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1、机械密封资料机械密封的工作原理 机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。 常用机械密封结构 机械密封一般由静止环（静环）1旋转环（动环）2弹性元件3弹簧座4紧定螺钉5旋转环辅助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元件组成，防转销7固定在压盖9上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿还。 机械密封中流体可能泄漏的途径有A、B、C、D四个通道。 C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封，当端面摩擦磨损后，

2、它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。因此，这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。 A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。因此，对密封端面的加工要求很高，同时为了使密封端面间保持必要的润滑液膜，必须严格腔制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的润滑液膜，会加速端面的磨损；压力过小，泄漏量增加。所以，要获得良好的密封性能又有足够寿命，在

3、设计和安装机械密封时，一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围。 机械密封与软填料密封比较，有如下优点： 密封可靠在长周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量很小，按粗略统计，其泄漏量一般仅为软填料密封的1/100； 使用寿命长在油、水类介质中一般可达12年或更长时间，在化工介质中通常也能达半年以上； 摩擦功率消耗小机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%50%； 轴或轴套基本上不受摩损； 维修周期长端面磨损后可自动补偿，一般情况下，毋需经常性的维修； 抗振性好 对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感； 适用范围广机械密封能用于低温、高温、真空、高压、不同转速，以及各种腐蚀性介质和含磨粒

4、介质等的密封。机械密封安装使用说明 请仔细阅读本说明，为正确使用机械密封产品，有必要掌握基本的有关知识，请注意职业安全及正常使用的规则与规定。任何安装及维护之前应确保系统已经关闭并处于无压及冷却状态。 1安装机械密封的轴或轴套台阶处必须有3X100倒角；密封压盖的密封环座孔端部必须有1.53X200倒角,并应去除其倒角锐边和毛剌。（参见DIN24960或JB4127） 2在安装机械密封时,须检查各零件的表面质量,特别是动， 静环的密封端面有无碰伤,划痕等,如有损坏,必须进行修复或更换.零件表面必须清洗干净,并在动静环密封端面上涂一层油. 3在安装橡胶密封元件的部位,可涂油润滑.但须特别注意的是

5、:乙丙，丁基等橡胶密封元件不能与油或脂接触,在这种场合,推荐使用肥皂液润滑. 4在安装聚四氟乙烯V形密封圈时，其V形开口必须面对介质，封液压力方向。 5在安装单向转动（即并圈或钩弹簧传动）的机械密封时,尤其要注意弹簧的旋向,其旋向应使弹簧越旋越紧.从机械密封的静环端往动环看,来确定轴的转动方向:顺时针方向为右旋;逆时针方向为左旋. 6在安装机械密封的紧定螺钉和密封压盖连接螺钉时,每组螺钉应均匀拧紧. 7在安装过程中切忌敲击密封元件,并避免过分用力以免损坏零件. 8机械密封安装就绪之后,应按轴的旋转方向盘动,视其转动是否灵活.若有异常时,必须检查，调整. 9在设备启动前,应保持密封腔内充满液体介

6、质或封液。若有单独密封循环保护系统者,应先期启动.但在停车时,密封循环保护系统应滞后关闭. 10当使用双端面机械密封时,必须确保封液循环,且封液压力必须大于介质压力0.1-0.2MPa. 静环形式汇总表1 浮动式长静环带防转销，最大量使用的一种形式：国内各厂家中型密封均在采用，可用多种材质博各曼：G9 DIN24960克兰： BP DIN24960 248*DIN24960中国： JB1427标准用。SEALOL：D（DIN24960） 2 块状静环：方便安装的形式，用于轻型密封博格曼：G60（DIN24960）克兰：N（英制）和TYPE6等中国：BIA， EX等采用。SEAL：B 3 浮动式

7、短静环：方便安装的形式，不能承受较大扭矩博格曼：G4，G6（DIN24960）克兰：N（英制）和TYPE6等中国：BIA， EX等采用SEALOL：SBT 4 槽式静环，工作参数较高时可带防转销。克兰：W5 双凸台（单凸台）静环：外装式机械密封广泛采用的静环形式。克兰：V，U，（10T，10R用）中国：152，212，WB2等用 6带冷却装置的静环。博格曼：G15，克兰：CE 7 高参数密封用静环日本皮拉，依格公司典型产品。密封材料一、 摩擦副组对材料（动静环） （1） 为保证密封摩擦副具有长久的使用寿命和密封性能，在选用摩擦副材料组对时，应注意以下几项原则： 耐磨性强,耐腐蚀性好,机械强度高

8、,良好的耐热性和热传导性能, 摩擦系数小且有一定的自润滑性,气密性好,易成型和加工. （2）种类: 1碳石墨 （CARBON） 碳石墨是用量最大,适用范围最广的摩擦副组对材料. 因为它具有下列特性:具有良好的自润滑性和低的摩擦系数;耐腐蚀性能良好;具有良好的耐温性能;导热性好且具有低的线膨胀系数;组对性能好;易于加工. 机械密封用碳石墨材料大致分为如下几类: 焙烧石墨（车制石墨） 从某种意义上讲，焙烧石墨分为硬质石墨和软质电化石墨。所用浸渍物有三大类：有机树脂、无机物和金属。表3-27和表3-28为机械密封用碳石墨的牌号和性能。 树脂结合石墨（热压石墨） 它是将烧结后的石墨粉碎，以酚醛树脂或环

9、氧树脂等作粘结剂，混合后经压制烧结成制品。它的导热性较差，线胀系数大；适用于大批量生产，成本低廉；主要用于汽车冷却水泵、家用电器等低负荷的密封。 热解石墨 国产热解石墨是用丙烯等碳氢化合物在高温下经热解，使碳蒸气渗透到碳石墨坯体的气孔中，起堵孔作用，开成高密、少孔、低透气性的纯碳石墨材料。适用于高温、强腐蚀工况。同于它不适于批量生产，故成本较高。 2硬质合金（TUNGSTEN CARBIDE） 硬质合金具有很多优异性能，如高硬度、耐磨损、耐高温、线膨胀系数小，摩擦系数低和 组对性能好等综合优点，是机械密封不可缺少的摩擦副材料。 常用的硬质合金材料有： 钴基硬质合金 钨钴合金是以碳化钨为主体，钴

10、为粘结相所组成的合金，用粉末冶金 方法压制烧结而成。基耐磨性比最好的高速钢高1520倍，热导率高12倍。但易氧化，耐腐蚀性能差。国产主要牌号有YG6，YG8，YG15。 镍基硬质合金 是以碳化钨为主体，镍为粘结相所组成的合金，用粉末冶金方法压制烧结而成。耐腐蚀性好，但强度仅为钴基硬质合金的7080%。国产主要牌号有YWN8。 镍铬基硬质合金 耐腐蚀性好，强度及硬度高，并且具有无磁性的独特性能。国产主要牌号有W7。 堆焊硬质合金 堆焊硬质合金有钴基和铬基两种，用作机械密封摩擦副环以前者居多。国外根据这类合金具有光泽的特性命名为“Stellite”（司太立特）。由于它的硬度不高且不均匀，所以耐磨性

11、较差，因而泵用机械密封已很少采用；但在PV值不高的釜用机械密封中，仍然占有重要地位。 另外还有钢结硬质合金，RC硬质合金和碳化铬硬质合金。 3 工程陶瓷（CERAMIC） 工程陶瓷具有极好的化学稳定性，硬度高，耐磨损，是耐腐蚀机械密封理想的摩擦副组对材料。但工程陶瓷共有的缺点是抗冲击韧性低，脆性大。 机械密封用工程陶瓷有：氧化铝陶瓷、氧化铝金属陶瓷、铬钢玉陶瓷、碳化硼陶瓷等。 氧化铝陶瓷 根据纯度不同分为99瓷和95瓷，其性能的差异主要为99CE抗弯强度高，硬度高，热膨胀系数小。 氧化铝金属陶瓷（黑瓷） 氧化铝基金属陶瓷是在Al2O3中添加了少量的金属元素而构成。金属陶瓷成分中，Al2O3含量

12、为88%92%，余量为Fe、Cr、Ni等。其硬度在HRA8488之间。陶瓷中加入金属可改善其热导率，降低脆性，但耐腐蚀性有所下降。目前主要用于批量较大的汽车冷却水泵以及潜水泵的机械密封上。 喷涂陶瓷 等离子喷涂技术及其耐磨耐蚀陶瓷涂层是国外70年代用于机械密封的新技术和新材料。Cr2O3陶瓷涂层具有硬度高，耐磨、耐蚀等优点。但开口气孔多。喷涂陶瓷密封环的组对材料多为碳石墨，碳石墨的硬度低于70HS为宜。这组配对材料使用的pv值较低，使用温度应在200以下，广泛用于醋酸等有机介质。 4碳化硅 （SILICON CARBIDE） 碳化硅陶瓷是继上述各种陶瓷之后开发的新型陶瓷。它重量轻、比强度高、摩

13、擦系数小、抗辐射性能好，具有一定的自润滑性、组对性能好、化学稳定性和耐热性以及热传导性能都很优异。碳化硅是一种脆性材料，抗机械冲击性较差。 由于制造工艺不同,SiC制品的性能有差异.目前有4种类型: 反应烧结SiC 它是SiC+Si组成的致密烧结体。反应烧结SiC中含有10%20%的游离硅，游离硅是材料中的无用物，不耐强碱和氧化性介质的腐蚀。反应烧结SiC的优点是制品的收缩率小，耐热冲击性好，因而适用于批量生产，成本低。 无压烧结SiC 它是采用超细SiC粉加适量的添加剂，粘结剂压制成型，然后在200022000C的温度下烧结而成。适合用于数量少，规格品种多的机械密封环。 热压烧结SiC 它由

14、粒度1m的SiC粉加上适当的添加剂，装入石墨摸具内，在200021000C的热压炉内加压（3050MPa）制成。它是SiC中化学稳定性最好的一种。这种SiC用作耐腐蚀密封摩擦副环性能最好。 气相渗透SiC 它既具有碳石墨的优点，又兼有碳化硅的特性，因此是一种有前途的碳基复合材料。 5金属材料 主要有合金铸铁，铜合金，不锈钢。有一定的强度与硬度，但耐腐蚀差，因此不能用于水类液体和药液，通常用于低负荷，油类液体。 6用作摩擦副的材料还有填充聚四氟乙稀，酚醛夹布塑料以及橡胶等。二、 辅助密封圈材料 机械密封用辅助密封圈要求具备以下性能： 良好的弹性，硬度合适且压缩永久变形小；耐高，低温的老化性能好；

15、 与介质相容，不易产生溶胀，溶缩，分解和硬化； 较小的摩擦系数，耐磨耗和一定的抗撕裂强度。 1丁腈橡胶（NBR） 丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈在悬浮液中聚合所得的共聚物。 2氢化丁腈橡胶（HNBR） 性能优于NBR，使用温度范围为-40+1500C，耐油性比NBR好，耐硫化氢比氟橡胶好。 3氟橡胶 氟橡胶是含氟的高聚合物。国产氟橡胶主要有两种型号。氟-23型相当于国外凯尔-F（Kel-F）型；氟-26相当于国外维通（VITON）型。氟橡胶具有优越的耐高温，耐油，耐高真空和耐腐蚀性能，但不宜在酮类和酯类溶液中使用，且耐寒性不良，压缩永久变形大。 4乙丙橡胶 乙丙橡胶是由乙烯与丙烯聚合而成，分为二元

16、和三元共聚物。我公司主要用三元乙丙胶（EPDM） 5硅橡胶（SILICON RUBBER） 硅橡胶是由有机硅和碳氢化合物合成的。具有良好的高低温性，有较小的压缩永久变形，以及优良的介电性能。其缺点是在常温下的撕裂强度和耐磨性比其它胶种差，不适用于低苯点的矿物油，在高压水蒸气中会首先产生分解。 6聚四氟乙烯 （PTFE） 有较大的使用温度范围（-1502500C）；极低的摩擦系数和自润滑性，表面不粘结，化学稳定性好。唯一能侵蚀这种塑料的是熔融碱金属和处于高温，高压下的氟。在负荷作用下，任何温度下都会产生蠕变，超过3430C时，则会分解产生毒烟。 7用作辅助密封圈的其它橡胶材料还有氯丁橡胶（CR）

17、，丁基橡胶（HR），氯醇橡胶等 8用作辅助密封圈的其它材料还有填充聚四氟乙烯，柔性石墨，石棉以及橡塑复合材料等。主要用于高温场合。三、 弹性元件材料 弹性元件是机械密封的加载元件，因此，要求材料强度高，弹性极限高，耐疲劳，耐腐蚀以及耐高低温。 1弹簧 压缩螺旋弹簧是机械密封中使用最普遍的加载弹性元件。机械密封用弹簧大都用不锈钢制造。目前我公司材质主要为不锈钢弹簧SUS304和SUS316一般用于制造耐腐蚀，耐高低温的弹簧。SUS316的耐腐蚀性比SUS304要好。 65Mn（铁弹簧）：表面电镀，强度高，性能好，适于作一般工况的或密封用； 2波形弹簧 机械密封用波形弹簧，通常用薄钢带制造。一般材

18、质为SUS302，SUS316，PH15-7Mo。 3金属波纹管 金属波纹管分两种：焊接波纹管和压力成形波纹管。用于焊接波纹管波片的材料，按腐蚀程度为有三个级别：一的沉淀硬化不锈钢AM-350，中等级别的INCONEL-X-750（因科镍合金）和钛合金，高级的是Hasterlloy C-276（哈氏C合金）。四、 其它结构件材料 机械密封中的其它结构件用材料，除应满足机械强度要求外，还要求耐腐蚀。 目前我公司材质主要为SUS304和SUS316，还有A3（电镀）以及Cr钢。汽车水封介绍一、汽车密封的结构特点： 1分体式等同于约翰克兰6A型是一种泵用压配合面型轴封受弹簧力作用的密封一部份是静环，

19、另一部份是动环。主要用于力功章循环象，开泵和游泳池过滤泵小型特轴设备，以高速式振动的主要因素的场合广泛用于汽车工业和一般工业设备。 2组合式等同于克兰6A型组合式密封，其结构特点是密封可迅速方便地安装在生产线上，密封与外壳上的孔进行压配合与轴相连，也是静止式的密封，零件折卸十分简单，主要用于引擎水泵，高速或振动性小口径转轴式设备。 适用介质水、油、液压流体和普通流体 二、机械密封的材料选择 机械密封有若干个零件组成，其用材是按零件所起的作用，机械结构的需要和使用条件来选择的，所用材料大约可分为四大类：即磨擦副材料、辅助密封材料、加载弹性元件和其他结构件材料。 1磨擦副材料 从某种意义上讲，摩擦

20、副组对是对材料力学性能，化学性能，摩擦特性的综合应用，为保证摩擦副有长久的使用寿命和良好的密封性能，在选择摩擦副材料的组对时，应注意的原则： 2耐磨性强、指标之最重要的就是使用寿命长，磨耗少寿命即长。 3耐腐蚀性好，不应产生有碍于端面滑动特性的反应生成物，腐蚀磨损的结果会降低寿命，同时腐蚀为增大端面间的间隙，使介质泄漏量增加。 4机械强度高，为避免产生强度破坏和端面变形必须选择具有一定机械强度的材料。 5良好的耐热性和热传导性能，摩擦热会给摩擦副的磨损带来不利影响，为防止摩擦副的热应力大于材料的许用应力，利于端面间的液膜维持，端面材料必须具有良好的耐热性和导热性。 6摩擦系较小且有一定的自润滑

21、性，摩擦系数直接影响到摩擦热的大小，在许多情况下，摩擦端不是处于充分润滑状态，因此必须考虑到这二个因素来选择适当的摩擦副组对。 7气密性好，密封材料组织要紧密，无孔隙，不渗漏是密封的良好先决条件。 8易成型加工：有利于减少成本，保证加工精度。迄今无一种材料能同时满足上述各项要求，选材应针对影响密封性能的主要因素并以合理的结构设计来弥补其材料本身的不足，以尽可能满足密封的要求。 一般组对材料性能 1Al2O3 Aex0 99% 抗变强度Mpa 硬度HRA 导热系数W/M . K 热胀系数10-6/ Al2O3 95 3.35.5 8890 16.7 5.3 2.32.7 8588 16.7 5.

22、8 还有加金属，改善其导热率，降底脆性，一般用批量较大的汽车水泵 SiC 反应烧结 无压烧结 密度g/m3 2.93.1 3.03.2 抗弯强度mpa 300450 350500 mpa 抗压强度mpa / / 硬度HRA 88 90 弹性模量Gpa 350-420 300-450 热量率W/(m.k) 40 50-82 热膨/胀系数10-6/ 44.5 44.5 碳石墨用量最大适用范围最广的摩擦组对材料，它是有下列特性。 具有良好的自润滑性和低的摩擦系数。 ?耐腐蚀性能良好。 具有良好的耐温性能。 导热性好具有低的线胀系数。 组对性能好。 易加工。 分类：树脂粘石墨，是以酚醛树脂或环氧树脂导

23、作粘结剂与石墨混合，经热压而成的不透气性石墨，它的导热性较差，线胀系数大，适合大批量生产，生产成本低廉，主要用于汽车汽冷却水泵，家用电器等低负荷密封。 碳石墨（浸渍石墨）碳石墨环经树脂浸渍固化处理后的不透性石墨。 典性性能（树脂浸渍石墨） 密度1.651.85 抗弯强度55656mpa 抗压强度 90240mpa 硬度HS5595 线胀系数4.5 6.510-6/ 使用温度在200 2辅助密封材料 机械密封辅助密封圈要求具有以下性能： 良好的弹性、合适的硬度及小的压缩永久变形 耐高低温，老化性能好 介质的相容性好，不易产生溶胀、溶缩、分解老化和一定的抗撕裂性。 实际上，任何一种材料都不能完全具

24、备上述所有性能，因此还要根据具体使用条件采用不同的结构，加工方法，配合尺寸和材料的配方来加以解决，目前辅助密封圈所使用的材料主要有高分子弹性体如各种橡胶、塑料、如聚回氟乙烯，如石棉、碳纤维、元机材料、如铜、铝、不锈钢、银等。 引擎水泵主要采用合成橡胶 在高分子材料中，以橡胶的弹性和柔韧性最好，用在密上在很小的外力作用下就能与相对应的密封面良好的密合，在接触面上保持有效的密封作用，运转中还能使机械密封具有良好的缓冲性和浮动性，可有效的调整其组件的偏斜度。 常用橡胶材料有以下几种： （1）丁睛橡胶（NBR） 丁睛橡胶（NBR）是由丁二烯与丙烯睛在悬浮液中聚合所得的共聚物，耐石油基油、耐碳氢化合物，

25、耐水性随丙烯睛含量增加而提高，但低温性能及真空情况下的透气性能则随之下隆，要求耐油性好的场合以采用高丙烯睛含量的胶，低温工况采用中丙烯睛含量，丁睛胶是不饱和极性橡胶，故不溶于非极性的矿物油或动植物油中，但耐光性差易受臭氧的侵害。 氢化丁睛胶（HNBR）其性能优于丁睛橡胶（NBR）其使用范围为-40+150，耐油性比NBR更好，耐硫化氢性能比氟橡胶好，在200蒸气中使用仅次于乙丙橡胶。 （2）氟橡胶，氟橡胶是含氟的高聚合物，如凯尔F（kee-f）型，中国为氟23型，中国产F26相当于维通（V.TON）型，氟橡胶具有优越的耐高温，耐油，耐高真空和耐腐蚀性能。 但不宜在酮类和酯类溶液中使用，且耐寒性

26、不良，压缩永久变形大和高温强度低。 3乙丙橡胶，乙丙橡胶是由乙烯与丙烯聚合面成，分为二元和三元共聚物。它特别耐磷酸酯系液压油、酮醇溶液和酸、碱同时又 耐高压水蒸气，耐侯性及耐臭氧性好。但在矿物油和二酯系润滑油中膨胀大，因此不能在这些介质中使用。 以上三种主要用于汽车水泵，其他不一一讲述。 设计要点： 机械密封的性能主要取决于主密封起主密封作用的密封端面是由一层极薄的（一般厚度为0.00010.0006mm）流体膜来润滑，以保证其正常工作，而这又取决于这对摩擦端面的摩擦状态，因此对端面的力学分析极其重要。 （1） 环带的面积A A（D2d2）/4 （2） 弹簧的比压PS=FS/A Fs=工作高度

27、的弹簧力 （3）流体压力的作用面积Ae，指流体压力作用在补偿环上，使之对非补偿环趋于闭合的有效作用面积Ae=/4 （d22- db2）d6滑移直径，或波纹管的有效直径。 （4）密封流体压力作比压Pe，指流体压力施加到密封环带单位面积上的力Pe=PAe/A P=流体压力 （5）载荷系数，指密封流体压力作用在补偿环上，使之对于非补偿趋于闭合的有效作用面积Ae与密封环带面积A之比K= Ae/A ，K1时为非平衡型，1时为平衡型。 （6）平均流体膜压力Pm,Pm=（aprdA） A (指密封端面间流体膜的平均压力，Pr指在半径 r处密封端面上的流体膜压力。 （7）反压系数入= pm/p 对于水，入=0

28、.5 （8）闭合力Fe，指由弹簧力FS和密封流体压力P等引起作用于补偿环上使之对于非补偿环趋于闭合能力。 Fe=PeA+PsA（Fsr+Fi） Fsr摩擦力 Fi惯性力 稳定工作下不考虑摩擦力和惯性力 Fe=PeA+PsA （9）开启力指作用于补偿环上使之对于非补偿环趋于开启的力。 F0=入 PsA （10）端面比压，指作用在密封环带上单位面积上净闭合力Fe= = PS+P(K-入) 使用要点 对泵的要求； （1）轴径向跳动0.03mm （2）轴与密封腔内周围与止口外园的同轴度要求0.02mm （3）轴与密封腔端面的重直度要求0.05mm （4）轴向窜动量 0.1mm （5）运行中轴跳动不超过

29、振幅 10um 失效分析： 引起密封过早失效的因素很多，如设计和制造中的问题，选型或安装不当，以及设备本身存在的问题。因此应针对具体情况，分析失效原因采取相应措施。 泄漏是机械密封失效的主要表现形式。在实际工作中，重要的是从泄漏现象分析机械密封产生泄漏的原因。而作为内装式的引擎泵密封，只能见到来自非补偿环的外周或内周这就给分析工作带来一定的困难。 1首先对机机密封的泄漏通道进行一般性的分析，通道一般为（1）摩擦副端面之间（2）补偿环辅助密封之间（3）非补偿环辅助密封处（4）机体与密封座之间（5）轴套与转轴之间（6）摩擦副本身的泄漏通道。 2从摩擦副材料分析，用作摩擦副的材料虽然很多，然而确定密封摩擦副的合适组对材料并非容易。从组对材料的相容性，耐磨蚀性等角度出发，往往要通过大量的台架试验，以及现场应用的经验积累，才能确定摩擦副的优化，此外还要通过合理的结构设计才能充分发挥材料的优异性能。 3从磨损痕迹分析，磨损痕迹可以反映运动情况和磨损情况，每一个磨损痕迹都可以为故障分析提供有用线索，例如：摩擦副、磨损痕迹均匀正常，各零件配合良好，这就说明机器具有良好的同轴度，如密封端面仍存泄露就可能不是由密封本身问题引起的，当端面出现过宽的磨损表明机器同轴度差，机器每转一转密封件都要作轴向位移和位向摆动，显然每一次转动中，密封端面都趋于产生轻微的分离和泄漏，造成过宽面磨损的原