高频循环载荷下球面滑动副摩擦学特征研究

试验研究了高频循环载荷对重型差速行星齿轮与球形垫片组成的球面接触副摩擦学性能的影响. 通过激励不同质量弹簧振子产生极限幅值不同的高频循环载荷，利用离散小波变换分析摩擦力曲线，并对磨损过程和垫片磨痕进行观测. 研究表明:摩擦力低频信号成分可表征高频循环载荷下滑动副的实时摩擦状态和变化趋势；幅值过高的高频循环载荷易导致球面垫片发生疲劳磨损、犁沟磨损、材料塑性流动和变形等多种磨损类型；激励作用对球面配副的摩擦学特征影响显著，易破坏摩擦副摩擦状态的稳定性，可以通过降低瞬时高频载荷幅值和激励强度改善球面滑动副的摩擦学性能.      

电接触材料摩擦学研究进展

电接触材料在生活生产应用中发挥着重要的作用，但其面临着较为复杂的摩擦磨损问题，因此对电接触材料的研究至关重要. 文章从摩擦学角度出发，综述了当前几种常见的铜基、银基和金基电接触材料的特点以及存在的问题，分析了不同接触载荷、电流和滑动速度等条件下电接触材料的载流摩擦学行为、载流摩擦磨损机制、计算模拟研究以及当前还存在的问题. 提出未来应发展石墨烯等性能优异的新型电接触材料以及加强对多因素耦合作用下电接触体系的摩擦磨损行为和失效机制的研究，这将为未来电接触材料摩擦学的研究发展提供一定的参考价值.      

丝径对316L不锈钢丝摩擦磨损行为的影响

为探究金属橡胶微丝的最适直径,研究了不同载荷和速度条件下,金属橡胶不锈钢丝丝径对其小位移摩擦磨损行为影响的规律及机理,建立了磨损深度与丝径之间的定量关系来评定丝径对不锈钢丝摩擦磨损行为的影响. 结果表明:相同载荷、速度条件下,不同丝径实际接触面积的不同导致不锈钢丝的磨损深度随其丝径的增大而减小,且磨损深度随丝径的变化规律呈多项式曲线规律;而摩擦系数与其实际接触形貌和磨屑运动状态有关,不同的磨损状态导致了摩擦系数随丝径的增大而增大;探究表明改变载荷和速度并不影响丝径对不锈钢丝摩擦磨损行为的影响规律;但由于粗丝径试件间实际接触面积的稳定性,使得载荷和速度对粗丝试件的磨损深度、摩擦系数的影响要明显小于对细丝试件的影响.      

氮化钒(VN)涂层在不同载荷下的摩擦磨损行为

采用真空阴极电弧离子镀方法制备氮化钒(VN)涂层，并研究了VN涂层的结构、力学性能以及不同载荷对摩擦磨损行为的影响. 结果表明:VN涂层结构致密并呈柱状方式生长，其晶体类型为NaCl-型面心立方结构. 涂层具有强的膜基结合力以及良好的摩擦学性能. 随着载荷增加，VN涂层的摩擦系数降低，而磨损率增加. 基于赫兹弹性接触模型以及摩擦产物的成分分析结果，发现载荷越大，界面接触应力越大，界面摩擦化学反应越剧烈，这有利于降低剪切应力并促进V元素氧化生成V₂O₅润滑相，导致摩擦系数降低. 此外，因韧性不足、抗塑性变形能力弱等原因，随载荷增加，涂层磨损率增大.      

载荷对304不锈钢微动磨损性能的影响

采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机,研究了在干摩擦和水介质润滑条件下,载荷对304不锈钢微动磨损行为的影响,用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱(EDS)对磨损表面形貌和成分进行分析.结果显示:载荷和介质对微动摩擦行为和磨损机理有显著影响.在干摩擦下,载荷明显改变了微动运行区域,当载荷增大到50 N时微动运行区域由滑移区变为部分滑移区.摩擦系数和磨痕深度随着载荷的增加依次减小.磨损机理由黏着、磨粒和氧化磨损转变为局部疲劳和轻微氧化.同干摩擦相比,由于水介质的润滑和冷却作用,表面黏着被抑制,摩擦系数显著减小,两接触面间易滑移,部分滑移区消失.随载荷的增大磨痕深度增大,因腐蚀与磨损的交互作用,在海水中的磨痕深度比去离子水中略大.磨损机理主要为磨粒磨损和轻微的腐蚀磨损.     

基于ARCHARD磨损模型的WR-CVT非连续接触钢丝绳磨损研究

针对WR-CVT (Wire rope continuously variable transmission)弯曲段钢丝绳更易磨损问题,以6×7+IWS (Merallic wire strand core)钢丝绳为研究对象,基于Archard磨损模型结合自适应网格技术,建立WR-CVT钢丝绳非连续接触磨损有限元模型,研究磨损对钢丝绳接触压应力以及滑移幅值等接触参量的影响,并进行了试验揭示磨损机理.结果表明：随着磨损的作用,钢丝间接触区域不断增大.最大磨损深度出现在钢丝绳与绳槽边缘接触处,此处钢丝接触压应力较磨损前显著减小,滑移幅值和磨损深度在不断增大,接触压应力集中点沿钢丝轴向不断移动,接触区域形貌逐渐形成扁平状,磨损机理为磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损.     

缠绕提升钢丝绳绕入冲击摩擦特性研究

为掌握多层缠绕提升钢丝绳层与层之间滑动摩擦磨损特性,在自制缠绕式矿井提升机钢丝绳层间摩擦试验台上,以6×19热镀锌钢丝绳为研究对象,对不同载荷、滑移速度、冲击速度下钢丝绳滑动摩擦磨损规律及接触区域温升变化规律进行试验探究.研究结果表明:摩擦系数变化分为快速增长阶段、过渡阶段、稳定阶段;摩擦系数随载荷增加小幅减小,随滑移速度增大总体呈降低趋势;缠绕钢丝绳滑动摩擦温升集中于接触区域,最大温升受滑移速度影响明显,随速度增加而增大;冲击摩擦系数明显低于稳定滑动摩擦系数,最大冲击摩擦系数随冲击速度、滑移速度增大而增大,随着冲击载荷增大出现多次冲击摩擦.     

润滑条件下菱形孔织构端面摩擦学特性研究

应用UMT-3型多功能摩擦磨损试验机和自制的磨损测试试验台,考察供液充分条件下菱形孔的尺寸、形状、排布方式及深度对摩擦系数的影响和机理分析.结果表明:具有合适孔型和孔深的菱形孔织构端面,可极大地改善摩擦副的润滑性能,能够有效地降低摩擦系数.在研究的工况条件下,双向双列倾斜菱形孔和孔深为10μm的菱形孔,具有较好的摩擦学特性;某些类型的织构端面在进入流体动力润滑阶段后,摩擦系数随Herscy数的增大产生波动,而非增大的趋势,这是因为在滑动面间能够产生空化,而空化区的气液边界处将产生界面滑移,空化区越大,滑移长度越长,滑移效应增强,则减摩性越好,从而导致摩擦系数减小.     

类金刚石薄膜的微动行为研究

微动磨损是1种极具隐蔽性和危害性的磨损形式，目前一般通过固体薄膜或流体润滑剂来进行防护.类金刚石碳基(diamond-like carbon, DLC)薄膜具有良好的摩擦学性能，因而广泛应用于各种润滑.探索DLC薄膜的微动行为对预防和减轻机械微动损耗至关重要.本文作者通过调控法向载荷和位移幅值，开展了DLC薄膜的微动摩擦试验，探究二者对DLC薄膜微动摩擦行为的影响，并结合各种表征手段研究薄膜损伤情况及磨损机理.结果表明：在微动试验中二者的大小会直接影响微动接触状态；微动磨损在部分滑移区和完全滑移区的磨损机理不同；施加的载荷和位移幅值调控着摩擦界面的氧化程度、碳质转移膜形成及DLC薄膜石墨化程度，从而决定了DLC薄膜的减摩耐磨机理.此工作为DLC薄膜在实际微动工况中的应用提供一定理论依据.     

马氏体钢干滑动磨损纳米梯度结构的形成机理研究

采用SFT-2M销盘式摩擦磨损仪对马氏体钢进行干滑动磨损试验. 通过扫描电镜、透射电镜和显微硬度计对滑动磨损后的显微组织进行了表征. 结果表明:显微组织的变化随着接触载荷的不同，受到不同磨损机制的主导. 在相对较低接触载荷下，马氏体板条在磨粒磨损机制下发生弯曲；在高接触载荷下，马氏体板条在黏着磨损机制下形成梯度结构. 滑动磨损引发大量塑性变形，在材料内部产生高位错密度的几何必要边界(GNBs)和伴生位错边界(IDBs)，导致层片结构的形成. 随着这两种边界数量的增大，层片间距减小，晶粒被分割为更小的晶粒，最终形成纳米层片结构.      

基于载荷谱的凸轮机构关键摩擦副优化研究

通过台架试验测得凸轮机构的凸轮转动轴在实际工况下的载荷谱. 然后，结合载荷谱和机构几何尺寸进行力学分析，得到凸轮轮廓上的载荷分布. 针对机构关键摩擦副在最大载荷附近发生严重磨损的问题，以载荷分布为基础，通过UMT摩擦磨损试验机进行模拟机构实际接触情况的试样试验，探究摩擦副材料的摩擦学行为，优化摩擦副材料. 结果表明:摩擦副材料的摩擦学行为与其硬度和韧性都有关系，在韧性无较大差别时，硬度较高的材料耐磨性较强. 对于硬度较低、韧性较高的材料，摩擦时会在其表面形成黏着层，减缓其进一步磨损，但是摩擦系数较高. 试验预测在以减缓凸轮转动轴阻力增长为目的下，凸轮、滚子和滚子轴材料分别为TC4、022Cr12Ni9Cu2NbTi和07Cr17Ni7Al时，其效果最好. 后经原尺寸机构实际工况试验，验证了预测的正确性.      

微动磨损对过盈配合结构微动参量的影响

基于Archard磨损模型与Abaqus自适应网格技术建立了仿真分析过盈配合结构微动磨损的计算模型,对配合面轮廓随循环周次的变化进行了预测,并详细研究了微动磨损对接触压应力、摩擦剪切应力及微动滑移幅值等微动参量的影响.结果表明:该计算模型能够较为准确地对配合面轮廓随循环周次的变化进行预测;由于微动磨损的作用,配合边缘处接触压应力的峰值逐渐增大,且其位置逐渐向配合内部移动;摩擦剪切应力的最大值逐渐由黏着-滑移过渡位置向磨损-未磨损过渡位置移动;张开区域的宽度以及滑移区内各位置处的微动滑移幅值均随着循环周次的增加而增大.     

钢丝的微动磨损及其对疲劳断裂行为的影响研究

采用自制的钢丝微动磨损试验机考察了钢丝的微动摩擦磨损性能，随后将经过一定时间微动磨损试验后的钢丝试样在液压伺服疲劳试验机上进行拉一拉疲劳试验，进而探讨了微动摩擦系数和微动磨损深度随微动磨损试验时间和接触载荷的变化关系；并利用扫描电子显微镜分析了试样磨痕和磨屑的表面形貌．结果表明，在较大的微动振幅下，钢丝的微动摩擦系数变化幅度不大，微动磨损深度随微动磨损试验时间和接触载荷的增加而增大；微动磨损试验后钢丝试样的疲劳寿命同磨损深度成反比关系；可以将疲劳断口划分为4个区域，其同钢丝试样的疲劳断裂过程相对应．     

关节软骨模拟运动摩擦磨损行为研究

采用牛关节软骨与不锈钢摩擦副在人工膝关节模拟运动试验机上进行模拟膝关节运动的摩擦学试验研究,探讨载荷和时间对摩擦磨损行为的影响并分析其作用机理,同时对软骨表面进行分析。结果表明：随着载荷从640增至1000 N,牛软骨表面磨痕的宽度的深度均增大;在同样载荷下,随着模拟运动时间从20增至60 min,牛软骨表面磨痕的宽度和深度增大。软骨磨损表面的磨痕和破损表面检测有铁元素的存在,表明不锈钢材料在摩擦过程中发生转移。试验后得到的磨粒包括长条形的金属磨粒和圆形的软骨成分磨粒。     

主缆索股与鞍座间动态接触与微滑移机理研究

在悬索桥的服役过程中，由于桥梁恒载、风载以及车流量变化导致的动态载荷，使得鞍座两侧的主缆受到的力不平衡，从而引起主缆与鞍座间的动态接触和微滑移.当不平衡力超过主缆与鞍座间的静摩擦力，主缆与鞍座间将发生滑动，将导致悬索桥结构失稳，甚至可能造成桥梁坍塌.因此，揭示主缆和鞍座之间的动态接触和微滑移特性对增强主缆的抗滑性和确保大跨度悬索桥的稳定性至关重要.本文作者运用自制试验平台,模拟悬索桥实际服役环境中动载工况下的主缆索股与鞍座间动态接触与微滑移行为，通过开展接触摩擦试验并对接触界面进行实时监测来研究接触摩擦机理揭示了典型工况下主缆索股与鞍座间的动态接触与微滑移机理(接触状态、微滑移幅值、摩擦系数以及接触压力等).结果表明：主缆索股承受动态载荷时各个索股个体与鞍座间的接触状态存在差异，外层索股与鞍座间的接触面均为完全滑动状态，内层索股与鞍座间的接触状态为接近完全滑动状态的部分滑动状态，主缆索股整体承受较大动载时外层索股与鞍座间更容易发生完全滑动，索股间产生分层滑移现象，不同索股的微滑移幅值由内层到外层依次增大；随着加载力的增大，从内层索股至外层索股，滑移距离增长速率依次增大，从固定端到加载端...     

实现振动解耦的摩擦学行为模拟试验台设计方法

摩擦学行为研究对认识界面摩擦磨损特征，揭示摩擦自激振动产生机理及演变规律，保证摩擦系统的可靠运行具有重要意义.目前的摩擦学行为模拟试验装置由于刚性连接方式对界面摩擦振动响应的干扰，难以精确开展摩擦学行为研究和材料磨损性能评估，亟需隔离摩擦界面与机械连接部件之间的耦合振动.为此，基于气浮轴承设计了1种可实现振动解耦的摩擦学行为模拟试验台，通过锤击试验以及与非振动解耦摩擦试验机的对比试验，测定并验证了试验台振动解耦功能的有效性.锤击试验表明，未充气状态下在气浮轴承轴套处检测到多个频率，而充气状态下仅有较低的单一频率存在.摩擦学对比试验发现，随着法向载荷或往复滑移频率的增加，振动解耦试验台测得的振动加速度均方根变化率线性增加，而非振动解耦试验机的振动加速度均方根变化率呈先增后减的趋势，存在明显差异.因此，该摩擦学行为模拟试验台成功实现了摩擦界面与机械连接部件之间的振动解耦，为进一步精确探究界面摩擦学行为的影响因素和演变规律、揭示摩擦自激振动产生机理以及在对比评估不同材料摩擦磨损性能时排除摩擦学设备的影响方面提供了新的思路及有效的手段.     

氟代二酮的摩擦学特性及抗磨机理研究

采用Optimal SRV型微动摩擦磨损试验机评价了氟代二酮作为润滑油及其添加剂的摩擦学性能，并通过钢盘磨损表面的X射线光电子能谱和扫描电子显微镜分析探讨了氟代二酮的减摩抗磨作用机理．结果表明，氟代二酮的摩擦学性能受其化学结构和试验载荷的影响；烷基芳基二酮的抗磨效果最好；摩擦过程中氟代二酮在摩擦副表面发生了摩擦化学反应，形成了由化学反应膜和吸附膜构成的边界润滑膜，从而起到减摩抗磨作用．     

CF/PTFE纤维混编织物增强环氧复合材料干摩擦特性

采用碳纤维与聚四氟乙烯纤维(CF/PTFE)混编织物增强,制备了环氧树脂基自润滑复合材料,研究了钢背衬复合材料与45钢在环-环端面干摩擦状态下的摩擦学特性,考查了纤维织物、摩擦热、载荷、速度对材料摩擦磨损性能的影响,用红外热像仪、热电偶及风冷方式对摩擦副温度进行监控,用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对复合材料及偶件磨损面进行了观察与能谱分析.结果表明:与碳织物相比,混编纤维织物大大改善了复合材料的摩擦学性能,改善效果极大依赖于摩擦温度、载荷和速度参数.PTFE纤维磨损后在树脂基体及偶件表面形成减摩型转移膜层,材料表现为疲劳磨损特征.摩擦高温使复合材料摩擦学特性改变,黏结磨损加剧,偶件钢环表面出现氧化磨损,树脂基体塑性流动,摩擦力增大.混编纤维的排布方式影响复合材料的摩擦磨损性能,摩擦面上大量破碎的碳纤维易使偶件表面转移膜受到破坏,复合材料转变为以磨粒磨损为主,减摩主要源于磨屑中的润滑组分.     

航空发动机材料摩擦学研究进展

机械产品中的摩擦磨损问题不可避免,且严重影响装备性能与寿命可靠性。航空发动机是飞机的心脏,针对该类复杂机械产品的摩擦磨损问题更应得到高度重视.通过材料摩擦学行为调控,可有效减轻或排除航空发动机中的摩擦磨损问题,大幅抑制发动机功能精度衰减,提高其寿命稳定性.为系统有序地开展航空发动机材料摩擦学研究,在本文中以典型三代涡扇发动机为例,按冷端至热端结构顺序,阐述进气道、风扇、中介机匣、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷口等关键部位涉及摩擦磨损部件及材料的摩擦学服役工况、主要磨损类型和磨损机制.结合发动机整机故障分析结果,有针对性的选择4种具有代表性的航发材料作为摩擦学重点研究对象,即叶片尖端与封严涂层的高速刮擦、主轴轴承滚动接触疲劳与滑擦损伤、钛合金叶片的微动损伤、动密封装置中石墨的摩擦磨损及其寿命评价台架试验.从材料摩擦学损伤演变规律、磨损机制、耐磨功能设计和表面改性等角度综述国内外研究进展,提出航发材料摩擦学研究技术路线,即从材料级摩擦磨损实验复现航发零件磨损失效特征出发,实现基于摩擦学行为调控原理获得材料耐磨减摩功能化改进,最终采用模拟工况摩擦学实验台架验证新材料摩擦磨损性能.此外,针对新一代...     

磨损加疲劳载荷下的协同疲劳行为

自行研制的摩擦磨损装置与轴向疲劳试验机相互配合,实现GDL-1钢试样在疲劳应力(240~280 MPa)及接触载荷(30 N)作用下摩擦磨损疲劳试验.通过对磨损层厚度的分析,研究试样承受摩擦磨损载荷及拉压疲劳载荷双重作用下的疲劳寿命变化,用SEM扫描电镜观察分析次表层内疲劳裂纹扩展的演变过程,并采用Hertz线弹性理论和Smith接触理论计算分析摩擦表面以下切应力值.结果表明:在磨损疲劳载荷作用下,形变层的流变作用将显著影响疲劳小裂纹扩展方向,渐趋于切应力方向,从而提高试样疲劳寿命.在此基础上,建立了在摩擦磨损疲劳载荷下疲劳裂纹扩展模型.此外,计算可知在距表层深度0.03 mm处切应力最大,0.18 mm以内材料产生塑性变形,导致形变层的形成.