轴承微动磨损及其防护措施

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" "" " 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 第一章 轴承微动磨损 第一节 微动摩擦学的基本概念和实例 一、基本概念 为区别于传统的滑动和滚动，微动（!"#$$%&’）指的是二个接触表面发生极小幅度的相 对运动，它通常存在于一个振动工况（如发动机运转、气流波动、热循环应力、疲劳载荷、 电磁震动、传动等）下的“近似紧固”的机械配合件之中，一般其位移幅度为微米量级。相 应地，微动摩擦学是研究微动运行机理、损伤、测试、监控、预防的学科。然而，望文生义， 微动摩擦学经常被大家误解为一门非常特殊、狭窄的学科，而且由于接触表面没有宏观 的相对运动，微动现象从设计、使用过程、失效分析及维修几乎未被大家认识，更谈不上 重视。因此，在失效分析中，一般只强调材料质量、强度、磨损等问题，极少将配合面的微 动摩擦作为考虑的一个因素。其实，微动在工程实际中普遍存在，涉及到学科如机械、材 料、力学、物理、化学甚至生物医学、电工等也相当广泛。因此，其普遍性、复杂性和研究 难度都远远超过常见的滑动和滚动摩擦。 微动可以造成接触表面摩擦磨损，引起构件咬合、松动、功率损失、噪声增加或污染 源形成等；微动也可以加速疲劳裂纹的萌生和扩展，使构件的疲劳寿命大大降低。 实际的微动现象十分复杂，根据简单化的球(平面接触模型，按不同的相对运动方向， 微动可分为四类基本运行模式（如图 ) * + * +所不）：!切向式微动，或称平移式微动，这 是最普遍的微动方式；"径向式微动；#滚动式微动；$扭动式微动。后面三种微动形式 ·,-./· 第一章 轴承微动磨损 在工业中也经常出现，但研究报道相对很少。另外，综合两种以上基本微动模式或者上 述微动模式与其他运动（如冲击）相结合的复合式微动也时有存在，且问题更为复杂，研 究工作也更少。 图 ! " # " # 四种基本微动运行模式示意图 有关文献研究表明，绝大部分研究工作都集中在第一类平移式微动方面。它们又通 常分为以下三种模式，如图 ! " # " $所示。 图 ! " # " $ 常见微动模式示意图 # % 微动磨损（&’())*+, -(.’）：接触表面的相对位移是由外界振动引起的微动，接触构件 只受局部接触载荷，或者承受固定的预应力（如拉、压、弯曲应力等），如图 ! " # " $（.）所示。 $ % 微动疲劳（&’())*+, &.)*,/(）：接触表面的相对运动是由一接触体承受外界交变疲 劳应力引起变形而产生的微动，如图 ! " # " $（0）所示。 1 % 微动腐蚀（&’())*+, 23’’34*3+）：在腐蚀性介质（如海水、酸雨、腐蚀性气氛等）中的 微动模式，如图 ! " # " $（5）所示。 需要指出的是，不少人认为微动磨损、微动疲劳、微动腐蚀是三种不同的损伤机制， 其实严格地说，它们只是微动的三种模式，不同模式下产生的破坏可通称为微动损伤 （&’())*+, 6.7.,(）。由微动引起的表面磨损和由微动引起的疲劳（裂纹的萌生与扩展）才 是两种基本的破坏机制，而这两种机制在以上三种微动模式中都可存在。 ·89:$· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 应当说明，部分国外书籍以及国内一些学者使用的术语较为混乱，如接触磨损、接触 腐蚀、微动摩蚀、微振磨蚀等用于微动或微动磨损。事实上，在国际摩擦学界，有关微动 方面的术语的使用日趋 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ，上面介绍的内容已被大多数学者所接受。 二、常见微动实例 微动损伤普遍存在于机械行业、航空航天器、核反应堆、电力工业、桥梁工程、交通运 输工具甚至人工植入器官等领域的紧密配合部件中，已成为大量关键零部件失效的主要 祸患之一，被认为是工业中的癌症。代表性的微动损伤实例有以下几类： ! " 各种连接件，包括各种螺栓、铆钉、销连接和搭接，图 # $ ! $ %示出了部分螺栓、铆 钉和销连接常见的微动损伤位置。 图 # $ ! $ % 连接中常见的激动损伤 & " 各种紧固机构和夹持机构，例如内燃机车柴油机连杆盖与连杆紧配齿形结合面上 产生微动疲劳裂纹（如图 # $ ! $ ’所示），又如电缆在其夹持器边缘产生的微动磨损和微 动疲劳（如图 # $ ! $ (所示。） 图 # $ ! $ ’ 连杆)连杆盖的齿形结合面处的微动疲劳裂纹 ·(*+&· 第一章 轴承微动磨损 图 ! " # " $ 导线夹微动损伤示意图 % & 各种榫槽配合、花键配合，如涡轮叶片的榫槽配合发生的微动疲劳损伤，如图 ! " # " ’所示。 图 ! " # " ’ 榫槽配合微动疲劳示意图 ( & 各种绳索类构件（如电缆、钢丝绳、斜拉索等），如电缆在风和自重作用下在吊线夹 附近内部铝丝发生微动疲劳损伤。 $ & 各种过盈配合，如轮轴类部件。图 ! " # " )示出了铁路机车车辆轮 "轴压配合处 在运行过程中承受交变弯曲应力而发生微动疲劳断裂，即车轴冷却。 图 ! " # " ) 轮轴配合微动疲劳示意图 ’ & 各种间隙配合，如蜗轮发动机叶片在高速转动时相邻叶片的叶冠发生微动磨损。 ) & 各种弹性支撑机构，如核反应堆薄壁燃料棒的弹性支撑机构（如图 ! " # " *所示） ·’*+,· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 发生的微动损伤，可造成轴燃料棒表层破坏，引起核污染。 图 ! " # " $ 核反应堆中燃料棒弹性 支持机构微动损伤示意图 $ % 置于振动环境下堆积的零件，如堆积的金属板在运输过程中在局部地区发生微动 磨损，造成表面探伤、脱皮或夹沙。 ! % 滚珠轴承的滚珠在承受法向交变载荷后在内外滚道上留下通常被称为“伪氏布压 痕”的圆形凹坑状微动损伤。 #& % 各种人工植入件，如人工关节与骨刺处在人体运动时易发生微动磨损，产生的磨 屑引发肌体的污染，又如人工种植义齿因微动损伤造成的松动或断裂等。 ## % 各种电接触部件，如部分仪器设备中的电接触件在机械振动、电磁作用、热波动 下导致表面微动损伤、信号失真或失灵。 #’ % 其他 以上典型的配合件在各种振动环境下，极易导致配合面的微动损伤，继而影响整体 ·($&’· 第一章 轴承微动磨损 结构的使用寿命。 第二节 预应力下的微动磨损 微动磨损与微动疲劳是微动的两种重要模式，虽然它们引起两接触表面运动的起因 不同，但联系密切。其实，在工程实践中，微动疲劳的 案例 全员育人导师制案例信息技术应用案例心得信息技术教学案例综合实践活动案例我余额宝案例 远远多于微动磨损，引起的后 果的严重性也往往超过微动磨损。同时，微动疲劳更为复杂。 然而，一些学者把微动磨损和微动疲劳作为两种破坏机制，认为：微动磨损意味着接触表 面磨损或材料的损失；微动疲劳意味着疲劳裂纹的萌生或疲劳寿命的降低。也有个别学者把 微动磨损试验中发现的裂纹看作为微动疲劳。概念上的模糊不清不仅反映了微动现象的复杂 性及目前的研究水平，同时也反映了微动磨损与微动疲劳之间可能具有的共性。 本节在微动磨损研究的基础上，进一步对预应力下的微动磨损和微动疲劳作了试验 分析，分别对它们微动区域、微动图和破坏机制等进行了深入的研究和比较，更加清楚地 揭示了微动磨损与微动疲劳的内在联系。 一、微动图特性 研究微动疲劳的最大困难在于，对于任意给定的交变应力，其产生的位移振幅不能 保持恒定值，而位移振幅对微动又是一个很关键的因素。为了既能保持位移振幅为恒值 （微动磨损）的优点，又能体现外界载荷的作用，我们设计了一种新的微动试验装置，即预 应力下的微动磨损或静疲劳微动磨损试验装置。 对于 !"#$铝合金，在预拉应力小于 %&’()*时，只要保证同样的试验系统刚度，预应 力基本不影响摩擦力变化特性。例如，当预拉应力等于 !""()*时，获得的微动运行工 况图与普通的微动磨损（预应力为零）时的完全重叠。 通过分别对摩擦副两接触体剖面观测，我们发现，在预应力状态下获得的材料响应 图中的磨损区与裂纹区的分界线与普通的微动磨损相比，几乎处于同一位置，这也就是 说，在滑移区内磨屑（第三体）的快速形成阻碍裂纹的发展。但是，裂纹区与无损伤区的 分界线明显向部分滑移区移动（如图 # + $ + #所示）。 二、裂纹扩展特性 预应力对裂纹扩展的影响可以从裂纹扩展的长度和方位来说明。在给定的 ’"", 法 ·--"!· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 图 ! " # " ! 预拉伸应力条件下的材料破坏响应图 （$%!#铝锂合金，! & ’ ( #%)） 向压力下，试样剖面的微动方向上测得的裂纹深度与位移的变化如图 ! " # " #% 所示。 在滑移区内，有无预应力基本上没有发现大的差异；在混合区内，预应力状态下的裂纹深 度大于无应力下的裂纹深度；在部分滑移区，预应力状态下裂纹萌生的可能性增加。 图 ! " # " #% 裂纹长度随位移幅度的变化 给定位移幅值或改变法向压力大小，同样可以获得类似的裂纹深度变化规律。因 此，外界应力的存在在部分滑移区有利于裂纹的萌生，在混合区加速裂纹的扩展。 对于裂纹为扩展方向，在部分滑移区，裂纹几乎在与微动方向垂直的方向扩展（如图 ! " # " ##所示）；在混合区，早期裂纹扩展方向与接触表面成一倾斜角，其角度的大小主 要取决于预拉伸载荷与法向正压力之比（" * +",），一般说来，这个角度随此比值的增加而 增加。例如，当比值为 #%% 时（" * +", & #%%，即外加拉伸载荷为 #- %%%.，法向正压力为 #-%.），裂纹扩展的角度明显大于比值为 /（" * +", & /，即外加拉伸载荷为 / %%%.，法向正 压力为 #%%.）时的角度，而后者又大于比值为 %（" * +", & %，即外加拉伸载荷为 %.，法向 正压力为 #%%.，也就是普通微动磨损）时的角度，如图 ! " # " #$所示。裂纹扩展到一定 深度后，在外界载荷等作用下，裂纹扩展方向逐渐转向垂直于接触表面。 ·!/%$· 第一章 轴承微动磨损 图 ! " # " ## 部分滑移区裂纹在表面的扩展形貌 图 ! " # " #$ 不同预拉伸载荷与法向正压力比值下裂纹在剖面的扩展方向 ·%!%$· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 三、应力 !破坏分布图 在部分滑移区，根据测到的最大切向力（即摩擦力），并结合光学显微镜下观察得到 的实际接触面的半径和粘着区的半径，我们可以根据 "#$%&#$理论计算得到接触表面拉 应力。与 ’((%)*$ +)#,-曲线类似，我们以外界预应力作为横坐标，表面最大拉应力与外 界预应力之和作为纵坐标，得到在部分滑移区内预应力下微动磨损的应力 !破坏分布图 （如图 . ! / ! /0所示）。 图 . ! / ! /0 部分滑移区预应力条件下 微动磨损的应力 !破坏分布图 区域 ! 为无损伤区或轻微损伤区：给定位移幅值时，主要通过两接触体进行调节，在 接触边缘只发现局部的塑变与极少量脱落的颗粒。 区域 " 为裂纹区：裂纹在综合应力下萌生。通过改变不同的预应力（1、/11、211、 011、034"5*）和不同的表面拉应力（/11 6 711"5*），获得裂纹萌生线 !"。在 !" 线上 方，裂纹开始起源；反之，处于轻微损伤区。进一步研究表明，引起裂纹萌生必要的综合 应力不是恒定值，即不是简单的叠加。例如，在无预应力时，局部接触引起的表面拉应力 不是恒定值，即不是简单的叠架。例如，在无预应力时，局部接触引起的表面拉应力为 041"5*（即综合应力为 041"5*）就足以萌生疲劳裂纹，而在 034"5*预应力及表面拉应 力 /41"5*作用下（此时综合应力为 424"5*）并未使裂纹萌生。 需要指出的是，当承受预应力的试样较薄时，由于裂纹的扩展可以导致试样的断裂 （#$ 线）。 进一步分析认为： / 8 应力 !破坏曲线与微动循环次数密切相关，尤其是裂纹的萌生线 !" 和断裂线 #$ 在该图中所处的位置。比如，当循环次数为 /19 时，在无外界预应力时，裂纹萌生所 需的应力接近材料的疲劳强度。 2 8 由于在滑移区和混合区无法正确计算接触表面拉应力，因此只有在部分滑移区可 ·/.12· 第一章 轴承微动磨损 以获得应力 !破坏曲线。但是对于其他两个微动区域，我们认为磨损区可以代替上图中 的轻微损伤区，因为原则上裂纹萌生线不因微动区域的变化而改变。 上述分析较清楚的揭示了外界预应力和接触交变应力对裂纹扩展的不同影响。相 反，以此推断，可以了解为什么接触表面的残余压应力（如经喷丸、滚压等表面机械强化 处理所产生的残余压应力）可有效地提高材料抗微动疲劳的性能。 第三节 微动疲劳 微动疲劳中两接触表面的相对运动是通过外界交变载荷的变形来引起的。对于微 动疲劳，接触表面微动幅度（即其中一试件变形量值）的大小可以通过以下两方面控 制： " # 保持外界疲劳载荷最大值不变，改变受载试件的尺寸（如长度、接触点外的截面积 等），在接触点处可以获得不同的变形量。 $ # 对于同一试件，直接增加或减少外界疲劳载荷以改变接触点处的变形量。 对于前一种情况（最大疲劳应力保持不变），表面磨损与裂纹萌生特性相对简单，可 参考微动磨损工况下的裂纹萌生和扩展特性，不再加以论述。 本节的研究主要针对于后者。当微动幅度通过改变疲劳应力大小获得时，裂纹萌生 特性更为复杂，不仅与微动位移幅度、接触压力等参数有关，而且与疲劳应力相关，从而 需要具体问题分析。与前面的研究一样，我们可以得到类似于三种摩擦力 ! 位移曲线 （即直线状、椭圆状和平行四边形状 ! % ! " 曲线），不过，此处的位移以外界疲劳应力来 替代，即!! ! % 变化曲线。 对于 &$’()"&*+$",,钢圆柱*平面接触，在不同的法向压力、外界疲劳应力条件下， 我们可以得到三种不同的!! ! % 曲线随疲劳循环次数的变化过程： " # 在高应力（!- .,,/01）、应力比 # - , # "（下同）和低法向压力（!2 - 3,4）时（如图 5 ! " ! "6所示），整个过程!! ! % 曲线为平行四边形状，两接触体始终发生相对运动，摩 擦力由小变大，到 +,,次后处于稳定，微动运行于滑移区。 $ # 在低应力（!- &,,/01）和高法向压力（!2 - ",,4）条件下，所有的!! ! % 曲线几 乎封闭，呈直线状（如图 5 ! " ! "+所示），接触表面的相对运动通过表面的弹性调节来实 现，微动区域处于部分滑移区。 & # 当应力处于中间状态时（!- 7,,/01），摩擦特性变化较为复杂，!! ! % 曲线形状 ·$5,$· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 图 ! " # " #$ !" ! % 曲线变化过程， &’()*#& " +’#,,圆柱-平面接触 （!. /,,012，" . , 3 #，!4 . 5,6） 的改变意味着接触工况发生变化。从图 ! " # " #7可以看出，以微动初期，接触表面发生 相对滑移，随着循环次数的增加，趋向逐渐变窄，成椭圆状；这就是说，两接触体的运动主 要靠接触表面的弹性和塑性变形等来调节，微动处于混合区。 通过大量不同法向压力、疲劳应力的微动疲劳试验发现，类似于微动磨损，微动疲劳 也存在三个微动区域，组成运行工况微动图（如图 ! " # " #/所示）。该图表明，随着疲劳 应力的增加，微动区域由部分滑移区向混合区和滑移区转变；随着法向压力的增加，变化 趋势则相反。 微动疲劳试验后的显微检测发现，小于等于 #,/ 次循环时，位于部分滑移区内的试样 的损伤轻微，只伴有少量的红色氧化磨屑；位于滑移区内的试样，接触区呈凹坑状，并伴 有大量的红色氧化磨屑。在以上两种情况下，均没有发现长度大于 #,,!8 的裂纹。然 而，处于混合区的试样，在小于 #,/ 次循环（如 #,+ 9 #,7 循环）时就发现有试样断裂的情 况，裂纹扩展如图 ! " # " #5所示。在局部接触和外界疲劳载荷作用下，早期裂纹与接触 ·&!,’· 第一章 轴承微动磨损 图 ! " # " #$ !" ! % 曲线变化过程， &’()*#&+$’#,,圆柱+平面接触 （!- &,,./0，" - , 1 #，!2 - #,,3） 表面成一定角度扩展，到一定深度后，在外界疲劳载荷作用下，垂直于接触表面继续扩 展，直至断裂。对应于微动磨损试验，微动疲劳也有裂纹区、磨损区等组成的材料响应微 动图（如图 ! " # " #4所示）。 如同微动磨损一样，微动疲劳下的微动区域特性与微动幅度（接触区试件变形量）， 接触压力等参数直接有关。需要说明的是，微动区域特性虽然与外界疲劳应力有关，因 为对于微动疲劳，通过直接改变外界疲劳载荷可以改变接触点处的变形量。但是，疲劳 应力并不是影响微动区域特性的必要条件，因为在保持外界疲劳载荷最大值不变的条件 下，通过改变受载试件的几何尺寸（如长度、截面积等），同样可以在接触点处获得不同的 变形量，从而影响微动疲劳的微动区域特性。关于这一点，预应力下的微动磨损试验再 一次证实，接触表面的拉应力大小几乎不改变微动区域特性及其相应的运行工况微动 图。 ·5!,’· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 图 ! " # " #$ !" ! % 曲线变化过程，&’()*#&+,’#--圆柱+平面接触 （!. $--/01，" . - 2 #，!3 . #--4） 图 ! " # " #5 微动疲劳条件下的微动图 ·,!-’· 第一章 轴承微动磨损 图 ! " # " #$ 微动疲劳下的裂纹扩展示意图 第四节 微动磨损与微动疲劳的关系 无论微动磨损还是微动疲劳，它们的接触表面都有微动，只不过对于微动磨损，这种 微量的运动是外界强加的，而对于微动疲劳，是由于试件本身承受交变疲劳力导致试件 变形引起的；它们都可能存在两种破坏机制，即表面磨损和裂纹萌生与扩展，都有相似的 微动图。 要弄清微动磨损与微动疲劳的本质联系，必须区分和了解接触磨损与局部接触疲 劳，局部疲劳（接触交变应力引起）与整体疲劳（外界交变应力引起）之间的竞争机 制。 一、接触磨损与局部接触疲劳 微动磨损与微动疲劳都可能发生接触磨损与局部接触疲劳，接触磨损以微动斑的形 貌（如接触面积、磨坑深度等）与第三体（磨屑）的产生和溢出等这些动态变化为特征，局 部接触疲劳主要指裂纹的萌生及早期扩展。其实，接触磨损与局部接触疲劳在微动过程 中存在一种竞争机制。 以铝合金的微动磨损为例，接触表面的微动对疲劳裂纹的影响可以通过萌生一条裂 纹［可定义一个裂纹长度，如对铝合金，当裂纹深度 #%%!&时（与晶粒尺寸同一量级）认为 ·’!%(· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 裂纹已萌生］所需的最少循环次数 ! ! 来衡量。如图 " # $ # $"（%）所示，当法向压力保持 $ &&&’不变时，! ! 在位移幅值约 ()!* 处最小，高于或低于这个幅值时，! ! 逐渐变大； 同样，当位移幅值保持 +)!*不变时，! ! 在法向压力约 )&&’ 处最小［如图 " # $ # $"（,） 所示］，高于或低于这个幅值时，! ! 逐渐变大。 图 " # $ # $" 微动磨损工况下裂纹萌生所需的 最少循环次数 ! ! 变化曲线 参照微动区域的分布，从图 " # $ # $"可发现以下两个共同点： $ - 裂纹在混合区萌生最快，也就是说，! ! 最小，处于 $&( . $&/ 次之间，而对于部分 滑移区和滑移区，微动对裂纹萌生的影响减弱。 + - 在微动磨损中，裂纹的萌生有一个孕育期，其长短与微动区域密切相关。所不同 的是，! ! 的变化在图 " # $ # $"（%）中较为剧烈，而在图 " # $ # $"（,）中相对缓慢，这与混 合区的大小有关。 其实，裂纹的产生与接触表面的摩擦力大小有关，更确切地说与交变接触应力大小 密切相关，而直接影响应力大小的是表面的磨损。 在滑移区内，表面接触磨损较为严重，快速的表面颗粒剥落、磨损不仅可以消除接触 表面可能形成的微裂纹，甚至极大地降低了裂纹核形成的可能性。而且，磨损使得实际 ·0"&+· 第一章 轴承微动磨损 接触面积加大（如图 ! " # " $% 所示），平均法向压应力、剪切应力降低，加上由于大量被 氧化的第三体起到的润滑和调节作用，使得剪切应力进一步减小，在接触表面上应力的 分布也更加平缓，局部接触疲劳的效应明显降低。 图 ! " # " $% 实际接触面积随循环次数的变化 在混合区内，显微检测发现实际接触面积随微动循环次数的增加几乎不变（如图 ! " # " $%所示），磨损较轻微，同一接触表面受到较大的切向力反复作用（即局部疲劳），表层 塑性变形强烈，裂纹能迅速发展。 在部分滑移区，微动主要靠接触表面的弹性变形来实现，切向力较小，局部接触疲劳 轻微，裂纹只可能在高周微动条件下萌生。 二、局部接触疲劳与整体疲劳 （一）局部疲劳对整体疲劳寿命的影响 众所周知，与普通疲劳相比，构件的微动疲劳寿命明显降低，然而相关文献研究表 明，不同工况下寿命降低的比例不大相同。其实，寿命的降低与局部接触疲劳的强烈程 度有着重要的联系。 早期的研究发现，对于铝合金的微动疲劳，存在一个临界接触表面位移幅值，当该幅 值大于 & ’ (!)后，疲劳寿命不再降低；*+,+-+.+等人在研究压力对微动疲劳影响时发 现，在给定的交变应力幅值下，疲劳寿命总体上随法向压力的增加而减小，但是在一定的 法向压力变化范围内，出现一个疲劳寿命明显降低的凹区。 一些研究还表明，微动疲劳具有一个临界微动循环次数或孕育区，就是说，经过一个 临界微动循环次数后分离微动摩擦副，可以看到疲劳寿命明显降低，相反，超过这一临界 微动循环次数，即使继续保持微动摩擦副，疲劳寿命不再降低。 ·(!%$· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 !"#$%&’在综合研究别人微动疲劳试验结果的基础上，发现一个普遍的变化规律（如 图 ( ) * ) +*所示）：在同一应力幅值下，疲劳寿命随法向压力的增加而迅速减少，到大约 +,-时为最低，然后随压力的增加反而增加［如图 ( ) * ) +*（.）所示］；在同一法向压力 下，疲劳寿命随位移幅值的增加而迅速减少，到大约 *+!/ 时出现最短的寿命，然后随位 移幅值的不断增加而增加［如图 ( ) * ) +*（&）所示］。!"#$%&’还参考微动磨损试验结果， 推断疲劳寿命凹区磨损轻微，并伴随着接触工况的改变。 图 ( ) * ) +* 微动疲劳工况下疲劳寿命特性 上述结论或推测已不同程度反映了局部疲劳对整体疲劳寿命的影响，但是，尚未有 学者直接在微动疲劳工况下对局部疲劳与整体疲劳进行深入系统的研究。 事实上，01230,4’!合金钢（与 523*1接触）拉伸式微动疲劳的研究表明，当法向压 ·((,+· 第一章 轴承微动磨损 力保持 !""#不变，交变应力幅值从 $""%&’增加到 (""%&’时，发现微动运行于混合区 工况下（参见微动图 ) * ! * !(），疲劳试样在较短时间内发生断裂，循环次数远远小于 !"+，如应力幅值为 +""%&’时寿命仅为 ! , - . !"/ 次循环；处于部分滑移区0混合区、混合 区0滑移区等区域分界点时，如应力幅值为 1""%&’和 (""%&’时，有的发生断裂，有的在 !"( 次循环后仍未发生断裂；而处于部分滑移区时，在小于 - . !"+ 次循环时，未观测到疲 劳试样的断裂，也就是说，局部疲劳对整体疲劳影响轻微。 综合分析得到，随着法向压力、位移幅值的增加，微动疲劳寿命的变化曲线出现一个 凹区。其实，凹区与混合区直接相关（参见微动图 ) * ! * !(），是局部接触疲劳最为强烈 的区域。 （二）局部接触疲劳与整体疲劳的细观分析 对于常见的简单拉伸疲劳，裂纹通常垂直于表面萌生和扩展。在局部接触疲劳工况 下，裂纹的起源及早期扩展的性能十分复杂，以铝合金的微动磨损为例，多达 +种。不过 最普遍的情况是：裂纹在两接触边缘以与微动方向成一角度!倾斜萌生和扩展。而对于 微动疲劳，局部接触疲劳与整体疲劳同时存在，裂纹通常先以倾斜接触表面萌生和扩展， 到一定深度后，突然改变扩展方向，并垂直于表面继续扩展（参见图 ) * ! * !2）。 从微动磨损和微动疲劳的不同裂纹发展模式中可以看到，裂纹的早期发展阶段主要 受微动接触表面的局部疲劳控制，这也就是为什么微动疲劳寿命降低的主要原因。但 是，当裂纹扩展超过一定深度后，局部接触疲劳效应基本消失，继而代替的是整体疲劳起 主要作用。 需要指出的是，预应力下的微动磨损实验表明，外加预应力不改变微动区域特性，但 是对裂纹的影响不可忽视。外应力在部分滑移区有助于裂纹的萌生，在混合区加速裂纹 的扩展，并改变裂纹萌生及早期扩展方向，倾斜角有所增大。在微动工况下，虽然尚未有 证据显示，但可以推测，在相同微动区域里，由于整体疲劳的作用，裂纹萌生及早期扩展 的倾斜角将有所增大。 ·""!-· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 第二章 微动磨损防护措施 第一节 概 述 防止微动破坏的最简单的 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 就是消除振动源。但是，在工业实践中，振动源通常 是无法避免的，因此微动破坏也是无法避免的，只能采取措施去减缓这种破坏。 一、消除微动的滑移区和混合区 微动图理论指出，材料磨损和裂纹形成主要分别位于微动的滑移区和混合区，而在 部分滑移区的微动损伤比较轻微。因此首先应当减少接触表面间的相对运动，使微动尽 量位于部分滑移区。具体办法主要有以下三种。 （一）增加压力 从运行工况微动图可以看出，在给定位移幅值条件下，法向压力的增加，微动区域从 滑移区、混合区向部分滑移区变化，从而达到减缓损伤的效果。因此，在许多应用如螺栓 固定、缆索的夹紧机构或配合面中，增加预紧力或过盈程度常常可以减小微动损伤。但 是，需要指出的是，法向压力的增加应以机构所承受的强度为限，另一方面，压力的增加 也意味着局部接触应力的加大，在振动环境下局部疲劳应力随之增大，增大了微动裂纹 萌生的危险。尤其在有外界疲劳载荷时，更是加大了裂纹萌生和扩展的危险。因此，我 们不应以减轻或消除了接触表面的磨损的代价来降低构件的疲劳寿命，这将顾此失彼。 （二）降低切向刚度 在给定的微动位移下，增加接触面的柔度意味着接触表面处的弹性变形承受能力增 强，部分甚至全部微动振幅可被接触表面处的弹性变形吸收，使得微动处于弹性调节状 态，即部分滑移区。在实际工作中，接触配合处接入一个较母体为软的夹层如橡胶垫片 就能有效地降低相对滑移，减轻微动破坏。当然，夹层的强度和寿命是受制约的因素之 ·!"!#· 第二章 微动磨损防护措施 一，而且配合面处是否允许使用垫片也要根据具体情况而定。 （三）改变结构设计 结构设计的简单改变，有时能收到意想不到的减缓微动损伤的效果。如改变缆索内 部的几何结构、改变夹紧方式、改变槽头的几何尺寸、轮毂配合中空性车轴的应用等等， 都可以不同程度地提高抗微动损伤的性能。因为，结构设计改变，同时也改变了接触面 处的压力分布、几何接触模式或接触面的刚度，从而改变了微动运行区域，有利于使相对 运动处于部分滑移区。 二、增加接触表面强度 通过各种表面处理，如物理（激光、离子注入等改变表层微观结构的硬化技术）、化学 （渗碳、渗氮等表面硬化技术，渗硫、磷化等表面润化技术）、机械（喷丸、滚压等增加表面 残余压应力）的工艺方法使材料表面获得特殊的成分、 组织结构 公司企业组织结构新部门组织结构组织结构部门职能华为公司的组织结构组织结构部门职能 与性能，以提高其耐磨和 抗疲劳性能。实验证明，大部分表面改性技术对位于部分滑移区和混合区的微动是非常 有效的，极大地提高了抗微动疲劳裂纹的能力。但是，对于处于滑移的微动，经过一定的 微动循环次数后，表面改性层由于磨损通常遭到破坏（其寿命与改性层厚度有很大关 系），从而失去保护作用。 三、降低摩擦系数 减缓微动损伤另一个有效措施就是降低摩擦系数（即摩擦力）。而摩擦系数的减少 可通过润滑的方式来实现。从物理状态分析，润滑有固体（聚合物薄膜夹层、!"#$ 涂 层）、半固体（如润滑脂）和液体（如油、水）三种，微动破坏的减缓程度主要取决于润滑介 质在接触表面处耐久性。 四、材料的选用和匹配 接触副材料的合理选用和匹配对减缓微动失效有较大的作用。在能满足结构强度 的条件下，选择柔性较好、变形量大的材料能有效吸收相对滑动，从而产生减轻表面破坏 的作用；选择硬度大、疲劳强度高的母体材料能有效地减轻微动的磨损及抑制裂纹的萌 生和扩展；另外，经过材料的合理选配，利用微动初期产生的少量第三体进行自润滑也可 达到减缓接触材料进一步损伤的目的。 第二节 润滑对微动损伤的减缓作用 从减摩的角度，作者着重对不同物理状态的三类润滑介质对微动行为的影响作了深 ·$%&$· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 入的研究。 一、固体润滑及固体润滑涂层 大部分研究工作涉及的固体润滑集中在以粉状或薄膜状的 !"#$、以粉状的石墨和 各种聚合物薄膜（如聚氯烯合、聚酰亚胺、聚苯一烯等）上。 （一）!"#$ !"#$ 由于其六边形晶格结构从而呈出现优异的润滑性能。一些学者对 !"#$ 粉末的 微动特性作了较为系统的调查。他们发现在微动初期，摩擦消耗的能量较小，然后摩擦能 量随着微动次数地增加而增加，最后达到与无润滑条件下的能量一样。对其他硫、碘类似 的材料也作了研究，获得与 !"#$ 粉末一样的性能。他还认为，如果固体润滑剂如石墨用松 脂处理后粘附在表面上或使用极压添加剂，其效果要比单纯的石墨粉末好得多。 近来，随着表面改性技术的发展，!"#$ 已可以通过不同的表面处理工艺制成减摩涂 层。!"#$ 涂层表现出良好的抗微动磨损和微动疲劳性能。下面内容是作者所在课题组 对磁控溅射和粘接 !"#$ 涂层进行的系统研究。 % & 磁控溅射 !"#$ 涂层 如图 ’ ( $ ( %所示，磁控溅射制成的厚度仅为 %!)的 !"#$ 膜在微动磨损前 *++次 的摩擦系数仅为 + & +,，随着微动次数的增加，薄膜开始破坏，摩擦系数迅速增加到 + & -.， 在二体向三体转变时，摩擦系数降低，然后由于 !"#$ 磨屑不断溢出，摩擦特性逐渐与无 膜接触靠近，摩擦系数也渐趋一致。显微检测表明产生的磨屑呈 $ / 0!)的片状。 $ & 粘接 !"#$ 涂层 粘接 !"#$ 涂层在 !1 2 0++3 时的微动特性图（! 4 ( " ( # 曲线）如图 ’ ( $ ( $ 所 示。当位移幅值不大于等于 *!)，! 4 ( " 曲线呈平行四形，微动均处于滑移区；再减小位 移幅值（如 " 2 5 $!)），! 4 ( " 曲线已闭合成为直线型，微动运行于部分滑移区。因为 !"#$ 晶体极易滑移，混合区难以形成。对基体材料 -*号钢按同样的条件进行切向微动 试验，根据微动特性图可观察到部分滑移区、混合区和滑移区三个区域。例如，在较小的 位移幅值时（如 " 2 5 *!)）微动处于部分滑移区；在高位移幅值（" 2 5 ,+!)）时，! 4 ( " 曲线呈平行四边形，有明显的相对滑移；而位移幅值居于此中间（" 2 %+!)）时，! 4 ( " 曲线主要在部分滑移循环和完全滑移循环间不断变化，微动运行在混合区。图 ’ ( $ ( 0 显示了粘接 !"#$ 涂层及其基体材料的运行工况微动图。 图 ’ ( $ ( -示出了不同位移幅值粘接 !"#$ 涂层的摩擦系数变化过程。对比 -* 号 钢基体材料的摩擦系数，可见涂覆 !"#$ 涂层后摩擦系数发生了显著变化。例如在振幅 ·0+%$· 第二章 微动磨损防护措施 图 ! " # " $ 磁控测射 %&’# 涂层的摩擦系数随循环次数的变化曲线 （(#$))*+(钢接触，!, - $).，" - $))/） 图 ! " # " # %&’# 涂层切向微动特性图 （!, - 0)).，# - (12，0 3 $)( 次循环） ·+)$#· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 图 ! " # " $ 粘接 %&’# 涂层及其基体材料（()号钢）运行工况微动图 为 )!*时，经历 $ + ,- ) 次循环，涂层的摩擦系数仅从 - . ,, 增加到 - . ##；而 () 号钢仅 ,--次循环摩擦系数就达到 - . )以上。 从图 ! " # " (可以发现，低的摩擦系数强烈地依赖于位移幅值和循环次数，涂层的 减磨效应在低位移幅值时更好，增加位移幅值涂层的使用寿命缩短。 图 ! " # " ( 粘接 %&’# 涂层不同位移幅值的摩擦系数随循环周次的变化曲线 在部分滑移区，摩擦系数基本都在 - . ,或以下的低水平，损伤极轻微，例如在 ! / 0 #1!*时，低倍显微镜下观察，磨痕仅表现为受压的痕迹（如图 ! " # " )所示），可见涂层 具有很好的固体润滑效果。 在滑移区，按照摩擦系数的变化，并结合微观分析，%&’# 涂层的切向微动损伤过程 可分为四个阶段。 第一阶段：在低位移幅值或较少的循环次数条件下，摩擦系数较低的水平（- . , 左 右），仅在接触区边缘有轻微损伤。 ·)-,#· 第二章 微动磨损防护措施 图 ! " # " $ 粘接 %&’# 涂层在部分滑移区的 ’(%形貌 （!) * +,,-，" * . #!/，+ 0 1, $ 次循环） 图 ! " # " 2 粘接 %&’# 涂层的表面轮廓形貌 第二阶段：随位移幅值或循环周次增加，摩擦系数有所增加（约 , 3 1 4 , 3 #）。由 # * $!/试样在 + 0 1, $ 循环后的表面轮廓［如图 ! " # " 2（5）所示］可以看出，在这个阶段的 损伤较轻微。由于 %&’# 晶体在接触表面的往复滑动中，因塑性流动而在表面形成一层 流动涂抹层，如图 ! " # " 6所示。摩擦系数的上升与涂抹层的形成密切相关。 第三阶段：摩擦系数进入迅速升高阶段，可观察到流动涂抹层在切向力作用下逐渐 地呈片层状剥落，如图 ! " # " 7所示。表面轮廓分析［如图 ! " # " 2（8）所示］表明此时磨 痕呈一浅坑，且磨痕深度尚未达到涂层厚度，同时 (9:的结果［如图 ! " # " 7（;）所示］也 显示 %&’# 的固体润滑作用还存在，但已很弱。 第四阶段：摩擦系数达到基体材料的水平，颗粒剥落已很严重，%&’# 几乎失去了固 ·2,1#· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 图 ! " # " $ 粘接 %&’# 涂层中流动涂抹层形成的 ’(%形貌 （!) * +,,-，" * . #,!/，0, 1 次循环） 图 ! " # " 2 粘接 %&’# 涂层滑移区的 ’(%形貌和磨痕中心的 (34谱 （!) * +,,-，" * 0,!/，+ 5 0, 6 次循环） 体润滑作用。图 ! " # " 7（8）的磨痕已显示磨损超过了涂层的厚度。 对图 ! " # " $所示的 %&’# 流动涂抹层磨痕进行 49’分析，其结果（见图 ! " # " !） 显示，发生了 %&元素的氧化转变，即 ·$,0#· 第二章 微动磨损防护措施 !"# $!!"% $ 此摩擦化学过程可能是机械作用和摩擦热共同作用的结果，这种氧化行为与滑动磨损的 情况极其相似。 图 & ’ ( ’ & 粘接 !")( 涂层中流动涂抹层的 *+)分析结果 （!, - .//0，" - 1 (/!2，3/ # 次循环） 图 & ’ ( ’ 3/ 粘接 !")( 涂层中流动涂抹层破坏的 )4!形貌 （!, - .//0，" - 3/!2，. 5 3/ 6 次循环） 对部分滑移区的试样（" - 1 (!2）也进行了同样的 *+)分析，但没有观察到氧化现 象。所以可以推断，氧化是伴随着流动涂抹层的形成进行的。 从图 & ’ ( ’ 3/可见，!")( 涂层的剥层通过流动涂抹层的断裂和剥落而实现，而且 这种剥层是分层一层一层地进行，说明在涂抹层中的某些地方存在薄弱环节，裂纹在那 里形核，又由于 !")( 晶体的层状结构滑移易在层间进行，因而裂纹将沿平行于涂抹层表 面的方向扩展，最终因涂抹层的断裂而脱落。 综上所述，!")( 涂层在滑移区的失效过程可以归纳为三个步骤："塑性流动涂抹层 ·7/3(· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 的形成；!!"#$ 晶体的氧化，微裂纹的萌生和沿滑移面的扩展；"涂抹层因脆化而断裂， 使涂抹层呈片状剥落。 （二）聚合物涂层 聚合物通常被用于固体润滑剂（如石墨、!"#$ 等）的粘接剂，但也有不少聚合物如 %&’(、环氧树脂、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚硅氧烷 )聚酰亚胺等涂层被成功地 用于减轻微动损伤。%&’(涂层提高了钛合金的微动疲劳强度。此外，湿度是影响聚合 物涂层抗微动磨损寿命的重要因素。例如对聚氯乙烯涂层，低湿度时的寿命是高湿度时 的 *+倍。,-./针对钛合金的微动磨损，对不同厚度、湿度、压力下的聚合物薄膜寿命进 行了研究，他们得出的主要结论是加大湿度导致薄膜寿命降低。 作者对聚苯乙烯薄膜的微动特性进行了研究，尤其对微动初期的薄膜变化进行了详 细的分析。聚苯乙烯薄膜通过以下方式获得：聚苯乙烯粉末溶解于甲苯，然后滴入已清 洗过的接触表面，充分摇动以使表面分布均匀，再在 012的恒温箱放置 304。薄膜的厚 度可以通过改变溶液的浓度或滴数来实现。 初始接触面积是微动的两个重要的参数，并强烈的影响微动特性。在聚苯乙烯薄膜 下，通过压痕实验发现，实际接触面积与赫兹理论计算（无薄膜）的结果并不一致，其差异 随着薄膜厚度的增加而增加（如图 5 ) $ ) **所示）。 图 5 ) $ ) ** 聚苯乙烯薄膜赫兹计算半径（6、7）、实际接触半径（8、9）与压力的关系 （薄膜厚度 +1#:，!、"表示球试样直径 $;::， #、$表示球试样直径 *11::） ·51*$· 第二章 微动磨损防护措施 切向刚度同样对微动有着重要的影响。在微动过程中，切向刚度由开始的 !"#$!% 增加到 &"#$!%，变化如图 ’ ( ! ( )!所示。在金属与金属直接接触之前，我们只能认为 聚苯乙烯薄膜在微动过程中发生硬化，厚度减小，从而导致刚度增加。 薄膜在不同微动幅度下的摩擦特性如图 ’ ( ! ( )* 所示，在位移幅值为 )+!% 时，摩 擦系数缓慢增长（如图 ’ ( ! ( )"所示），但薄膜始终粘贴在金属表面（如图 ’ ( ! ( )& 所 示），金属表面不发生任何损伤。当位移幅值增加到 !+!% 时，摩擦系数在 ) +++ 次循环 左右迅速增长到 + , -随后降为 + , &，接触中心薄膜撕裂，金属表面发生磨损（如 ’ ( ! ( )& 所示）；当位移幅值增加到 &+!%时，摩擦系数发生突增的时间减少，薄膜撕裂和金属表面 磨损加剧。 图 ’ ( ! ( )! 聚苯乙烯薄膜切向刚度 随微动时间的变化 （薄膜厚度 &+!%，!. / *++#） 当改变法向压力大小和薄膜厚度时，我们可以看到类似的变化。例如，在其他条件 相同时，增加压力或减小薄膜厚度时，摩擦系数发生突变所需的时间减少，薄膜的寿命降 低（如图 ’ ( ! ( )0所示）。如果以循环次数 )+" 次循环作为薄膜破坏的参考 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，从而我 们可以得到给定厚度的聚苯乙烯薄膜破坏与法向压力和微动位移幅值的关系（如图 ’ ( ! ( )1所示）：当微动位移幅值增大时，所能承受的法向压力减小，反之，当法向压力增大 时，所能承受的微动位移幅值减小。 从上可以看到，虽然 234! 和聚苯乙烯薄膜的润滑机理不同，但它们都能极大的降低 摩擦系数，尤其是在微动初期。我们认为，增加薄膜与基体的结合强度，是提高抗微动损 伤能力的关键所在。 ·+))!· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 图 ! " # " $% 聚苯乙烯薄膜 ! & " " " # 变化曲线 （薄膜厚度 ’(!)，!* + %((,） ·$$$#· 第二章 微动磨损防护措施 图 ! " # " $% 聚苯乙烯薄膜摩擦系数变化曲线 （薄膜厚度 &’!(，!) * +’’,） 二、半固体润滑 最主要的半固体润滑剂是润滑脂，并被广泛应用于各种工业摩擦副。但是，由于润 滑脂通常是由稠化剂和矿物油组成，其组织结构和流变特性复杂，使用时对脂的供应和 薄膜形成机理更缺乏深入了解。微动的滑移速度极低，即使在高频下，其速度一般也不 会超过 $’((-.，因此很难形成动力润滑膜。 润滑脂在微动实例中的应用主要集中在绳索机构，使用后发现寿命明显提高。近年 来，作者对于脂润滑工况下的微动磨损特性进行了较为系统的研究。 （一）机械参数的影响 摩擦力特性随微动位移幅值的变化如图 ! " # " $/ 所示。我们发现微动初期，不管 位移幅度如何，摩擦系数较低，不到 ’ 0 $［如图 ! " # " $!（1）所示］。但是，随着微动循环次 数的增加，对于位移幅值为 $’!(的较小幅度的微动，类似于干态工况，摩擦力增加，与位 移幅值 " 的变化直至趋向线性关系；随着位移幅值的提高（如 " * 2 +’!(），微动后期的 摩擦力增加，到位移幅值达到 &’!(时，摩擦力突然降低，并保持一个相对稳定的状态，摩 擦系数较低；当微动位移幅值提高到 $’’!(时，摩擦力开始升高，同时再降低所需的循环 次数都减小；随着微动位移幅值的进一步提高，摩擦力的起伏基本消失，摩擦系数保持一 个较低的恒值。 与干态相比，位移幅值较小时，摩擦力的变化特性差异相对较小，随着位移幅值的增 加，其差异也随之增大［如图 ! " # " $!（3）所示］。 频率对滑移区的微动特性的影响如图 ! " # " #’ 所示。不管频率为 &45、$45 或 ·#$$#· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 ! " #$%，微动过程中都可以得到一个最大值基本相同的摩擦系数。不过随着频率的升高， 摩擦力开始增加的时间延缓，但这个凸起（相对具有一个较高的摩擦系数）的宽度增加。 从中可以看到，频率的提高，不利于润滑效果的改善。 图 & ’ ( ’ )# 聚苯乙烯薄膜接触 表面的光学显微观测 （薄膜厚度 #!!*，!+ , -!!.） ·-))(· 第二章 微动磨损防护措施 图 ! " # " $% 聚苯乙烯薄膜摩擦系数变化曲线 图 ! " # " $& 聚苯乙烯薄膜薄膜破坏与法向压力和位移幅值的关系 ·’$$#· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 图 ! " # " $% 润滑脂在不同位移幅值下的 ! & " " " # 变化曲线 （!’ ( )**+） ·,$$#· 第二章 微动磨损防护措施 图 ! " # " $! 润滑脂摩擦系数的变化曲线 图 ! " # " #% 润滑脂频率对摩擦系数的影响 接触体的形状同样对微动特性产生影响。例如，同样对于球 "平面接触，如果选用 较大直径的球，在其他参数相同的情况下，润滑效果明显降低，发生摩擦系数再降低所需 ·&$$#· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 的微动位移幅值增加。与图 ! " # " $% 相比，直径为 &’(( 的球大约为 )’!( 而直径为 $’’((的球需要 $)’!(幅度左右（如图 ! " # " #$ 所示）。法向压力对微动特性的影响 与上述情况类似，大致上随着法向压力的增加，润滑效果降低。 图 ! " # " #$ 接触几何体大小对 ! * " " " # 曲线的影响 （二）材料参数的影响 在均质材料构成的接触副（如 +, " -’-).+, " -’-)、)#$’’钢.)#$’’钢）中，接触粘着 倾向增强，发生摩擦系数再降低所需的微动位移幅值大大增加。如图 ! " # " ##所示，在 ·-$$#· 第二章 微动磨损防护措施 相同工况下 !"#$$钢球%!"#$$钢面微动时，在位移幅值为 !$!& 时尚未有摩擦系数再降 低的迹象发生。 图 ’ ( " ( "" 润滑脂工况下接触副特性 对 ! ) ( " ( # 曲线的影响 （三）接触界面的观测 为了观测润滑脂在接触界面的变化特性，我们设计了一个玻璃试样（球面半径为 "*&&）与低合金钢组成的摩擦副，利用玻璃材料透明特性，我们可以通过显微摄像机跟 踪接触界面的变化过程。 根据我们的观测，在润滑脂条件下，微动大致可分为以下四个过程（如图 ’ ( " ( "+ 所示）： # , 在微动初期，接触表面基本上呈黑色，表明润滑脂充满接触界面，摩擦系数约为 $ , $!，润滑效果优良。 " , 润滑脂被部分溢出，金属界面开始发生直接接触，破坏部分呈白色，观测到油滴状 物从微动方向排出，摩擦系数增加。在这一过程中，润滑脂被稀化，发生分油现象。 + , 白色部分即破坏部分逐渐扩大，更多的油滴状物从四周排出，白色部分由于氧化 逐渐变为黑色。 * , 破坏部分扩展到整个接触区域，呈黑色，油滴状物排出现象基本消失，微动处于相 对稳定状态，摩擦系数约为 $ , -。 ·.##"· 第九篇 轴承微动磨损及其防护措施 图 ! " # " #$ 接触界面的润滑脂的演变过程 （玻璃%%&’钢接触，! ( ) ’*!+，", ( -**.，# ( -/0） （四）损伤分析 对微动试验后的试样显微检测表明：在较小微动位移幅值时，表面破坏形貌基本类 似与干态工况，磨损主要集中在接触边缘，接触中心损伤轻微（如图 ! " # " #&1所示），不 过在有润滑脂时磨损深度略大于干态工况；随着微动位移幅度的增加，润滑工况下接触 磨损加剧，如在位移幅值为 ’*!+时中心最大磨损深度达 2*!+（如图 ! " # " #&3所示）； 当微动位移幅值超过一定幅值时，相对于干态工况，接触磨损明显减轻（如图 ! " # " #&4 所示）。 ·!--#· 第二章 微动磨损防护措施 图 ! " # " #$ 润滑脂工况下不同微动 幅度时微动斑三维形貌图 （!% & ’(()，" & ’($，# & ’*+） 我们可以得出，润滑脂的使用作为减缓接触磨损的一种方法在小位移幅值微动时效 果甚微，反而加速接触磨损，接触界面油的存在在这种接触工况下并不起到润滑作用，反 而具有挖坑效应，即被分离的油渗透到微裂纹，在微动挤压作用下从表面剥离。