油润滑条件下几种金属材料摩擦磨损规律研究

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Study on Friction and W ear of Several M etal M aterials under Oil LubricationGuo Zhanbin，Gao SongHn(College of Engineering，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319)Abstract：The friction and wear properties of several common metal materials (5 、25C 、40CrN。M。)friction pair under oillubrication were tested on M-200 Type wear tester，and the efects of sliding speed and pressure on friction wear rules wereinvestigated.The results showed that the 25C J45 steel pair had beter tribologieal and wear performance，the load was the mainfactor which influences the friction of the material at the lOW sliding speed，the main wear form was adhesive wear，but the weal"mechanism gradualy became from adhesive wear to abrasive wear and flaking wear with the contact pressure and sliding speedjncreased。

Key words：oil lubrication；friction and wear；friction factor；wear loss；adhesive wear移箱机构是水稻插秧机的重要部件，它担负着插秧机的纵、横向送秧工作 ，对插秧机的取秧量和工作可靠性有直接影响1。在影响移箱机构系统性能的诸多因素中，移箱机构中的滑块和双螺旋轴之间的磨损现象占有相当比重。而移箱机构中的滑块和双螺旋轴之间的摩擦是在变速变压的条件下进行的，因此，研究滑块和双螺旋轴在不同滑动速度和正压力条件下的摩擦特性，对提高插秧机的工作可靠性和使用寿命方面具有十分重要的意义[2-3]。

研 究 所 选 的 三 种 金 属 材 料 (45 ，25C M ，40CrNiM。)在工程材料中具有-定的代表性 ：它们均是钢材中最常用的加工材料，具有良好的加工性能和多方位的处理工艺，而且常被用来制造轴类、齿轮及其他-些紧固零件等。故而以这三种常用金属材料组成的摩擦副作为研究对象，采用 M-200型磨损试验机进行试验，研究不同滑动速度和正压力条件下摩擦副之间的磨损规律。

1 试验部分1.1试验机如图1所示，试验采用的磨损试验机是由宣化材料试验机厂生产的M-200型磨损试验机。在该试收稿 日期：2012-09-10基金项目：国家科技支撑项目：超级稻精密钵育栽植机及示范(20(6DAD28Bo0-3)。

作者简介：郭占斌(1966-)，男，教授，黑龙江八-农垦大学毕业，现主要从事机械设计及理论方向的研究工作。

第 1期 郭占斌等：油润滑条件下几种金属材料摩擦磨损规律研究 21素，而速度对摩擦因数的影响较校对比2种不同速度下摩擦副的摩擦因数，就其变化特性而言，从总体看 45 -组的摩擦因数较其他两组的摩擦因数小，且变化曲线近似成线性增大，说明其对载荷变化不敏感。而25CrM -组无论在低转速还是在高转速条件下其摩擦因数都处于稳定的范围之中，由此可以分- 咖4墩- ◆-45 -- 40CrNiM。

100 200 300 400 500 600 700载荷/N(a)0.42 m·S析得出，在此试验实验条件下 25C2I -组摩擦副具有较好的耐磨性能。 2.2载荷、速度对磨损量的影响载荷、速度对磨损量的影响如图4所示。

100 200 300 400 500 600 700载荷/N(b)0.84 m·S图 3 不同摩擦副在不同速度条件下载荷对摩擦因数的影响Fig.3 Efect of friction factor on diferent speeds and load 45 40CNiM。

100 200 300 400 500 600 700 100 200 300 400 500 600 700载荷/N 载荷/N(a)0.42 m·S (b)0.84 m·fi-1图4 不同摩擦副在不同速度条件下载荷对磨损量的影响Fig.4 Efect of the amount of wear on diferent speeds and load图4是不同转速条件下3种摩擦副磨损量随载荷的变化情况。通过对2种转速下 3组摩擦副的磨损量分析对比发现：3种摩擦副质量磨损变化规律表现是很相似的，即随着载荷和转速的增大摩擦副的磨损量逐渐增加。当载荷大于300 N时磨损量曲线斜率陡增，磨损量急剧增加，在低速时这种现象更加突出，且高速时摩擦副的磨损量显著高于低速时的磨损量。由此表明摩擦副之间的摩擦速度和接触载荷是影响摩擦副的磨损量的重要因素，在-定范围内转速、载荷的微小变化显著影响摩擦副的磨损量。

在实验条件下存在-临界值，当转速、载荷超过这-临界值时，磨损量显著变化。对比3种摩擦副的磨损量可以发现 25C M -组具有较低的磨损量和较好的摩擦副性能。

2.3磨损机理的探讨载荷、速度对摩擦副磨损表面的影响如图5、6所示。

M ∞O O 0 0 0 0 0 O 圜蝼靠第 1期 郭占斌等：油润滑条件下几种金属材料摩擦磨损规律研究而摩擦因数较大。经分析是由于：载荷较小时，摩擦副间的接触多为点接触，摩擦阻力主要来源于摩擦副表面间的微凸体之间的互相阻碍，摩擦力也相对较大，摩擦因数也相应增大；当载荷增大时由于表面温度升高使得摩擦副间表面由点接触变为面接触，最后接近表观接触面积，此时摩擦副表面间的摩擦力不再增大，即摩擦阻力增加的速度没有正压力增加的速度快，故而摩擦因数出现减小的趋势。

对比图 6(a)、(b)可以发现当给摩擦副施以200 N的载荷时摩擦副表面有大量的由于犁削作用而产生的犁皱塑性变形，而施以400 N的载荷时有明显的塑性流动和材料剥落的痕迹。这是由于随着施加载荷的增大，摩擦副间的磨损表面塑性变形严重，塑性变形功也相应增加，因而造成真实接触面积和接触的微凸体数增加，微凸体压入深度增大，最后使得摩擦副的磨损现象严重。

动速度和接触压力是影响磨损量的主要因素，在-定范围内滑动速度、接触压力的微小变化显著影响滑块的质量磨损速率，摩擦磨损特性存在着敏感的速度、压力范围。

3.3在此试验条件下，粘着磨损是摩擦副间磨损的主要形式，随摩擦副间接触压力和滑动速度的增加其磨损机制逐渐由粘着磨损向磨粒磨损和剥落磨损转化过渡。

3.4通过以上试验，故选取25CrM 与45 组合作为传动副的材料，可以提高双向螺旋轴组件的使用寿命。