電觸點的摩擦磨損潤滑

1、Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)1電觸點的摩擦、磨損及潤滑Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)2電觸點的摩擦、磨損及潤滑第一節(jié) 緒論第二節(jié) 滑動摩擦第三節(jié) 滑動磨損第四節(jié) 微動第五節(jié) 觸點潤滑及潤滑劑Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)3第一節(jié) 緒論一、摩擦、磨損是滑動電接觸中的重要現(xiàn)象。滑動：和連接

2、器的接通、斷開有關(guān)的較大相對運動?；瑒咏佑|典型例子：電機電刷與滑環(huán)或整流子之間的接觸電車電弓與電線之間的接觸變阻器滑動頭、開關(guān)中的滑動觸頭等。二、電接觸過程中滑動摩擦和磨損的特點摩擦將使滑動過程中能量受到損失；接觸界面的溫升，可能使金屬軟化、熔焊使磨損現(xiàn)象變得十分嚴重。溫升還會加速表面氧化過程而使電氣連接失效。磨損則使表面金屬特別是貴金屬迅速喪失，露出基底金屬，因而造成腐蝕和接觸不良。不僅要減小摩擦和磨損，而且要保證良好的電氣接觸。Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)4第二節(jié) 滑動摩擦一、滑動過程

3、中表面的接觸狀態(tài)兩種形式兩元件表面凸丘凸丘，形成接觸斑點，幾率??；1. 兩元件表面凸丘凹谷，交錯咬合，形成接觸斑點，幾率多。(a) 峰峰接觸；(b)峰谷接觸Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)5一、滑動過程中表面的接觸狀態(tài)兩元件在接觸力P作用下相對滑動時產(chǎn)生的機械摩擦力有4個分量接觸面粘結(jié)產(chǎn)生的剪切力Fs粘結(jié)（冷焊 ）現(xiàn)象：兩個金屬表面相互接觸時，接觸點壓力接近或超過金屬原子之間的結(jié)合力時，接觸面間便相互粘結(jié)在一起。剪切力金屬的剪切強度， 相對滑動面在金屬內(nèi)部接觸面凸丘咬合產(chǎn)生的剪切力Fa接觸面塑

4、性變形產(chǎn)生的剪切力Fp接觸面彈性變形產(chǎn)生的剪切力FeBeijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)6一、滑動過程中表面的接觸狀態(tài)摩擦系數(shù)庫侖布摩擦定律這就是著名的阿門頓無關(guān)摩擦系數(shù)與視在接觸面常數(shù)則是常數(shù)和，當接觸材料一定時，假定為平均值。為比摩擦力。中單位面積摩擦力，稱，實際接觸面的接觸更是如此。同一軌道上的重復(fù)滑動特別是正常大氣情況下許多情況下HPFHHHAAPFFFFFPFFFFPFfbbssepaepasf1A,bBeijing University of Posts and Telecommuni

5、cations2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)7二、粘結(jié)情況下的滑動摩擦 若兩個接觸界面間有相對滑移時，粘結(jié)處受剪力和壓力聯(lián)合作用，摩擦力的大小主要取決于金屬實際的粘結(jié)面積。金屬粘結(jié)面積的影響因素：變形系數(shù)0滑移系數(shù)1減壓系數(shù)21. 膜層系數(shù)3Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)8二、粘結(jié)情況下的滑動摩擦變形系數(shù)0 ：微觀峰頂高度不同，當較高的峰頂呈現(xiàn)塑性變形時，較低的峰頂可能呈現(xiàn)彈性變形。而粘結(jié)面積不應(yīng)當包括彈性接觸面積在內(nèi)。由收縮電阻理論可知，除彈性變形以外的塑性接觸面積A0為：A0= 0A

6、=P/H。A為全部變形接觸面積；0為變形系數(shù)，值在0.21.2之間；H為材料表面硬度；P為正向接觸壓力。 Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)9二、粘結(jié)情況下的滑動摩擦滑移系數(shù)1：粘結(jié)后，由于在滑移過程中剪切力的影響，其粘結(jié)面積比在靜止狀態(tài)下只有單純壓力時的粘結(jié)面積大。由圖所示，單個峰頂接觸面積由XY擴大到XY，引入滑移系數(shù)1，則有：平均半徑為a0，平均增加的滑移距離為S， n為接觸點數(shù)，A1為滑移后的接觸面積，一般地， 1=1.01.5。00000011212AnsaAnsaAAABeijing

7、 University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)10二、粘結(jié)情況下的滑動摩擦減壓系數(shù)2：在粘結(jié)區(qū)域內(nèi)尚有一部分彈性力參與作用，故減壓后實際粘結(jié)面積將減少，減壓系數(shù)2為： 2= A2/A1 。A2為減壓后的面積。 2 其值一般在0.61.0之間。Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)11二、粘結(jié)情況下的滑動摩擦膜層系數(shù)3：表面膜層對粘結(jié)影響極大，若膜層介于金屬微觀峰頂之間，則金屬粘結(jié)作用消失。故膜層的存在便減少了實際金屬接觸面積。

8、膜層系數(shù)3為：3= A3 /A2 。A3為不包括膜層在內(nèi)的實際金屬接觸面積。3其值一般在01.0之間，若3=0，表明在接觸界面上均覆蓋著膜層；若3=1，表明在接觸界面上不存在膜層。Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)12二、粘結(jié)情況下的滑動摩擦摩擦力F： 在粘結(jié)情況下，摩擦力F主要應(yīng)是切斷金屬間的粘結(jié)所需的剪切力。 F=3 A2m+(1-3) A2 fm為金屬剪切強度；f為克服膜層之間摩擦所需的剪應(yīng)力，其值非常小，通常遠小于0.1，m f；F 3 A2m 321 (P/H) m Beijing U

9、niversity of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)13二、粘結(jié)情況下的滑動摩擦摩擦系數(shù) 及其影響因素：為得到較小的摩擦系數(shù)，應(yīng)使321m盡可能小，而使材料硬度H盡可能大。有矛盾！比如硬度H大的材料，滑移系數(shù)1必然會小，這是一致的，但其剪切強度m必然很大，如用基底硬的材料在上面鍍以較軟材料，則結(jié)果是H值大而m將比較小。但m太小時又加大了滑移系數(shù)1。所以應(yīng)使用具有一定硬度而延展性小的表面鍍層為宜。人為覆蓋膜層，在滑動電接觸表面涂一層很薄的潤滑劑，但3不可為零，因為需要有一定的金屬直接接觸，以保持良好的電氣性能。HPFm123Beij

10、ing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)14三、電觸點材料表面的粘結(jié)基礎(chǔ)金屬（如銅、鋁）在空氣中放置容易生成膜層，因此很少粘結(jié)，但在真空中如經(jīng)多次摩擦，表面膜層被磨去而易粘結(jié)。貴金屬如金、鉑、鈀等很少受到空氣腐蝕，故容易粘結(jié)；接插件、開關(guān)等密封抽真空后，粘結(jié)趨勢更大；嚴格清潔處理表面后也容易發(fā)生粘結(jié)。常用觸點材料在空氣中膜層生長及粘結(jié)程度Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)15三、電觸點材料表面的粘結(jié)直流鍍金的粘

11、結(jié)：粘結(jié)順序作了排列，序號愈大，愈不易粘結(jié)為減少粘結(jié)，應(yīng)當提高鍍層硬度，同時還應(yīng)減小其延展性。鍍金狀態(tài)合 金 成分含 碳(%)努氏硬度(25克)延展性(%)粘 結(jié)順序純金(氧化物)無0.015010124K硬金(氰化物)無0.01200102合金(堿性)0.7%鎘無1355-103合金(氰化物)10銀0.071400.754合金(氰化物)0 . 1 5 %鈷0.15180代表平面運動方向，金觸點，500克負載Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)29Beijing University of Pos

12、ts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)30粒塊形成機理a代表粒塊粘附的表面，代表平面運動方向單向滑動過程中滑針和平面重量變化Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)31二、金鍍層的磨損滑針磨損金滑針在鍍金平面上的往復(fù)滑動過程現(xiàn)象：Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)32二、金鍍層的磨損轉(zhuǎn)折點滑針開始被磨損的滑動次數(shù)稱為轉(zhuǎn)折點，如圖。了解轉(zhuǎn)折點非常重要。因為滑針

13、與平面不同，滑針接觸面積很小，一旦被磨損，其接觸點處的鍍層很快被磨損殆盡而暴露出基底金屬。 轉(zhuǎn)折點的滑行次數(shù)t ：d為滑道長度(cm)；P為接觸壓力(gf)；k為常數(shù)，對金滑針與金平面，k=17103；t為往返的單程滑行次數(shù)。Pdkt Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)33二、金鍍層的磨損 對粒塊形成的影響因素滑動方向：單向、往返結(jié)果相似負載：增加負載促使由粒塊形成到滑針磨損的轉(zhuǎn)化，使轉(zhuǎn)折點的滑行次數(shù)減少；滑道長度：越短，由平面磨損向滑針磨損的轉(zhuǎn)化越快，轉(zhuǎn)折點的滑行次數(shù)也可減少。 一般地，對純金

14、觸點，當接觸壓力為100gf，滑道長度為1cm時，轉(zhuǎn)折點次數(shù)大約為150-200次。 Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)34二、金鍍層的磨損磨損估算鍍金層的磨損包括了粘結(jié)磨損和粒塊的擦傷磨損。 磨損體積V和磨損距離X和真實接觸面積成正比：V，總磨損體積；P，正壓力；H，材料表面硬度；X，滑移長度； K ，是一個無量綱數(shù)，稱作磨損系數(shù)。和接觸壓力P的關(guān)系 ：當壓力小于4gf時，磨損系數(shù)K幾乎為零，即不產(chǎn)生磨粒；當壓力超過50gf后，磨損系數(shù)K基本為一常數(shù)，其值大約為3.110-4。XHPKV Be

15、ijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)35二、金鍍層的磨損影響鍍金層磨損的因素硬度：硬材料的耐磨性高于軟材料的耐磨損性。原因是隨著硬度的增加，將減少真實的接觸面積，真實的接觸面積對所有的磨損過程起著重要的作用。因此，當觸點是由多層金屬通過電鍍或包覆而形成時，表面用硬金合金硬度高的中間層提高基底材料的硬度Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)36(1)AuCo合金的抗粘結(jié)磨損性比純金的好，而純金的抗擦傷磨損性優(yōu)

16、于AuCo合金(2)硬的中間層金屬Ni對防粘結(jié)磨損和擦傷磨損的作用。Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)372umAuCo/Cu；(b) 3.3umAuCo/Cu；2umAuCo/CuBe；(d) 3.3umAu/Cu (1)AuCo合金的厚度(2) Ni中間層(3)基底金屬Cu，CuBe合金對防粘結(jié)磨損和擦傷磨損的作用。Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)38二、金鍍層的磨損表面粗糙度：表面粗糙度與

17、磨損有關(guān)，在一定壓力下，最高峰頂處易于粘結(jié)，也易于受到擦傷磨損；壓力越大，磨損增加。Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)39(1)粗糙度越低，磨損越??；(2)中間層鍍鎳后，不論粘結(jié)或擦傷磨損都會降低。Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)40二、金鍍層的磨損電鍍工藝與磨損的關(guān)系（Relationship of Wear to Plating Process）脈沖電鍍(Pulse Plating)直流鍍金

18、比脈沖鍍金硬度大，延展性小，不易粘結(jié)工藝窗(Process Windows)只有在很窄的鍍金工藝窗內(nèi)，鍍層才具有滿意的摩擦學(xué)性能(摩擦系數(shù)usl 。)(sllasaSBeijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)69四、液體潤滑劑和半液體潤滑劑當S0時，液體在固體表面鋪展開，稱為潤滑劑潤濕固體表面。對于非極性油，S 0，它們在金屬表面以很小的接觸角很快地鋪展，鋪展速度和潤滑劑的粘度成反比。通常，非極性潤滑劑在金屬表面完全鋪展開，靜態(tài)覆蓋性好，防腐性好。對于極性油，分子的極性基與金屬反應(yīng)形成化學(xué)吸附，當油滴變

19、平鋪展時，油滴周圍形成單分子層，它阻擋了液體的繼續(xù)鋪展。Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)70四、液體潤滑劑和半液體潤滑劑潤滑劑對灰塵的吸附能力潤滑劑對灰塵的吸附能力F：它和介電常數(shù)之間滿足以下關(guān)系：式中，Q為塵土顆粒所帶的電荷量； 0為空氣的介電常數(shù)， 1為潤滑劑的介電常數(shù)， d0為塵土至潤滑劑的距離， d為潤滑劑的厚度。 1越大，吸附力F也越大，潤滑表面的自然積塵也越多，但同時潤滑劑也具有較大的懸浮能力和較高的流動性，從而可將塵土從接觸點推走，減少塵土造成故障的幾率。210002224ddQ

20、FBeijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)71四、液體潤滑劑和半液體潤滑劑液體潤滑劑的使用液體潤滑劑的厚度應(yīng)適中。厚度太薄，雖可減少灰塵吸附，但灰塵也不能懸浮，另外，潤滑劑太薄，在金屬表面覆蓋得少，金屬容易腐蝕。油膜最薄不低于0.1mg/cm2,潤滑劑厚度太厚，接觸表面全部覆蓋著潤滑劑而沒有直接的金屬接觸，使接觸電阻升高。液體潤滑劑的附著能力與接觸面的粗糙度關(guān)系不大，故適用于光滑接觸表面，是目前為止應(yīng)用最為廣泛的一種潤滑劑。半液體潤滑劑半液體潤滑劑就是將液體潤滑劑和蠟狀潤滑劑混和在一起，它的特點是兼有二者的優(yōu)點。從微觀表面看，蠟狀物分散為小島狀，液體潤滑劑則被包圍在小島之間，這樣，液體不易流失，且可用于不同粗糙度的接觸表面上。Beijing University of Posts and Telecommunications2022-6-6廈門邁士通公司培訓(xùn)72五、固體潤滑劑固體潤滑劑，如石墨，多用于電刷/導(dǎo)電環(huán)的接觸表面。石墨本身導(dǎo)電，但呈現(xiàn)一定電阻值。石墨在很寬的溫度范圍內(nèi)很穩(wěn)定，故可作為良好的電刷