润 滑剂润湿固体表面。 对于非极性油，S 0，它们在金属表面以 很小的接触角很快地铺展，铺展速度和润 滑剂的粘度成反比。通常，非极性润滑剂 在金属表面完全铺展开，静态覆盖性好， 防腐性好。 对于极性油，分子的极性基与金属反应形 成化学吸附，当油滴变平铺展时，油滴周 围形成单分子层，它阻挡了液体的继续铺 展。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 70 四、液体润滑剂和半

21、液体润滑剂 3. 润滑剂对灰尘的吸附能力 润滑剂对灰尘的吸附能力F： 它和介电常数之间满足以下关系： 式中，Q为尘土颗粒所带的电荷量； 0为空气的介电常数， 1为润滑剂的介电常数， d0为尘土至润滑剂的距离， d为润滑剂的厚度。 1越大，吸附力F也越大，润滑表面的自然积尘也越多，但同时润 滑剂也具有较大的悬浮能力和较高的流动性，从而可将尘土从接触 点推走，减少尘土造成故障的几率。 2 1 0 0 0 2 22 4 dd Q F Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 71 四、液体润滑剂和半液

22、体润滑剂 4.液体润滑剂的使用 液体润滑剂的厚度应适中。 厚度太薄，虽可减少灰尘吸附，但灰尘也不能悬浮，另外，润 滑剂太薄，在金属表面覆盖得少，金属容易腐蚀。油膜最薄不 低于0.1mg/cm2, 润滑剂厚度太厚，接触表面全部覆盖着润滑剂而没有直接的金 属接触，使接触电阻升高。 液体润滑剂的附着能力与接触面的粗糙度关系不大，故适 用于光滑接触表面，是目前为止应用最为广泛的一种润滑 剂。 半液体润滑剂 4.半液体润滑剂就是将液体润滑剂和蜡状润滑剂混和在一起， 它的特点是兼有二者的优点。 5.从微观表面看，蜡状物分散为小岛状，液体润滑剂则被包 围在小岛之间，这样，液体不易流失，且可用于不同粗糙 度的接触表面上。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 厦门迈士通公司培训 72 五、固体润滑剂 1. 固体润滑剂， 如石墨，多用于电刷/导电环的接触表面。 石墨本身导电，但呈现一定电阻值。石墨 在很宽的温度范围内很稳定，故可作为良 好