第五章电触点的摩擦与磨损ppt课件.ppt
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1、病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程周怡琳2023/6/51第五章电触点的摩擦与磨损病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程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2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损2病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程一、摩擦、磨损是滑动电接触中的重要现象。滑动指的是和连接器的接通和断开有关的较大相对运动。滑动接触典型例子:电机电刷
2、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。摩擦将使滑动过程中能量受到损失;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。2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损3病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程1.不仅为了减小摩擦和磨损,而且要保证良好的电气接触。2.接触界面的温升不仅由表面摩擦引起,在大电流密度情况下,主要是由于电流通过接触电阻后而造成。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。2023/6/5第五
3、章电触点的摩擦与磨损4病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程一、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。2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损5(a)峰峰接触;(b)峰谷接触病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程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,接触点压力接近或超过金
4、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Fe2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损6病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程3.摩擦系数2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损7病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程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.
5、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32023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损8病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程变形系数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。由第二章的收缩电阻理论可知,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。2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损9病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机
6、体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程滑移系数1:粘结后,由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。2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损10病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程减压系数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,减压系数2为:2=A2/A
7、1。A2为减压后的面积。2其值一般在0.61.0之间。2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损11病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程膜层系数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。2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损12病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相
8、对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程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=3A2m+(1-3)A2fm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,mf;F3A2m321(P/H)m2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损13病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程3.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
9、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。2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损14病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程1.基本金属(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、
10、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2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损15病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程金属金属硬度硬度108N/m2在空气中生长的膜厚在空气中生长的膜厚粘接程度粘接程度Au2.5最小大Ag2.5随时间生长有些Pt4.1较小有些Pd4.5较小有些Cu3.9大低Al1.8较大较小2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损16病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理
11、生理过程5.直流镀金的粘结:粘结顺序作了排列,序号愈大,愈不易粘结为减少粘结,应当提高镀层硬度,同时还应减小其延展性。2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损17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0.015010124K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)0.15%钴0.15180代表平面运动方向单向滑动过程中滑针和平面重量变化病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程2023/6
12、/5第五章电触点的摩擦与磨损33代表平面运动方向,金触点,500克负载病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损34病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程说明:若滑针与平面所用材料不同,但两者的硬度相差并不悬殊(3倍以内),则它们的滑动磨损情况与用相同的材料作为滑针材料的结果相类似。Au平面Pd滑针Au-AuPd平面Au滑针Pd-Pd材料、尺寸和形状都相同的两接触体进行滑动时,粒块可能来自接触体的任一方。一旦发生金属
13、转移后,接受金属转移的一方就变成了滑针,相反的表面就被磨损。金属不能被冷作硬化,则不能形成粒块及擦伤平面。这是因为为了能磨损平面,粒块的硬度必须通过冷作硬化而大于平面的硬度。2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损35病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程2.滑针磨损金滑针在镀金平面上的往复滑动过程现象:若滑行方向改变,原粘在滑针上的粒块被剪切下来或成为磨粒或镶入平面。如果往复滑动在同一轨迹上,则经过多次滑行,平面上受到加工硬化,因而表面变硬,当平面硬度增大到足以擦伤滑针表面时,滑针开始被磨损,自此以后滑针迅速被磨损而平面
14、则增加重量。2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损36病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程转折点滑针开始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。2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损37病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程转折点的滑行次数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
15、返的单程滑行次数。2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损38病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程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。2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损39病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程
16、度的病理生理过程3.粘结磨损2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损40病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程4.擦伤磨损2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损41病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程5.磨损估算镀金层的磨损实际上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K,是一个无量纲数,称作磨损系数。和接触压力有关,P,正压力H,材料表面硬度X,滑移长度2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损42
17、病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程金镀层的K和P的关系:当压力小于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。2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损43病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程6.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
18、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2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损44病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程(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。2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损45病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程(a)2umAuCo/Cu;(b)3.3umAuCo/Cu;(b)2umAuCo/CuBe;(d
19、)3.3umAu/Cu2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损46(1)AuCo合金(2)镀金层厚度(3)基底金属Cu,CuBe合金对防粘结磨损和擦伤磨损的作用。病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程表面粗糙度: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。2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损47病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程2023/6/5第五章电触点的摩擦与磨损48(1)粗糙度越低,磨损
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