铜基粉末冶金干式摩擦副磨合过程摩擦性能研究

离合器摩擦副磨合过程对其摩擦性能有重要影响.以铜基粉末冶金摩擦片和65Mn对偶片构成的干式离合器摩擦副为研究对象,针对实车工况,制定加载工况表,利用摩擦磨损试验机(UMT-5)进行销-盘试验:引入摩擦系数采样段均值系数H和摩擦波动系数D,对磨合状态的识别进行了研究;同时分别研究了转速、压力、温度分别对摩擦副磨合进程和磨损量的影响;分析磨合过程对摩擦性能的影响;同时利用白光干涉仪观察磨合过程中的磨擦盘表面形貌,计算接触区域面粗糙度,探究磨合机理.结果表明:当摩擦系数采样段均值系数H≤0.02,且摩擦波动系数稳定在D≤0.16时,认为磨合完成.不同加载工况对磨合快慢有明显影响;与速度和压力两个影响因素相比,温度对磨合过程磨损量的影响更为显著;经历有效磨合过程后的磨擦副摩擦系数较稳定,且比未经历过磨合过程的摩擦副小35%~45%左右,同时磨损量也减小30%~40%;随着磨合时间的增加,面粗糙度初期迅速减小,后期趋于平稳.     

磨合表面形貌特征参数的提取及分析

在销-盘式摩擦磨损试验机上对船用柴油机活塞环-缸套材摩擦副进行磨合磨损试验,采用光学显微镜对不同磨损阶段的磨损表面形貌进行观察分析,应用小波分析和奇异值分解提取磨损表面统计特征的低频特征参数和高频特征参数.结果表明:低频特征参数和高频特征参数刻画了磨合表面的形貌特征,可以作为磨合表面的特征参数;低频特征参数反映了磨合表面的接触面积,其值愈大,接触面积愈大;高频特征参数反映了磨合表面的粗糙度,其值愈大,粗糙度愈小.     

摩擦力和摩擦振动的分形行为研究

在不同的摩擦磨损试验机上提取了摩擦磨损过程中摩擦力和摩擦振动的时间序列信号,采用关联维数方法研究了摩擦力和摩擦振动的分形行为．结果表明：摩擦力和摩擦振动信号具有分形特征;随着摩擦磨损过程的进行,信号分形维数的变化出现规律性的递增或递减;对于“收敛”或磨合磨损过程,不同阶段摩擦信号的分形维数趋于增大;对于“发散”的摩擦磨损过程,不同阶段的摩擦信号的关联维数趋于减小．摩擦力和摩擦振动的分形维数的变化规律同摩擦磨损过程中表面形貌分形维数的变化规律相似。     

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.     

O''-Sialon-BN复合材料的摩擦磨损性能研究

考察了 O - Sialon- BN复合材料 /普碳钢摩擦副在室温条件下的摩擦磨损性能 ,采用扫描电子显微镜观察分析复合材料试样的微结构和磨损表面形貌 ,并分析了其磨损机理 .结果表明 :室温干摩擦条件下 ,O - Sialon- BN复合材料 /普碳钢摩擦副的磨合期长达 2 0 min;经过磨合期后摩擦系数稳定在 0 .82左右 ;复合材料的主要磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损 .O - Sialon- BN复合材料具有较高的强度、硬度和断裂韧性 ,这是其具有良好抗磨性能的重要原因 .在摩擦过程中 ,O - Sialon- BN材料磨损表面形成的铁及其氧化物转移膜起一定的减摩抗磨作用 ,而 O - Sialon- BN复合材料中的 BN起一定的固体润滑作用     

磨合过程摩擦力单重分形和多重分形的研究

分别在CD40润滑油和加入添加剂的CD40润滑油润滑条件下,通过销-盘摩擦磨损试验机对船用柴油机活塞环和缸套进行磨合磨损试验,提取摩擦力的时间序列信号,应用分形维数和多重分形谱研究了摩擦力的分形行为.结果表明:摩擦力信号具有分形特征;随着磨合磨损过程的进行,信号的分形维数和多重分形谱出现规律性的变化;不同阶段信号的分形维数趋于减小,与磨损表面粗糙度的变化规律一致;不同阶段信号的多重分形谱呈现出递增或递减趋势,反映了磨损表面的动态变化过程.因此,摩擦力信号的分形维数和多重分形谱可以对磨合磨损过程进行定量分析.     

碳化硼-碳化硼摩擦副的摩擦磨损特性研究

考察了热压碳化硼-碳化硼摩擦副在室温下的摩擦磨损特性,并采用X射线衍射仪测定了磨损表面的物相组成。结果表明：碳化硼-碳化硼摩擦副的摩擦系数随滑行距离和载荷的增加而减小,最低摩擦系数为0．09;在低载荷下初始阶段摩擦系数较高(0．3～0．4),磨损率极低,无法用表面轮廓仪测得,磨损表面X射线衍射分析表明,在摩擦过程中接触表面发生了摩擦化学反应,生成了B2O3和H3BO3等物质,从而使摩擦系数降低。     

往复滑动摩擦副的消振减磨研究及其机理分析

应用惠更斯原理设计了球-块主动消振式往复滑动摩擦磨损试验机,摩擦副运行过程无系统冲击,通过对比试验得出消振装置能有效消除往复滑动过程中两表面微凸体冲击所形成的摩擦振动,从而使得往复滑动过程中的磨损量和切削磨粒得以减少.从摩擦热力学的角度认为摩擦功可通过外界施加信号主动转换为热能,并分析了摩擦振动与其他磨损影响因素的相关性.     

二硅化钼自配副在干摩擦条件下的摩擦学性能研究

在 MM- 2 0 0型摩擦磨损试验机上考察了不同载荷下金属间化合物二硅化钼自配副的干摩擦磨损性能 ,采用扫描电子显微镜和微探针观察与分析了其磨损表面形貌 ,并对材料的摩擦磨损机制进行了探讨 .结果表明 :干摩擦条件下 Mo Si2 自配副在载荷为 5 0～ 10 0 N时具有较好的综合摩擦磨损性能 ,摩擦系数和磨损率分别维持在 0 .11和 6 .0×10 - 5g/ min;随着载荷的增大 ,Mo Si2 自配副的主要磨损机理从塑性变形和疲劳磨损转变为氧化磨损     

大气环境空间用铜基摩擦材料摩擦学行为及可靠性寿命研究

本文中采用自主开发的空间摩擦试验机,模拟空间用摩擦副大负荷服役条件(400 N)进行摩擦循环试验,考察了大气环境下空间用铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损特性,探讨了摩擦副的可靠性寿命并揭示了其摩擦磨损机理.研究结果表明:摩擦副在模拟大负荷摩擦循环试验中,可划成三个阶段:第一阶段属可靠性使用阶段,摩擦系数合适而稳定,磨损机理以磨粒磨损和氧化磨损为主;第二阶段,摩擦特性发生失稳,摩擦系数周期性变化,磨损机理以氧化磨损为主,接触疲劳磨损为辅;第三阶段,摩擦系数波动较大,磨损机理转变为严重的接触疲劳磨损和氧化磨损,材料失效.     

磨合过程中液体润滑实现超低摩擦的混合模型研究

针对球-盘滑动试验,在磨合过程中获得超低摩擦的液体润滑状态,建立耦合流体润滑、粗糙接触力学、Archard磨损方程和相关物理参数(液体黏度、表面粗糙度和磨损系数)时变函数的混合模型,研究磨合过程中液体润滑的摩擦系数演化. 通过数值模拟结果可知:在磨合过程中,润滑介质等效黏度增大,形成流体动压润滑薄膜,有效隔开粗糙表面;其次在磨合过程中,新生成的表面粗糙度降低,减少粗糙峰承载比,实现超低摩擦润滑状态;最后在适当的液体黏度和提高表界面效应减少边界摩擦系数,可进一步实现液体超低摩擦润滑状态. 为磨合过程宏观液体润滑性能演化所建立的混合数值模型对提高液体润滑超低摩擦设计效率具有重要价值意义.      

基于有限元的高速列车车轮多边形磨耗成因分析

研究了中国高速列车车轮多边形磨耗的形成原因,考虑轮对的旋转惯量,建立了高速列车轮对-轨道-盘式制动系统有限元模型. 基于轮轨系统摩擦自激振动的理论,采用有限元复特征值分析法研究了高速列车制动时轮对-轨道-盘式制动系统的稳定性. 研究了饱和的轮轨蠕滑力和盘式制动系统摩擦力耦合作用对车轮多边形磨耗的影响,并调查了轮轨-轨道-盘式制动系统的参数敏感性. 数值模拟结果表明:在饱和的轮轨蠕滑力和盘式制动器摩擦力耦合作用下,轮轨系统的摩擦自激振动导致高速列车车轮多边形磨耗的产生,其导致的21~22阶和23~24阶车轮多边形磨耗占主导地位,这与中国高速列车高阶车轮多边形磨耗最为符合. 饱和的轮轨蠕滑力主要影响较低阶车轮多边形磨耗,盘式制动器摩擦力主要影响较高阶车轮多边形磨耗. 制动压力为13 kN时,车轮多边形磨耗形成的几率最小,发展速度最慢. 过高或者过低的垂向悬挂力均不利于抑制车轮多边形磨耗. 垂向悬挂力为75 kN时,车轮多边形磨耗形成的可能性最小,发展速度最慢.      

基于原位和RNT技术的铜锌合金摩擦磨损性能

采用基于原位全息显微技术和放射性核素技术的摩擦磨损试验装置,在润滑条件下对Cu Zn36/100Cr6配对摩擦体系中Cu Zn36的磨损行为进行了研究.利用装置中的全息显微镜对Cu Zn36磨痕表面微观形貌和粗糙度进行原位分析,利用放射性核素磨损量测量系统精确测量Cu Zn36的实时磨损量;利用扫描电镜对Cu Zn36及100Cr6钢球磨面进行观察和分析,利用X射线光电子能谱分析仪对Cu Zn36磨痕表层的元素化合态进行定量分析.结果表明:在试验法向载荷为1.9~3.0 MPa范围内时,Cu Zn36表现出良好耐磨性,原因是Cu Zn36在试验过程中形成了具有高硬度和自润滑性的Zn O强化层,主要磨损方式为疲劳磨损.在较差磨合试验过程中,磨痕表面耐磨层一直处于"形成-破坏-再形成-再破坏"的动态过程,主要磨损方式为磨粒磨损和黏着磨损.     

雨刮器非线性摩擦振动的稳定性与分岔特性

针对雨刮器建立2自由度非线性摩擦振动动力学模型,基于复模态理论计算复特征值并进行稳定性及其对刮刷速度的依赖性分析;通过数值计算分析摩擦振动对刮刷速度的分岔特性,并利用相轨迹、庞加莱映射、频谱特性分析不同刮刷速度下的非线性振动现象.研究发现:摩擦-速度特性的负斜率是导致系统不稳定的根本原因,增大刮刷速度有利于提高系统的稳定性;在高、低刮速区,随着刮刷速度的下降,系统振动形态遵循周期→准周期→混沌的演化规律,并会伴随显著的粘滑振动;仅高速区的周期振动和非振动条件下,刮刷时无附加的粘滑振动.     

载荷对氟硅共掺杂类金刚石膜摩擦学性能的影响

采用等离子体增强化学气相沉积系统成功制备氟硅共掺杂类金刚石薄膜,采用Raman,XPS对膜层结构与成分进行表征.采用划痕仪对膜层的结合力进行了测试.摩擦测试结果显示,在载荷范围为1~6 N时,膜层具有低摩擦系数(0.05~0.1);在载荷大于6 N时,摩擦系数在0.2~0.27之间.对偶磨斑的光学照片显示,在低载下(1~6 N),磨斑上存在明显的转移膜,转移膜导致膜层具有低摩擦系数;在高载下,磨合期磨斑上存在稳定的转移膜,对应于磨合期的低摩擦系数.然而在磨合期后,磨斑表面转移膜消失,结果导致高摩擦系数.     

评定磨合表面的最佳形貌参数

磨合是新机器设备投入使用之前的必经过程，而且对摩件的表面形貌都要发生明显的变化，因此，如何评定磨合表面形貌值得深入研究，实际上，磨合是对摩件的表面形貌由初始状态逐渐趋于相互吻合的过程，因而磨合之后配对表面的形貌具有相关性，在此基础上上，研究提出了利用互相关结构函数评定磨合，这种评定方法具有能够同时反映两个表面形貌和对表面形貌变化反映敏感，以及能够将表面轮廓的峰和谷分开考虑等优点，理论分析和应用实例     

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.      

受限颗粒体对制动系统非线性振动的影响

制动系统在工作时,往往受到沙粒、尘土以及磨屑等受限颗粒体的影响,这些受限颗粒体在摩擦副中的高度分布具有较强的随机性,一定程度诱发了制动系统的非线性振动. 本文中基于制动片切向振动模型,引入了新的受限颗粒体摩擦模型,提出了用波动系数来描述受限颗粒体高度分布随机性的强弱. 发现在特定参数下,当此系数为0时,制动片切向振动为周期运动;但是当此系数不为0时,制动片切向振动呈现拟周期或混沌运动,此时的切向振动分岔特性图的稳定轨道也会出现数量或分布的变化,甚至表现出混沌特性. 同一时变信号内,受限颗粒体引发制动片切向非线性振动包括发散、收敛以及拟周期运动等多种形式.