目錄 1 緒論. .題研究的背景及意義. 題研究目的. .溫淬火球墨鑄鐵 研究與應(yīng)用現(xiàn)狀. 等溫淬火球墨鑄鐵 優(yōu)點.外 發(fā)展應(yīng)用概況. 我國 發(fā)展應(yīng)用概況. 國內(nèi)外耐磨件上的應(yīng)用研究現(xiàn)狀 .摩擦磨損研究現(xiàn)狀 . 題來源及本文主要研究內(nèi)容. 課題來源. . 本文主要研究內(nèi)容. . 織機(jī)凸輪的功能及磨損失效分析.輪在織機(jī)上的重要作用. 8 輪在織機(jī)打緯機(jī)構(gòu)上的重要性. 凸輪在傳劍機(jī)構(gòu)上的重要性.輪在織機(jī)開口機(jī)構(gòu)上的重要性.機(jī)凸輪磨損失效分析. 11 輪常見的失效方式及原因.效分析. .少凸輪磨損的一些措施. 結(jié). . 金屬材料的摩擦磨損特性探討.擦磨損時金屬表面特征. 擦?xí)r金屬表面特征變化. 擦磨損時金屬的表層組織.擦磨損時金屬表層應(yīng)力狀態(tài).損的過程與和轉(zhuǎn)化. 響金屬磨損的因素. 影響磨粒磨損的因素. 影響?zhàn)ぶp的因素. 錄 響疲勞磨損的因素. 章小結(jié). . 等溫淬火球墨鑄鐵（擦磨損實驗研究.摩擦磨損耐磨性實驗 . 驗內(nèi)容. . 主要實驗設(shè)備. . 試樣的制作. . 試樣受力分析. . 實驗過程與方法. .驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析. 實驗數(shù)據(jù). . 實驗數(shù)據(jù)處理及分析. 章小結(jié). . 織機(jī)凸輪上的應(yīng)用探討 .機(jī)凸輪的研制 . . 凸輪毛坯的制備. . 輪的熱處理及微觀組織 .機(jī) 輪應(yīng)用考核實驗. 驗原理. . 實驗方法及過程. . 實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析. 章小結(jié). . 總結(jié)與展望. .結(jié). .文不足之處. .望. . 謝. .考文獻(xiàn). . 錄. .錄一 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文. 緒論 11 緒論 題研究的背景及意義 中國是世界最大的紡織品加工國也是世界上最大的紡織品出口國，對紡織機(jī)械的數(shù)量和質(zhì)量要求也日漸提高， 紡織機(jī)械年消費市場容量達(dá)到約 80億美元， 已占全球的 30%，成為世界紡織機(jī)械制造中心1。據(jù)國家統(tǒng)計局公布的數(shù)據(jù)，我國規(guī)模以上的紡織機(jī)械行業(yè)企業(yè)數(shù)量為 1030家。 2009年 111月份我國紡織機(jī)械行業(yè)產(chǎn)品主營收入為 品主營成本為 織機(jī)械進(jìn)出口貿(mào)易額差為 比下降 金融危機(jī)引發(fā)我國織機(jī)進(jìn)出口額雙降，但目前我國織機(jī)競爭力有所提升，使得織機(jī)進(jìn)出口差額進(jìn)一步縮小，雖然 2009年以來紡織機(jī)械行業(yè)也隨之開始逐步好轉(zhuǎn)，然而，就在產(chǎn)銷量大幅上升的同時， 2009 年全行業(yè)利潤卻同比下降了 究其緣由，一是同一系列不同品牌的產(chǎn)品競爭激烈，價格的競爭導(dǎo)致織機(jī)行業(yè)利潤下降；二是生產(chǎn)成本增加愈演愈烈；三是在產(chǎn)量上升的同時，我國的紡織機(jī)械僅局限于低檔次，高磨損的常用簡單機(jī)械，與德國、瑞士、意大利、日本等紡織機(jī)械強國相比，仍有很大的差距。國產(chǎn)織機(jī)雖出口不斷增加，但高檔次紡織裝備仍主要依賴進(jìn)口2。特別是在具有高速、高效、高技術(shù)含量等特點的機(jī)電一體化產(chǎn)品上，差距就更為明顯了。例如自動絡(luò)筒機(jī)，這種機(jī)器以前幾乎全部依靠進(jìn)口，近年來經(jīng)過努力已經(jīng)實現(xiàn)了部分國產(chǎn)化，但其關(guān)鍵的槽筒、電子清紗器、空氣捻接器這三大零部件仍然需要進(jìn)口。中國紡織機(jī)械器材工業(yè)協(xié)會制定了紡織機(jī)械工業(yè)“十一五”發(fā)展規(guī)劃 ，提出了重點紡織機(jī)械產(chǎn)品和關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)向高速、高效、低消耗、長壽命的方向發(fā)展2，這就要求采用先進(jìn)的制造技術(shù)，提高零部件的耐用性和可靠性，才能生產(chǎn)出高技術(shù)含量、高附加值的優(yōu)質(zhì)紡織機(jī)械產(chǎn)品。當(dāng)前，紡織行業(yè)正面臨著難得的發(fā)展機(jī)遇， 2010國家出臺紡織工業(yè)調(diào)整與振興規(guī)劃 ，再一次明確了紡織行業(yè)的產(chǎn)業(yè)地位。 優(yōu)質(zhì)高效（速）的紡織機(jī)械是實現(xiàn)紡織品優(yōu)質(zhì)大量生產(chǎn)和出口的前提。加速紡織機(jī)械的發(fā)展提高，需從關(guān)鍵零部件的先進(jìn)材質(zhì)與制造技術(shù)的開發(fā)開始，結(jié)合先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計裝備，不斷自主創(chuàng)新，提高產(chǎn)品的質(zhì)量檔次和經(jīng)濟(jì)效益。 耐磨件是紡織機(jī)械的重要關(guān)鍵零件。如凸輪主要傳遞動力，受力較大，在先進(jìn)高效的織機(jī)上處于高速運動，常常因磨損引起凸輪曲線的變化，使多臂裝置產(chǎn)生花紋錯亂、開口度不良、振動及噪音增大等故障；凸輪與 從動件間為點或線接觸，易磨損，只適用于傳力不大的場合；從動件的行程不能過大 ，否則會使凸輪變得笨重，影響產(chǎn)品1 緒論 2質(zhì)量及生產(chǎn)效率，因此提高紡 織機(jī)械關(guān)鍵零部件凸輪的耐 磨損性能對于減少設(shè)備故障率，提高紡織品質(zhì)量，降低成本，具有非常重要的意義3。研制一種新型材料，提高其耐磨性和使用性能，增強使用壽命，是提高整機(jī)性能的一個重要環(huán)節(jié)。 題研究目的 等溫淬火球墨鑄鐵（ 一種高強度、高耐磨兼有一定韌性的新型鑄鐵工程材料，國際上被譽為“近三十年來鑄 冶方面最重大的成就之一” ，是一種性價比高的高科技材料3。 件工作時在表面應(yīng)力作用下，基體中的高碳奧氏體部分轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)晶或微晶馬氏體，顯著提高表層硬度，改善抗磨性；而新的次表面又不斷發(fā)生以上過程，越磨越硬，大幅提高使用壽命。經(jīng)過國內(nèi)外大量的研究實驗和生產(chǎn)應(yīng)用實踐得出： 耐磨性和使用壽命比同硬度的鋼提高 以上； 可達(dá)到甚至優(yōu)于比其硬度高 10康明斯發(fā)動機(jī)硬面齒輪，原用淬火鋼要求 58用 ，硬度降為 48使用壽命比鋼高。同時， 的石墨球能降低摩擦系數(shù)和運轉(zhuǎn)溫度，可減少磨損，且具有很強的減震性，使零件工作時噪音小，這種特性對于紡織設(shè)備十分有利4。而根據(jù)湖北信息研究院查新檢索報告，我國 材料在紡織機(jī)械方面的應(yīng)用還是空白，急待研究開發(fā)。 本文嘗試研究將 材料用于織造機(jī)械要求高耐磨高強度的凸輪上，如共軛凸輪、傳動凸輪軸等，不僅能提高該種零件的質(zhì)量和使用壽命、節(jié)能降耗、減少設(shè)備維修和噪音、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，而且將提高我國紡織機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量，促進(jìn)開發(fā)高速高效的高檔次織造機(jī)械，增強國際競爭力。 溫淬火球墨鑄鐵 研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 一定成分的球墨鑄鐵經(jīng)等溫淬火后得到 的鑄鐵材料就是等溫淬火球墨鑄鐵它是通過等溫淬火熱處理使球墨鑄鐵基體組織由珠光體、鐵素體變?yōu)獒槧铊F素體、貝氏體和富碳奧氏體等組織。上世紀(jì)七十年代初，芬蘭宣布用 織為上貝氏體和殘余奧氏體）代替鍛鋼生產(chǎn)齒輪，同時，美國通用汽車公司研制出下貝氏體加少量馬氏體的球鐵，隨后 歐美等發(fā)達(dá)國家不斷深入研究與發(fā)展，已成為二 十一世紀(jì)人們關(guān)注的熱點材料之一。 溫淬火球墨鑄鐵 優(yōu)點 所以受到世界各國的廣 泛關(guān)注和重視，與其優(yōu) 良的特性密不可分，與普通的鍛鋼和鑄鐵相比， 有如下獨特優(yōu)點5,6： 1 緒論 3（ 1）良好的綜合性能：強度高且有較好 的伸長率，具有優(yōu)良的動態(tài)力學(xué)性能，比鑄鋼，微合金鋼以及鍛鋼要好很多，在數(shù)百萬次交變載荷作用后，抗疲勞性仍保持不變，缺口敏感性小。 （ 2）較低的成本：由于 經(jīng)過等溫?zé)崽幚?，相對于其它材料，如果按?服強度的成本計算，其價格仍比鋼件低 20%左右，有很強的競爭力。 （ 3）質(zhì)量較輕： 織中有近 10%的石墨，同體積的零件要比鋼件要輕 10%，且與鍛鋼、鑄鋼、鑄鋁和熱處理鋼等相比，具有最高的單位質(zhì)量屈服強度，是一種輕而堅固的金屬材料。 （ 4）優(yōu)良的耐磨性和耐疲勞性：由于 有石墨球存在，能有效降低其摩擦系數(shù)和運轉(zhuǎn)溫度，同時由于 存在大量殘余奧氏體，在工作過程中外力作用下，殘余奧氏體會誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生加工硬化，從而進(jìn)一步提高材料的耐磨性。 （ 5）良好的減音性和吸震性：由于 為 1700鋼的彈性模量（約為2100低 20%，另外吸震性好，組織中的石墨球能快速吸收震動，使機(jī)件運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 （ 6）相對簡單的制造工藝：一般的球墨鑄鐵進(jìn)行等溫淬火處理就可以生產(chǎn)出 生產(chǎn)同樣強度和性能的鋼件所需的下料、鍛造、調(diào)質(zhì)、表面高頻淬火、回火等繁雜工序節(jié)材節(jié)能，改善環(huán)保并提高生產(chǎn)效率。 外 發(fā)展應(yīng)用概況 國際上對 研究始于 20 世紀(jì) 60 年代末， 70 年代芬蘭、中國和美國幾乎同時宣布 制成功。國外 研發(fā)工作著重于有關(guān) 化學(xué)成分、熱處理工藝、基體組織轉(zhuǎn)變、力學(xué)性能和使用性能等方面，使 研究應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。一些著名的鑄造公司紛紛制定了各自的 標(biāo)準(zhǔn)，緊接著各國也開始制定 準(zhǔn)，美國、歐洲、日本和 別制定了國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)7在這種背景下， 歐美和日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)產(chǎn)量以每年超過 15%的速度迅速增長， 預(yù)計今后的增長速度會更快7,11 國 發(fā)展應(yīng)用概況 我國是世界上最早研究 幾個國家之一。開始是用一般稀土鎂球鐵在 280左右下貝氏體溫度轉(zhuǎn)變區(qū)等溫淬火，得到奧氏體和下貝氏體基體組織14。上世紀(jì) 60 年代1 緒論 4初，由于對 理的認(rèn)識不足、原材料及其生產(chǎn)過程監(jiān)控不嚴(yán)等因素的影響，未能形成批量生產(chǎn)，研究及生產(chǎn)應(yīng)用一直停滯不前。上世紀(jì) 80 年代，由于受到國際 速發(fā)展的影響， 究及生產(chǎn)又在我國興起。目前，對 化學(xué)成分、熱處理工藝、基體組織轉(zhuǎn)變、力學(xué)性能和使用性能等方面進(jìn)行了大量實驗及研究工作。我國現(xiàn)階段已將 料應(yīng)用康明斯發(fā)動機(jī)齒輪、榨油機(jī)榨螺、風(fēng)鎬缸體、造紙磨漿機(jī)磨片、風(fēng)鎬缸體、火車減震器斜楔及磨耗板等一般性耐磨件和機(jī)械承載構(gòu)件上6，高強度、高韌性的技術(shù)難度較大，其應(yīng)用還較少。一些典型的 件如圖 示。 圖 些典型的 件 國內(nèi)外耐磨件上的應(yīng)用研究現(xiàn)狀 有效降低其摩擦系數(shù)和運轉(zhuǎn)溫度，同時由于 使用過程中由于外力作用，殘余奧氏體會誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生加工硬化，從而進(jìn)一步提高材料的耐磨性。近年來，因其具有優(yōu)越的耐磨性， 在齒輪、襯套、鏈輪上的應(yīng)用方面，美國康明斯公司于 1983年生產(chǎn)的 B 系列柴油發(fā)動機(jī) 表面滲碳淬火 1022鋼齒輪相比，不僅提高了齒輪的抗擦傷能力，而且加工車間生產(chǎn)率增加 40%，重量減輕 10%，降低噪音，成本降低了 30%，齒輪銑刀壽命增加 10倍15,16。美國 公司用 改進(jìn)了割草機(jī)操縱性和轉(zhuǎn)向性，重量減輕 低了成本，明顯地降低了噪音，提高了零件強度17。江蘇理工大學(xué)和一汽無錫柴油機(jī)廠研制用高性能 0僅力學(xué)性能滿足了使用要求，柴油機(jī)整體噪聲下降了 側(cè)平均噪音下降了 標(biāo)定工況下連續(xù)運轉(zhuǎn) 1000小時，齒輪間隙離極限間隙還有 摩擦磨損性能合格18。中國戚墅堰機(jī)車車輛研究所將 論 5上的襯套，對比表明其壽命大大高于 45鋼、 200。西安新華安型材鑄造公司研制了高速列車機(jī)車轉(zhuǎn)向架 果良好，并已經(jīng)批量生產(chǎn)19。 損降低 50%。美國量減輕 15 %，成本降低 55%，比原組裝件節(jié)省 30分鐘的裝配時間，耐磨性大大提高，外型也更為美觀17。中國一拖集團(tuán)和洛陽市汝陽液壓件廠合作，將 50、 170型小四輪拖拉機(jī)傳動齒輪代替 20已批量生產(chǎn)20。漢口鑄造廠和武漢鑄鍛熱總廠用 軋管軋輥、軋鋼機(jī)輥道齒輪、 195柴油機(jī)曲軸以及紡織機(jī)齒輪，均取得了良好的效果21。楊佳榮等把 實 2。鄭州機(jī)械研究所與湖北省竹山特種球鐵廠研制的 性好、壽命長的特點，在同一工況實驗條件下，錘頭的耐磨性大大提高，使用壽命是高錳鋼的 2無斷錘現(xiàn)象，表明 3。 在機(jī)車制動方面，需要摩擦力工作又要求高耐磨性的典型應(yīng)用如車輪與輪軌、制動機(jī)構(gòu)的運動摩擦件（剎車盤，剎車轂） 和靜止摩擦件制（動塊，制動楔等） 。我國戚墅堰機(jī)車車輛研究所研究并已經(jīng)在鐵道車輛上應(yīng)用了 量不僅由 10至 7.5 且耐磨性提高，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益24。芬蘭國家鐵路和芬蘭赫爾辛基城市交通在火車、貨車車廂和城市鐵路上用 6年的運行結(jié)果表明， 倍， 同時車輪磨損減少， 運行費用降低，提高了設(shè)備利用率。此外由于低速時略低的摩擦系數(shù)，制動平穩(wěn)，未見咬住車輪現(xiàn)象，當(dāng)增加制動壓力時摩擦系數(shù)不像灰鑄鐵那樣有明顯降低25。 磨料磨損通常應(yīng)用于挖掘機(jī)斗齒、犁鏵、破碎機(jī)襯板、犁尖、磨球、物料輸送機(jī)襯板和履帶板等等。因此只考慮零件的耐磨性，摩擦對象（如泥土、礦料、地面等）的磨損一般不必考慮。美國 大提高耐磨性，年產(chǎn)量超過 10萬件，每年節(jié)省 20多萬美元24。英國生產(chǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)械鑄件的主要廠家 用于車輛、運輸、農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、建筑、軍工等部門24。英國 用 行費用降低26。此外， 鏵、挖掘機(jī)斗齒、破碎機(jī)襯板、履帶板、物料輸送機(jī)襯板等方面廣泛應(yīng)用，取得良好經(jīng)濟(jì)效益。 近年來開發(fā)的含碳化物的 ，因基體組織中含碳化物，具有更好的耐磨性，但韌性和耐沖擊性降低。對于要求耐磨性高但韌性和耐沖擊性不高的零件， 很好的選擇。 狀和分布的控制，這樣才能生產(chǎn)出性能穩(wěn)定的 國將 7 ,28 。我國河北遷西奧帝愛鑄造公司礦用磨球 化物含量 10%左右，經(jīng)過一年多裝機(jī)實驗，使用壽命比原材料低鉻磨球提高一倍，且磨球無失圓和破損現(xiàn)象，節(jié)電1 緒論 620%，效率提高 20%，效果明顯29。 此外，沖剪機(jī)剪切刀片在對鋼筋進(jìn)行剪切加工時工況十分惡劣，震動大，噪音大，是特殊的沖擊磨損，刀片需要高強度、高耐磨性、高韌性。傳統(tǒng)的剪切刀片是 損快，容易卷刃、變形、有時會發(fā)生崩口，黃志強等用 10傳統(tǒng)剪切刀片，取得預(yù)想不到的成功30。 摩擦磨損在實際應(yīng)用中是十分常見而且復(fù)雜的。在需要減小摩擦力，靠摩擦力工作的滾動摩擦和滑動摩擦工作條件中，可能有摩擦磨損脫落的顆?；蛲鈦淼纳皦m進(jìn)入摩擦界面形成某種程度的磨料磨損。事實說明， 此，深入系統(tǒng)地研究 有非常重要的意義。 摩擦磨損研究現(xiàn)狀 綜上所述， 對于 已有的一些研究中，由于摩擦磨損實驗和實際工況的不同和復(fù)雜性，各種實驗除了揭示一些普遍規(guī)律之外，尚有許多不同。 1在對幾種不同等溫淬火溫度下獲得的 行硬砂射流磨損實驗后， 得出耐磨性隨硬度的升高而提高。郭新立等32在研究奧貝球鐵磨粒磨損時發(fā)現(xiàn)提高奧氏體化溫度和等溫淬火溫度都會使得奧貝球鐵的磨粒磨損性能降低。 人33對四種 火溫度分別為 260、 315、 355、 400）用橡膠輪式、銷盤式及腭板破碎機(jī)式三種實驗機(jī)進(jìn)行摩擦磨損實驗，發(fā)現(xiàn) 硬度越高越耐磨。 在摩擦磨損方面，劉偉等34對比研究了淬火 45鋼、滲碳淬火 20種 果表明， 5種等溫淬火球墨鑄鐵的耐磨性均優(yōu)于 2種淬火鋼，并可大大降低摩擦副的總磨損量。朱君賢等35對 300420下等溫淬火獲得的 為隨著等溫溫度升高，殘留奧氏體逐漸增多，硬度下降，宗民等36通過對不同硬度的奧貝球鐵在不同沖擊能量下的實驗，研究表明，硬度雖然是 由于 以只有當(dāng)磨損面硬化速度較快時，其磨損損耗值才較低。叢家瑞等37對鹽浴條件下獲得的 為 通球鐵最多。 由以上這些文獻(xiàn)綜述可以看出， 對 特別是對 不同磨損條件下的磨損機(jī)理研究，在不同磨損條件下應(yīng)選用什么牌號的 為此， 本文對在不同等溫淬火工藝下獲得的 論 7進(jìn)行各種磨損實驗，研究探討適合織機(jī)凸輪磨損條件的 題來源及本文主要研究內(nèi)容 題來源 本課題來源于中國紡織工業(yè)協(xié)會科技項目（ 2008085）及湖北省教育廳重點科研項目（ 。 文主要研究內(nèi)容 （ 1）分析凸輪機(jī)構(gòu)在織造機(jī)械上的重要性， 探討凸輪的磨損失效原因，分析材料的摩擦磨損特性。 （ 2）考察在相同奧氏體化溫度和不同等溫溫度下獲得的 干摩擦磨損情況下的耐磨性，探討其磨損機(jī)理。 （ 3）探討硬度對 擦磨損性能的影響為了研究 耐磨性，研究適合織機(jī)輪的熱處理方案。 （ 4）考察 輪和 45 鋼凸輪的耐磨性，探討用 質(zhì)代替 45 鋼凸輪的的可行性。 2 織機(jī)凸輪的功能及磨損失效分析 82 織機(jī)凸輪的功能及磨損失效分析 凸輪是織機(jī)中應(yīng)用較為常見的零件，如凸輪開口機(jī)構(gòu)、凸輪引緯機(jī)構(gòu)、凸輪打緯機(jī)構(gòu)和凸輪傳劍機(jī)構(gòu)等。因其 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便，可實現(xiàn)從動件任意預(yù)期運動，因此在紡織機(jī)械大量應(yīng)用。凸輪在 工作過程中與滾子直接接觸，不僅自身精度和質(zhì)量直接影響到整個機(jī)器的性能，也會受到滾子接觸應(yīng)力的作用，而且滾子在凸輪型面間不同區(qū)域角速度不同，引起滾子與凸輪型面的滑動摩擦，在凸輪型面上產(chǎn)生了很大的切應(yīng)力，因而要求凸輪具備較高的硬度和良好的耐磨性。 輪在織機(jī)上的重要作用 輪在織機(jī)打緯機(jī)構(gòu)上的重要性 織機(jī)打緯機(jī)構(gòu)是織機(jī)主要機(jī)構(gòu)之一，新引入梭口的緯紗在距織口有一段距離時，為了編織具有一定緯密的織物，緯紗需要在打緯機(jī)構(gòu)的推動下移向織口并與經(jīng)紗交織。按照筘座機(jī)構(gòu)的形式可將打緯機(jī)構(gòu)分為四連桿打緯機(jī)構(gòu)、六連桿打緯機(jī)構(gòu)和凸輪打緯機(jī)構(gòu)三種。四連桿打緯機(jī)構(gòu)是一個曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)構(gòu)造簡單，制造容易，但筘座沒有停頓時間，適合寬幅織物、厚重織物的織物。 如圖 示為典型的六連桿打緯機(jī)構(gòu)示意圖，它由一個曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和一個雙搖桿機(jī)構(gòu)組成。曲柄 在織機(jī)主軸 A 上，隨著曲柄回轉(zhuǎn)，通過連桿 搖桿 過度軸 D 擺動，再通過搖桿 連桿 CE 帶動搖桿 搖軸 F 往復(fù)運動，從而驅(qū)動打緯機(jī)構(gòu)，但在制造高密度織物時，加大了鋼筘對經(jīng)紗的磨損和引起了主軸的回轉(zhuǎn)不均勻，所以六連桿打緯機(jī)構(gòu)一般用于低速寬幅織機(jī)。 凸輪機(jī)構(gòu)可以通過精確設(shè)計輪廓線得到理想的筘座運動規(guī)律，所以在片梭織機(jī)和劍桿織機(jī)上，由于工藝和機(jī)構(gòu)上的原因，要求引緯階段筘座上有較長的靜止時間，以提供足夠的時間讓引緯器穿過梭口，因而凸輪打緯機(jī)構(gòu)應(yīng)運而生。 圖 2. 2 所示為打緯共軛凸輪裝在左右凸輪箱內(nèi)，當(dāng)主軸 1 回轉(zhuǎn)時，主凸輪 2 推動滾子 4，使得筘座 9 以搖軸 6 為中心逆時針擺動，帶動鋼筘 8 打緯。打緯完畢后，副凸輪3 推動滾子 11，使筘座順時針擺動。當(dāng)安裝在筘座上的走劍板與固定機(jī)架上的左右劍帶導(dǎo)軌處于平齊時，筘座便靜止下來，以利于引緯運動。與四連桿和六連桿打緯機(jī)構(gòu)相比，凸輪打緯機(jī)構(gòu)有如下優(yōu)點38： 由于筘座有相當(dāng)長的靜止時間，緯紗可以飛行更長的時間，對緯紗的影響更小，2 織機(jī)凸輪的功能及磨損失效分析 9更適合高速、寬幅的引緯。 筘座在引緯時能保證絕對靜止，從而引緯機(jī)構(gòu)能夠與筘座分離，為了適應(yīng)高速引緯，可采用輕質(zhì)筘座，短筘座腳。 筘座能靜止在梭口后方，可以充分利用梭口的高度減小打緯行程。 凸輪、轉(zhuǎn)子和擺臂等主要傳動構(gòu)件均被封閉在箱體內(nèi)潤滑，可緩和打緯時轉(zhuǎn)子和凸輪之間的沖擊，并可使用多個凸輪箱同步工作，在寬度方向由多個支點支撐筘座和鋼筘。 凸輪打緯機(jī)構(gòu)多采用整體式凸輪軸和擺臂軸，系統(tǒng)機(jī)構(gòu)性能好，能適應(yīng)各種打緯的需求。 由于打緯凸輪的載荷較大，其壓力角一般應(yīng)小于 30，但對凸輪的加工精度和力學(xué)性能要求較高。 圖 連桿打緯機(jī)構(gòu) 圖 輪打緯機(jī)構(gòu) 輪在傳劍機(jī)構(gòu)上的重要性 劍桿織機(jī)的傳劍機(jī)構(gòu)主要分為連桿驅(qū)動和凸輪驅(qū)動兩類。如圖 示為 柄 1 通過同步帶由主軸直接驅(qū)動且長度可調(diào)，經(jīng)過連桿 2 使由殼體和滾子組成的滾子螺母 4 在滑座 3 上產(chǎn)生往復(fù)運動，螺母的一對滾子與螺桿 5 的螺旋面相嚙合， 形成螺旋副。 螺母的直線往復(fù)運動可直接變?yōu)椴坏染嗦輻U的不均勻回轉(zhuǎn)擺動，最后通過劍輪 6 的放大作用，帶動劍帶往復(fù)運動。這種機(jī)構(gòu)的優(yōu)點是可以根據(jù)進(jìn)劍出劍理想的運動規(guī)律來設(shè)計，且由于機(jī)構(gòu)的運動特性，劍桿進(jìn)足時加速度為零。在交接緯紗時，可使劍帶不產(chǎn)生慣性伸長，送、接緯劍相對速度小，有利于穩(wěn)定、可靠的交接緯紗。但在非滿幅織造時，由于曲柄調(diào)短，劍桿動程縮小，達(dá)不到最大值，劍桿進(jìn)足時的加速度就不能為零，所以織機(jī)在不同筘幅時，所獲得的交接運動特性是不同的。此外由于螺C機(jī)凸輪的功能及磨損失效分析 10桿與滑塊上八塊嵌塊的接觸往往是成點接觸狀態(tài)， 機(jī)件容易磨損， 傳動鏈精度不易控制，使用日久間隙擴(kuò)大影響正常交接，需要更換調(diào)整滑塊上的嵌塊，給保養(yǎng)維修帶來一些附加工作量。螺桿的加工難度大也是這種機(jī)構(gòu)的一大缺點。 圖 而凸輪傳劍機(jī)構(gòu)的實現(xiàn)可以解決連桿驅(qū)動帶來的一些問題。圖 示為空間凸輪傳劍機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)傳動明快簡短，系統(tǒng)剛性好，傳劍動程可調(diào)。空間凸輪的兩個共軛曲面分布在同一端面凸輪的內(nèi)外圈上，機(jī)構(gòu)非常緊湊，凸輪曲線的規(guī)律可以按需設(shè)計，傳劍運動特性好。 圖 間凸輪傳劍凸輪 輪在織機(jī)開口機(jī)構(gòu)上的重要性 曲柄開口機(jī)構(gòu)的連接點均是轉(zhuǎn)動副，對高速運轉(zhuǎn)有利，用于高速劍桿織機(jī)和某些噴氣織機(jī)。曲柄開口機(jī)構(gòu)的運動特性是相對靜止時間短，一般只能用來織造平紋織物，每兩緯一個循環(huán)的完全組織，且不適合于寬幅織機(jī)，這只是它的主要缺點，但是制造加工容易，成本較低。 偏心傳動開口機(jī)構(gòu)的偏心裝置有滾針軸承套裝在織機(jī)中軸上，中軸的轉(zhuǎn)速是織機(jī)主軸速度的一半。這種機(jī)構(gòu)不僅能高速運轉(zhuǎn)，而且適于微機(jī)控制。一般這類織機(jī)在運轉(zhuǎn)時沒有靜止時間，綜框運動近似于簡諧運動。如果這種偏心機(jī)構(gòu)的傳動軸通過變速機(jī)構(gòu)傳動，如同回轉(zhuǎn)多臂那樣，綜框運動也可以有停頓時間并用在普通的或?qū)挿目棛C(jī)上。 而共軛凸輪開口機(jī)構(gòu)可避免或減少其在高速運轉(zhuǎn)時因間隙而引起的沖擊和振動。這種機(jī)構(gòu)通常用于大量生產(chǎn)織物的現(xiàn)代織機(jī)上，尤其是用于織密織物時用 48頁綜框織平紋織物， 它容易使綜框運動獲得靜止并具有不對稱性， 而且是綜框的平綜時間相互叉開，使經(jīng)紗的斷頭率減少。 綜上可見，在織機(jī)的一些機(jī)構(gòu)中，凸輪機(jī)構(gòu)與連桿機(jī)構(gòu)和曲柄機(jī)構(gòu)相比，系統(tǒng)性能好，凸輪曲線的規(guī)律可以按需設(shè)計，能更好的適應(yīng)機(jī)構(gòu)的高速運轉(zhuǎn)，在織機(jī)日益發(fā)展的2 織機(jī)凸輪的功能及磨損失效分析 11時代，凸輪在織機(jī)中的重要性不言而喻。 機(jī)凸輪磨損失效分析 織造機(jī)械高速高效運轉(zhuǎn)使凸輪接觸壓力大，易磨損，凸輪機(jī)構(gòu)的磨損會引起凸輪曲線的變化，使多臂裝置出現(xiàn)花紋錯亂、開口度不良、噪音大、振動大等故障。因此，對凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行磨損失效分析，提高凸輪機(jī)構(gòu)的耐磨損性能對于減少故障率、提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量，具有非常重要的意義。 國內(nèi)外很多學(xué)者曾對凸輪的磨損做了一些積極的研究。 吳東方39在研究柴油機(jī)配氣凸輪的實驗中提出， 在合理的機(jī)構(gòu)設(shè)計下， 解決凸輪磨損的的關(guān)鍵在于材料的合理匹配，冷激合金鑄鐵的耐磨性與針狀滲碳體的數(shù)量、大小和分布。 0在研究凸輪磨合期磨損時指出，凸輪的磨損形式不僅受材料微觀結(jié)構(gòu)的影響，且還與表面加工方法密切相關(guān)。 1對凸輪輪廓進(jìn)行干摩擦研究表明，凸輪在不同部位出現(xiàn)磨粒磨損和黏著磨損等不同磨損現(xiàn)象。江親瑜等42對機(jī)車柴油機(jī)中供氣和排氣凸輪為對象仿真其磨損，探討了磨損率隨載荷變化的規(guī)律。周霞等43以 6110中型 統(tǒng)地分析了接觸應(yīng)力與疲勞磨損失效之問的關(guān)系，結(jié)果表明凸輪表面接觸疲勞失效的主要原因是由于凸輪局部區(qū)域承受了較大的突變壓應(yīng)力作用，導(dǎo)致表面產(chǎn)生裂紋，并按接觸疲勞損傷的方式擴(kuò)展所致。 輪常見的失效方式及原因 （ 1）接觸面的磨粒磨損 當(dāng)摩擦面上存在小的磨?；蛘咄蛊鹞飼r，磨粒因相對滑動而在運動表面上產(chǎn)生槽狀磨痕或?qū)⒉牧媳砻鏀D壓出碎屑，表面將會逐漸磨損而報廢。 當(dāng)凸輪的材質(zhì)為球鐵時，在磨損過程中，金屬碎片和灰塵等存在于凸出基體組織和基體組織之間，在滾子的滾壓下，凸輪表面溫度升高，使基體硬度有所降低，最后在基體表面犁削出溝壑。工作環(huán)境較差，粉塵粒子飄入凸輪機(jī)構(gòu)，潤滑液的過濾系統(tǒng)不夠完善，不能及時除去磨屑是造成磨粒磨損的主要原因。提高凸輪的密封性，經(jīng)常過濾和更換潤滑液等措施可有效降低凸輪的磨損。 （ 2）接觸面黏著磨損 由于凸輪廓面與從動件接觸面的微觀表面凹凸不平或者材料性質(zhì)差別較大，當(dāng)接觸面變小，壓強突然增大，瞬時溫度過高時，潤滑效果變差，相嚙合的表面就會發(fā)生粘連現(xiàn)象，黏結(jié)的表面由于相對運動將會發(fā)生撕裂現(xiàn)象，于是就在接觸面上沿相對滑動方向形成傷痕。在實際工作過程中，潤滑不良是導(dǎo)致黏著磨損的主要原因。 2 織機(jī)凸輪的功能及磨損失效分析 12（ 3）接觸面疲勞磨損 凸輪與從動件滾子軸承由于不斷承受交變應(yīng)力作用會發(fā)生疲勞破壞，其典型特征是在接觸表面上出現(xiàn)麻點，隨著麻點的逐漸擴(kuò)大，甚至數(shù)點連成一片，最后形成了明顯的接觸面損傷。 效分析 （ 1）磨粒磨損失效分析 根據(jù)觀察主要表現(xiàn)為擦傷失效，主要原因是由于潤滑不良，使?jié)櫥湍ぶ袛啵瑢?dǎo)致摩擦副之間的金屬直接接觸，其接觸面積比表觀接觸面積小得多。在摩擦熱的作用下，使直接接觸的金屬發(fā)生擦傷，產(chǎn)生黏著磨損，目前公認(rèn)的磨粒磨損形成磨屑的機(jī)理大致有三：微觀切削、擠壓剝落和疲勞破壞44。 微觀切削說：當(dāng)磨?；蛴脖砻嫖⑼贵w的棱角比較尖銳時，相對滑動時這些磨粒會像刀具一樣對金屬表面產(chǎn)生微觀切削作用，一次滑動即形成磨屑，產(chǎn)生槽狀磨痕。該假說是以 認(rèn)為當(dāng)塑性金屬同固定磨粒摩擦?xí)r，在金屬表層內(nèi)發(fā)生兩個過程：塑性擠壓、犁溝擦痕和切屑金屬，形成磨屑。在摩擦過程中，形成塑性擠壓擦痕的磨料在金屬表面上只留下兩側(cè)突起的擦痕，而那些棱面在有利位置的磨料將切削金屬，形成磨料。也就是說，磨屑的形成只是由于切削磨料的作用，而非切削磨料只形成兩側(cè)凸起的擦痕，只有新的磨料切削時，才形成磨屑。 體積磨損強度公式： = （式 式中： V摩擦行程為 L摩擦行程長度； 參與切削的磨料數(shù)與承受載荷的磨料數(shù)之比； W總載荷； a磨料的橫向線尺寸 H金屬的硬度； S考慮到承受載荷的磨料小于金屬名義接觸面積內(nèi)磨料數(shù)的系數(shù)； C比例系數(shù)。 由式可以得出，體積磨損強度與載荷 W、磨料的橫向線尺寸 a、切屑磨料的相對百分?jǐn)?shù) 成正比，與材料的硬度值 以壓痕破壞為主的假說（擠壓剝落假說）：當(dāng)磨料或硬表面微凸體的棱角比較圓2 織機(jī)凸輪的功能及磨損失效分析 13滑時，相對滑動時這些磨粒往往不能把金屬表面材料一次切削掉，而是把塑性材料的表面擠壓出層狀或鱗片狀的剝落碎屑，形成一條槽，把材料堆積在槽的兩側(cè)。 拋光金屬面緊貼于砂紙上時，個別磨料壓入表面，移動試件時，壓入試件的磨料就犁耕金屬表面，形成溝槽，使金屬表面受到嚴(yán)重的塑性變形，溝槽兩側(cè)的金屬受到破壞，其他磨料很容易在載荷的作用下壓入金屬的表面，并在上面滑動，滑動時會在表面形成彈性和塑性變形，由此他們得出磨損強度（單位摩擦路程的磨損體積）公式為 = （式 式中： W載荷； E材料的彈性模數(shù)； C比例系數(shù)。 由式可以看出磨損強度與載荷成正比，與材料的彈性模量成反比。 以疲勞破壞為主的假說：摩擦表面在磨料產(chǎn)生的循環(huán)接觸應(yīng)力作用下最終會因疲勞斷裂而形成磨屑，另外，磨粒對表面反復(fù)擠壓和沖擊，在沒有相對滑動的情況下，也會使表面因疲勞破壞而形成磨屑。以克拉蓋里為代表的科學(xué)家認(rèn)為金屬在摩擦?xí)r，主要的磨損原因不是由磨料切下切屑，而是金屬的同一顯微體積的多次變形使其發(fā)生金屬疲勞破壞，小顆粒從表層脫落下來，但不排除同時存在磨料直接切下金屬的過程。 微觀切削和疲勞破壞主要是塑性材料的磨屑形成機(jī)理，而對于脆性材料，在脆性固體被一個球形壓頭壓入或擦劃過程中，在彈性接觸具有伸向材料內(nèi)部的錐形裂紋形成的情況下，可能發(fā)生斷裂。對于尖的壓頭，彈 達(dá)到某一臨界深度時，伴隨著壓入的拉伸應(yīng)力足以產(chǎn)生裂紋，并圍繞壓入的塑性區(qū)擴(kuò)展。 關(guān)于磨粒磨損的機(jī)制，引人磨粒磨損系數(shù) 得單位滑動距離的總磨損體積為： （式 式中： H硬度 ； V磨損體積； L滑動距離； P外載荷； 實接觸面積。 （ 2）接觸面黏著磨損失效分析黏著磨損與疲勞磨損機(jī)制不同，不需要一定時間或作用次數(shù)來達(dá)到臨界破壞，只要2 織機(jī)凸輪的功能及磨損失效分析 14發(fā)生粘著，在粘接點處發(fā)生斷裂即發(fā)生黏著磨損。黏著磨損可表現(xiàn)為微小尺寸的材料遷移，也可能發(fā)生粘著的結(jié)合處的“冷焊”，出現(xiàn)顯著的宏觀材料的遷移，這在機(jī)械系統(tǒng)中表現(xiàn)為“咬合”或“咬死”等災(zāi)難性的磨損。黏著磨損可分為輕微磨損，涂抹，擦傷和膠合等形式。這些基本形式取決于粘著點的強度和表面下材料的強度。當(dāng)粘著點的強度比磨擦副兩基體金屬的強度都弱時，剪切發(fā)生在界面上，此時磨損極小，稱為輕微磨損；當(dāng)粘著點強度大于磨損副較軟金屬的強度時，剪切發(fā)生在較軟金屬的淺層內(nèi)，使軟金屬物料轉(zhuǎn)移到硬金屬的表面上，此時磨損略大，稱為涂抹；當(dāng)粘著點強度比磨擦副兩基體金屬的強度都高時，剪切發(fā)生在較軟金屬的亞表層，轉(zhuǎn)移到硬金屬表面上的粘著物會刮傷軟金屬表面，使其出現(xiàn)劃痕，此時磨損較大，稱為擦傷；當(dāng)粘著強度比兩基體金屬的強度大得多時， 剪切發(fā)生在金屬的較深處， 此時表面將滑動方向顯現(xiàn)明顯的撕脫，出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，稱為咬合45。 關(guān)于黏著磨損失效的機(jī)制模型是建立在計算真實接觸面積的基礎(chǔ)之上的。真實接觸面積 （式 式中： P載荷； H材料的硬度。 著名的黏著磨損阿恰德 (型正是建立在上式真實接觸面積的計算基礎(chǔ)上的。引入黏著磨損系數(shù) K，經(jīng)過計算，即可寫成下式表示： = （式 式中： V磨損體積； K黏著磨損系數(shù)； P載荷； L滑動距離； H材料的硬度。 （ 3）疲勞磨損的失效分析 關(guān)于疲勞磨損的機(jī)制，大量實驗表明，表面接觸應(yīng)力的關(guān)系： 常數(shù)= （式 式中： m與材料和與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)的常數(shù)。 疲勞磨損是由于交變應(yīng)力的作用使材料表面疲勞而使其從表面脫落的現(xiàn)象。最后在2 織機(jī)凸輪的功能及磨損失效分析 15磨損表面形成點坑，也稱點蝕。不同于黏著磨損和磨粒磨損，即使是在良好的潤滑條件下，疲勞磨損一般是不可避免的。疲勞磨損有分為宏觀疲勞磨損和微觀疲勞磨損。宏觀疲勞磨損是指發(fā)生滾動接觸或滾滑接觸時的疲勞磨損，而后者宏觀疲勞磨損指發(fā)生于滑動接觸時的磨損，凸輪機(jī)構(gòu)的磨損一般是宏觀疲勞磨損。疲勞磨損一般經(jīng)歷兩個階段：裂紋的萌生和裂紋的擴(kuò)展。 一般來說， 對于潤滑良好且材質(zhì)均勻無損的純滾動接觸表面，裂紋的萌生多發(fā)生在次表面層最大剪應(yīng)力處，裂紋的擴(kuò)展比較緩慢，其損傷斷面的顏色比較有光澤。對于滾滑接觸表面，由于滑動摩擦力的作用，裂紋萌生的位置將移近表面。在潤滑不良，表面有傷痕的情況下，裂紋將起源于表面，然后裂紋沿與滾動方向成 2030的方向向表層下擴(kuò)展，最后斷裂形成凹坑。對于經(jīng)過表層強化處理的機(jī)件，裂紋往往起源于表面硬化層和芯部的交界處。裂紋的發(fā)展一般先平行于表面擴(kuò)展一段后，再垂直或傾斜于表面向外擴(kuò)展。損傷形式先是小的麻點，繼而即大塊剝落46。 少凸輪磨損的一些措施 （ 1）研究表明，根據(jù)凸輪的受力特點、工作環(huán)境、精度要求等因素選擇合適匹配的材料，可有效減少凸輪的磨損。 （ 2）選用常用耐磨材料有金屬材料、高分子材料、合金材料涂層以及陶瓷，可以有效提高凸輪表面的硬度和耐磨性。 （ 3）潤滑是減少磨損的有效手段，凸輪在工作過程中，須保持較高的清潔度和足夠潤滑，應(yīng)定期檢測機(jī)油質(zhì)量，及時過濾或者更換，防止柴油、水等其他雜質(zhì)混入機(jī)油中。 結(jié) 本章首先比較了織機(jī)中一般連桿機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)，闡述了凸輪在織機(jī)中所發(fā)揮的重要作用及對整機(jī)性能的影響。然后通過對機(jī)織凸輪失效原因的分析，從宏觀和微觀方面探討了凸輪失效的方式和機(jī)理。主要失效形式為接觸面的磨粒磨損、黏著磨損和疲勞磨損。由此可以推斷：選擇合適的匹配材料、增加潤滑和合理的機(jī)構(gòu)設(shè)計是減少凸輪摩擦磨損的有效手段。 3 金屬材料的摩擦磨損特性探討 163 金屬材料的摩擦磨損特性探討 磨損，伴隨著摩擦產(chǎn)生，是個相當(dāng)復(fù)雜的過程，它涉及機(jī)械、物理、材料、化學(xué)等許多學(xué)科。按磨損類型分，磨損一般可分為黏著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損和疲勞磨損。零件在摩擦過程中，所受磨損往往不是單純一種磨損形式，而是幾種磨損結(jié)合在一起的復(fù)雜過程