GM-3摩擦衬垫动态滑移过程中的摩擦机理研究

采用GM-3摩擦衬垫与高强度透明钢化玻璃为摩擦副,在Rtec摩擦磨损试验机上进行往复滑动摩擦试验,使用高速显微摄像仪(VW9000)对接触摩擦界面进行实时原位观测,并利用灰度法计算接触界面的实际接触面积,探究GM-3摩擦衬垫的磨损机理.结果表明:GM-3摩擦衬垫的摩擦系数与实际接触面积呈正相关关系;其初期磨损机理主要为磨粒磨损和黏着磨损,后期为疲劳磨损和黏着磨损;初期磨粒磨损会导致摩擦系数增加;卷筒状磨屑生成过程中摩擦系数变大,随后细小的磨屑聚集尺寸变大,数量变少,摩擦系数趋于稳定.     

行波型超声电机定子摩擦材料的研制及其摩擦磨损性能研究

针对超声电机的工作特性,以环氧树脂为基体,石墨、三氧化二铝和聚四氟乙烯等为填料,采用粘涂法研制出行波型超声电机定子用摩擦材料,与同种转子摩擦材料进行了对比试验研究.结果表明:所研制的定子摩擦材料在Φ60超声电机中具有良好的机械特性,工作频率明显变宽,半峰宽提高2倍左右,可以提高电机的工作稳定性;随着预压力增加,定子摩擦材料在超声振动条件下的摩擦系数降幅变小,其磨损机制主要为粘着磨损和疲劳磨损.     

外加磁场对W-20Cu/45钢摩擦副干摩擦特性影响的实验研究

以W-20Cu销/45钢环摩擦副为研究对象,采用改进后的MPV-1500型摩擦磨损试验机,研究了直流磁场对W-20Cu干滑动摩擦磨损特性的影响.利用扫描电镜观察W-20Cu销磨损后的表面形貌、纵切面组织及磨屑形貌,采用三维形貌仪表征了磨损表面粗糙度.结果表明:随着磁场的施加和增大,W-20Cu销和45钢环的磨损率及摩擦系数均有减小趋势.磁场不仅降低了W-20Cu销摩擦面亚表层的变形程度,而且能吸附磨屑并使之细化.无外加磁场时,磨损机制主要为磨粒磨损;施加磁场后,W-20Cu销摩擦面趋于平滑,磨损机制变为磨粒磨损和氧化磨损的混合磨损.     

N31型磷酸盐激光玻璃的摩擦磨损性能研究

在Rtec-MFT3000多功能摩擦磨损试验机上采用硅酸盐玻璃球作为对摩副,研究了0.2~2 N的载荷条件下N31型磷酸盐激光玻璃的摩擦磨损性能,着重讨论了载荷对该玻璃摩擦磨损性能的影响.结果显示:稳定磨损阶段的摩擦系数随载荷的增加而减小,且载荷越大摩擦系数达到稳定所需的时间越短.随着载荷的增加,N31型磷酸盐激光玻璃的磨损体积先急剧增加后缓慢增加,同时磨损机理经历从磨粒磨损为主到磨粒磨损和裂纹滋生并存最后到脆性剥落为主的转变过程.而硅酸盐玻璃球的磨损体积在给定载荷范围内随载荷的增加保持线性增加,且在所有试验载荷下的磨损机理均以磨粒磨损为主.在目前试验条件下N31型磷酸盐玻璃表面磨损区域未发生可被EDS检测到的明显的摩擦化学反应,磨屑成分为对摩副两种材料的混合体.     

690合金传热管在不同摩擦副条件下的微动磨损性能研究

采用MFF-3000电磁振动微动疲劳与磨损试验机，研究两种抗振条材料(退火405不锈钢和淬火回火06Cr13)对690合金传热管的微动磨损性能的影响，试验采用块/管线接触方式，即线接触. 试验结束后，采用OM、SEM、EDX和EPMA和三维光学显微镜对磨痕微观形貌和成分等进行分析，对比分析两种摩擦副的微动摩擦行为. 结果表明:当配副材料为405不锈钢时，690合金的磨损相对严重；工况相同时，06Cr13的磨损比405不锈钢严重，且405不锈钢的磨屑尺寸较小，06Cr13磨痕表面存在大量的剥层裂纹. 随着温度增加，磨屑增加，氧化程度加剧，磨损加剧，主要的磨损机制为磨粒磨损和剥层.      

摩擦材料应用方式对超声波电机驱动特性的影响

摩擦材料是超声波电机的关键零件,其应用方式直接影响超声波电机的驱动特性.以行波超声波电机为研究对象,将摩擦材料分别应用到转子和定子上,与相应的定子和转子组合,模拟超声波电机的接触方式,研究了超声波电机的负载和磨损特性随摩擦材料应用方式的变化规律.借助于阻抗仪测试了摩擦材料应用到定子齿面前后的阻抗特性,采用精密粗糙度仪和金相显微镜评价了超声波电机定子和转子接触界面磨损前后的形貌变化及其磨损模式.结果表明:当摩擦材料应用到定子齿面时,定子的谐振频率略微降低;当2台超声波电机空载转速相同时,摩擦材料应用到定子齿面与金属转子配副时可获得较大的堵转力矩,定子摩擦材料表面呈现抛光的磨损特征,而当摩擦材料应用到转子表面与金属定子配副时,转子摩擦材料表面呈现较严重的犁沟磨损.     

石英添加量对搪瓷涂层微观结构及摩擦磨损性能的影响

采用一次浸搪法制备石英添加量为0%、4%、8%和12%的搪瓷涂层,通过HSR-2M型高速往复摩擦试验机测试涂层摩擦学性能,SEM和EDS分别表征涂层微观组织和磨损形貌,并分析磨损机理. 结果表明:搪瓷涂层中石英添加质量分数为0%和4%时,涂层气孔率大、气孔密度低,摩擦时形成的微裂纹易沿着气孔间最短距离方向扩展,硬质磨屑转移至摩擦对偶表面而使涂层磨痕底部形成尖锐的凹槽,磨损形式主要为磨粒磨损和脆性断裂. 而石英添加质量分数为8%和12%的涂层气孔率小、气孔密度高,其中8%添加量涂层的孔径分布更加均匀,磨损率及磨痕深度仅为未添加涂层的1/3. 摩擦过程中孔径均匀的小尺寸气孔增大了裂纹扩展时所需的能量势垒而阻碍裂纹扩展,磨屑被气孔拦截后在磨损表面形成密实的堆积层,避免了摩擦对偶与涂层的直接接触而起到减摩作用,磨损形式主要为磨粒磨损.      

摩擦振动信号谐波小波包特征提取

在销-盘摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套-活塞环摩擦配副摩擦磨损试验,应用谐波小波包变换分析了不同磨损状态下的摩擦振动信号.结果表明:谐波小波包变换可提取微弱的摩擦振动特征.当磨损机制为轻微的黏着磨损时,摩擦振动信号的频谱以边频为主,没有明显的固有频率,平均幅值小;当磨损机制以磨粒磨损为主时,摩擦振动信号的频谱出现较大峰值的固有频率,但仍存在大量的边频,平均幅值变大;当磨损机制以疲劳磨损为主时,摩擦振动信号频谱的固有频率更加明显,边频显著减弱,平均幅值最大.因此,谐波小波包变换可实现微弱摩擦振动信号的特征提取.     

AISI 4340钢干滑动摩擦磨损特性研究

室温条件下,采用CFT-Ⅰ型多功能材料表面综合性能测试仪对AISI 4340钢进行了往复干摩擦磨损试验,研究了其摩擦磨损特性.采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对磨痕和亚表层进行了观察和检测,分析了磨损表面微观形貌、亚表层塑性变形和碳氧元素含量演化.结果表明:磨损形式以磨粒磨损为主,并伴随轻微黏着磨损和剥落磨损;磨损表面分布着长度、宽度、深度不一的划痕以及鳞片状和颗粒状磨屑;磨损表面出现轻微氧化,磨屑呈现不同程度的碳富集和氧化;亚表层出现明显摩擦影响层,距表层越近,塑性变形越明显,晶界角逐渐汇聚于表面,在表面处趋于平行;往复运动导致塑性变形方向不一致,磨痕中部,塑性变形向某位置聚集.     

P110油管钢表面镀Cu与镀Ni-P摩擦磨损性能的比较

在P110油管钢表面分别制备了Cu镀层和Ni-P镀层,采用SEM、EDS和STM等方法对比研究了P110油管钢基体、Cu镀层和Ni-P镀层的摩擦磨损性能,分析了磨痕形貌、磨损率和摩擦系数的异同,探讨了磨损机理.结果表明:Cu镀层和Ni-P镀层的耐磨性均明显优于P110油管钢基体,且Ni-P镀层的耐磨性优于Cu镀层;P110油管钢基体的磨痕呈磨坑形貌,磨损机理为剥层磨损和磨粒磨损;Cu镀层的磨痕表面附着Cu磨屑,磨屑受压发生塑形变形,磨损机理为疲劳磨损和黏着磨损;Ni-P镀层的磨痕呈细小的犁沟形貌,磨损机理为轻微磨粒磨损.     

超声马达转子摩擦材料磨损特性研究

利用MPX－200型销－盘摩擦磨损试验机和自制的超声马达摩擦特性模拟试验台,考察了摩擦材料在普通滑动试验和超声马达试验条件下的磨损性能,研究了接触预压紧力和负载力矩对转子摩擦材料磨损状态的影响,并借助于扫描电子显微镜和光学显微镜对摩擦材料磨损机理进行分析,指出可用绝对转差率Sf描述超声马达定子和转子相对滑动摩擦磨损程度。结果表明,摩擦材料在超声马达试验条件下的磨损状态与普通滑动试验条件下的不同,普通滑动试验时摩擦材料磨损表面形成了层状覆盖膜,而超声马达转子摩擦材料磨损表面无覆盖膜,其表面呈现犁沟磨损和疲劳剥层磨损特征,这种磨损特征随预压紧力和负载力矩变化而变化,与绝对转差率Sf有关,且存在2个临界转变区。     

超声马达摩擦学及其摩擦材料研究进展

超声马达是一种新型原动机，与普通电磁马达不同，这是一种摩擦驱动马达．为了促进超声马达的发展，对其研究中关于定子与转子界面接触驱动特性和摩擦磨损特性，超声波振动对定子和转子接触界面摩擦学特性的影响，转子摩擦材料的选择及其寿命预测等，从摩擦学角度对国内外的研究进展进行了综合归纳与评述，并且针对超声马达摩擦驱动的特点，提出了当前值得重视的一些研究内容．     

超声马达转子摩擦材料厚度对驱动性能的影响研究

制备了一系列不同厚度的摩擦材料 ,利用超声马达摩擦特性模拟试验装置 ,研究了摩擦材料厚度对超声马达空载转速和堵转力矩的影响 .基于一个简化的行波超声马达定子和转子接触模型 ,用有限元法计算了定子和转子接触变形随摩擦材料厚度的变化规律 ,提出了定子和转子具有合理接触变形的摩擦材料厚度范围 .根据试验和理论计算结果确定了摩擦材料最佳厚度 ,为超声马达摩擦材料厚度设计提供了理论依据     

Optimization of travelling wave ultrasonic motors using a three-dimensional analysis of the contact mechanism at the stator–rotor interface

The present paper investigates optimization rules and new design methodologies dealing with the contact mechanics in rotative travelling wave ultrasonic motors (TWUM). The proposed approaches focus on the design of the rotor, including the friction layer that is usually deposited onto its lower surface, while the stator is supposed to be preliminary designed. Contact aspects such as the transmission of mechanical power as well as the wear mechanism of the friction layer are investigated, according to the analysis of the stator–rotor contact mechanics in both hoop and radial directions. Considering a classical wear criterion in a preliminary step, a contact ratio, that allows the mechanical power to be optimized, is pointed out in the hoop direction. In a further step, the contact conditions in the radial direction are improved through the elastic fitting of the stator and rotor radial deflexions, therefore allowing the material's wear to be decreased. Some experimental tests, that have been recently performed, give a comparison of wear marks, which occur onto optimal and non-optimal rotor geometries. A first mechanism synthesis is finally proposed in such a way to allow the mechanical architecture of the rotor (including the friction layer) to be automatically designed according to a given set of mechanical constraints.     

一对钢－钢摩擦副摩擦磨损的原位动态研究

摩擦磨损的扫描电子显微镜原位动态研究，可以跟踪观察磨屑形成和磨痕演变的全过程，以及材料表面在摩擦磨损中变化的真实情况．在由国产台式扫描电子显微镜改装成的滑动摩擦磨损试验装置上，对１５＃钢－４５＃钢摩擦磨损过程所作的原位动态研究表明：１５＃钢在对摩过程中始终存在粘－滑现象，微切削是其主要磨损机理；１５＃钢磨痕形貌变化可分５个阶段——第１阶段出现与滑动方向垂直的横向裂纹，第２阶段产生大片状剥离，第３阶段产生小片状疲劳剥离，第４阶段产生块状磨屑并形成表面凹坑，第５阶段磨痕趋于平坦．这种滑动摩擦磨损试验装置不仅具有对摩擦磨损过程作动态跟踪观察的功能，而且可用于对摩擦学过程作准动态观察，这两种观察方法对研究摩擦磨损过程同等重要     

定子表面织构对超声电机性能的影响

针对超声电机摩擦材料磨损严重和温升高的问题，采用在定子表面加工微织构的方法，提高了电机机械特性并降低了摩擦材料磨损. 首先，用显微镜测量超声电机定子表面摩擦材料黏着区域，设计出三种不同密度的凹坑织构，采用激光的方法加工在定子表面；然后，测试超声电机负载特性、效率特性和温升特性并观察定子表面. 结果表明:3-凹坑织构定子电机空载转速最高，相比光滑定子电机高出12.1%，5-凹坑织构定子电机堵转转矩和最大效率最高，分别高于光滑定子电机13.04%和17.1%，同时电机的温升也有所降低. 通过观察定子表面发现，凹坑织构有大幅降低摩擦材料黏着的作用，这种作用可以增加电机接触界面能量转换效率，提高了电机的性能并降低了摩擦材料的磨损.