轮胎磨损颗粒物形貌及产生机理的实验研究

采用自行设计的磨损试验机采集轮胎-路面摩擦副产生的轮胎磨损颗粒物,通过光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)分析和讨论了不同负载、速度和胎压工况影响下磨损颗粒物的表面形貌、粒度及磨损胎面形貌,建立了磨损颗粒物与胎面磨损形态的关系.结果表明:轮胎磨损颗粒物的粒度和数量类似正态分布,粒度主要集中在100~300μm.轮胎磨损颗粒物的主要产生机理是胎面疲劳剥落,形式主要为片状剥落和卷曲磨损共存,卷曲磨损会导致更多的磨损颗粒物脱离.载荷可使两种磨损形式的主导地位发生转变.接触界面应力提高会使团絮状胎面磨损颗粒物增多,速度增大会明显减小磨损颗粒物粒度.对小于10μm颗粒物来说,工况对其数量影响的主次顺序依次为速度、胎压和载荷.本研究可以为减少因轮胎磨损而导致的磨屑次生危害提供可供借鉴的理论指导.     

碳纳米管复合橡胶磨损颗粒物影响因素的试验研究

碳纳米管复合橡胶轮胎是一种应用前景非常广阔的新型高性能轮胎，然而碳纳米管复合橡胶轮胎磨损颗粒物(TWPs)安全性隐患为这类轮胎的广泛应用带来了极大的不确定性. 采用自行设计的摩擦磨损试验机，研究了碳管含量、负载、滚动速度和滑移率对碳纳米管复合橡胶磨损颗粒物性态的影响，分析了这些因素与磨损颗粒物性态及橡胶磨损机理的关系. 结果表明:碳纳米管能够显著增强橡胶耐磨性能并降低胎面温度，增加碳纳米管含量可以有效抑制磨损颗粒物特别是微小颗粒物(≤3 μm)数量. 碳纳米管可以使复合橡胶硬度增加，使微小磨损颗粒物的增长速率高于未添加CNTs的橡胶. 力-化学效应导致的胎面热氧化发黏现象会使磨屑更易团聚粘附在胎面，从而减少微小磨损颗粒物排放. 负载变化主要影响胎面磨损形态，速度和滑移率变化主要影响胎面附着的颗粒物数量和状态. 研究结果可以为防控碳纳米管复合橡胶因磨损而导致的次生危害提供科学参考.      

磨损与动力学耦合的行星传动齿轮动力学研究

行星齿轮磨损会导致齿轮齿侧间隙非线性增大、传动精度下降、齿面冲击力增大, 进而会导致齿轮传动系统振动加剧, 因此需要对行星齿轮的齿面磨损与动力学耦合特性进行研究. 本文构建了齿轮非线性磨损与考虑齿轮齿侧间隙的非线性动力学耦合计算模型, 对行星传动齿轮磨损动力学特性进行了研究. 首先建立齿轮啮合非线性动力学模型, 获得齿轮运行过程中的非线性啮合力; 进一步将非线性啮合力与齿轮齿面磨损模型相结合, 研究齿轮齿面磨损分布规律; 并根据齿轮磨损后的齿侧间隙对齿面重构, 同时对齿轮动力学模型进行更新; 进而得到行星齿轮传动中动态啮合力和磨损特性的变化趋势, 并获得齿轮传动系统齿轮齿向振动响应. 数值计算结果表明, 行星齿轮磨损导致齿轮在单?双齿交替啮合时产生的冲击增大, 同时太阳轮?行星轮啮合齿对对磨损较为敏感, 齿面啮合条件剧烈恶化, 是造成行星齿轮传动性能退化的主要原因, 本文研究结果为行星齿轮传动系统运行状态评估与可靠性预测提供了理论基础.      

沟槽对界面振动及摩擦磨损特性的影响

选用球-面/面-面两种不同的接触模式,分别探究了摩擦界面沟槽的存在对界面振动及摩擦磨损特性的影响.结果表明:沟槽具有捕获磨屑的能力,能够有效地减轻磨屑对界面磨损的影响,但接触模式的不同,沟槽棱边上的振动及摩擦磨损特性差异显著.在球-面接触模式下,沟槽的存在打断了界面的连续接触,导致界面摩擦信号产生突变,此外,球试样滑过沟槽时与沟槽棱边产生的撞击加剧了棱边的磨损,进而影响了沟槽收集磨屑的效率.在面-面接触中,沟槽的存在实时改变了界面的接触状态,从而导致了界面上接触压力的分布发生了转移,从而改变了界面力信号,此外,块试样与沟槽棱边并没有出现明显的撞击作用,因此沟槽的棱边保存得较为完好.     

磨损数值仿真技术的研究进展

综述了近年来国内外磨损数值仿真技术研究进展和现状，重点评述了数值仿真方法在磨粒磨损、疲劳磨损、磨损表面形貌模拟和实际摩擦副磨损研究方面的应用．指出磨粒磨损仿真主要集中于二体磨损的磨损表面形貌分析和磨损预测;疲劳磨损仿真主要集中基于断裂力学方法的建模以及基于有限元方法的参数定量计算和疲劳裂纹行为数值模拟；实际摩擦副磨损仿真主要侧重于齿轮、凸轮和缸套-活塞环等典型摩擦副的磨损研究．就当前磨损数值仿真研究的主要问题和发展方向提出了建议。     

微观摩擦磨损研究的新进展

随着纳米科学与技术的发展，微观摩擦学越来越受到人们的广泛重视，并且已经成为当前摩擦学研究中的相当活跃的前沿领域之一。研究表明，在超精密机械或微型机械中，微观尺度上的摩擦磨损在很大程度上决定着各相对运动部件能否产生运动，以及整个运动系统的性能和寿命，因此，研究微观摩擦磨损至关重要，其最终目的是实现零磨损，为了推动和加速微观摩擦磨损研究的开展，对近几年国内外微观摩擦磨损研究的新进展作了综述与讨论，介绍     

磨石磨损分形预测研究

磨合是新机器投入正常运行前所必须经历的一个过程。合理的磨合可防止机器在早期发生咬合,从而极大地延长其使用寿命,基于磨损表面的分形表征,经典接触理论和磨损理论,建立了磨合磨损预测分形模型,以铜合金销和４５＃钢盘试样组成摩擦副,在销－盘摩擦磨损试验机上进行了磨合试验。研究结果表明,基于所建立的模型的磨损率预测结果与试验结果基本吻合。     

基于摩擦耗散的石墨/WC-Ni干摩擦下磨损定量及预测

从摩擦耗散的角度研究干摩擦下石墨/WC-Ni配副磨损与摩擦副摩擦耗散能量之间的规律，获得了石墨磨损与配副摩擦耗散功率之间的关系，结果表明石墨干摩擦下的磨损率与配副的摩擦耗散功率呈显著的线性关系. 单一和组合工况磨损预测试验表明:石墨磨损模型能够准确地预测不同工况下石墨的磨损量，预测结果和实际测量结果符合. 干摩擦下石墨磨损率与摩擦耗散功率之间的定量关系，物理意义明确，使用方便，结果可靠，研究结果具有重要的理论和工程应用价值.      

滑动速度对IS304涂层自润滑磨损机理的影响

采用感应烧结技术制备出润滑相细小且分布均匀的自润滑涂层.其中润滑相Ag粒子尺寸为5μm左右,氟化物粒子尺寸为1μm左右,强化相Cr2O3粒子尺寸小于1μm.研究表明低速磨损时磨损面比较粗糙,磨损机理主要为磨粒磨损与疲劳磨损;而高速磨损时磨损面比较光滑,虽然磨粒磨损与疲劳磨损依然为涂层的磨损机理,但磨损面上存在明显的Ag润滑膜.Ag润滑膜的出现使得涂层的摩擦系数降低.Ag润滑膜的出现与接触面摩擦产生的摩擦热有关.滑动速度越高,接触面产生的摩擦热会使局部区域的瞬态温度升高,从而使得热膨胀系数较大的Ag粒子从基体Ni Cr中溢出到表面,并在压力和摩擦力的作用下发生塑性变形从而形成Ag润滑膜.采用溢出体积计算法计算得滑动速度为1 m/s时,瞬态温升为296℃,该温升明显高于采用Ansys有限元模型计算得到的温升.     

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。     

铝基镶嵌材料的磨损特性及耐磨机理

制备了镶嵌硬质金属和固体润滑剂的铝基复合材料,通过设计不同的摩擦配副方式,研究了铝基镶嵌复合材料在室温、干摩擦条件下的摩擦学特性。研究结果表明：镶嵌材料的硬度越大,铝基复合材料的耐磨性越高;而镶嵌固体润滑剂并不能有效地改善铝基材料的耐磨性,对铝基复合材料的耐磨机理进行了力学分析,为铝质材料的摩擦学应用指明了新的途径。     

海洋系泊链钢22MnCrNiMo腐蚀磨损试验与数值分析研究

建立了锚链在海洋环境中腐蚀磨损(简称"磨蚀")累积损伤数值分析方法,该方法采用非线性有限元分析,能够同时考虑锚链链环间接触面在海水中的腐蚀和磨损耦合损伤。针对22MnCrNiMo低碳低合金钢材料,进行了力学性能、海水侵蚀以及磨蚀性能等多方面的试验研究,确定了基于该材料的锚链链环间接触面在海水中磨蚀损伤数值分析中的相关参数。通过对计算结果与试验结果的比较分析,验证了锚链链环间接触面磨蚀累积损伤数值分析方法的可行性与准确性。     

液晶微纤原位增强PTFE复合材料抗磨性能与磨损机理

将热致型液晶与ＰＴＦＥ混合,用模压烧结法制备出新型原位复合材料,摩擦磨损试验结果表明该复合材料具有优良的抗磨性能,研究表明：液晶在ＰＴＦＥ中以微纤形态存在,能很好地起到承载作用,并有利于偶件表面薄而瓣转移膜的形成,从而改善复合材料的摩擦学性能并减轻偶件表面的损伤,液晶含量较低时,复合材料的磨损机理主要为擦伤与粘着,液晶含量较高时,其磨损机理主要为疲劳剥落。     

Rapid simulation procedure for fretting wear on the basis of the method of dimensionality reduction

We suggest a numerical procedure for rapid simulation of fretting wear in a contact of two bodies subjected to tangential oscillations with a small amplitude. The incremental wear in each point of contact area is calculated using the Reye–Archard–Khrushchov wear criterion. For applying this criterion, the distributions of pressure and relative displacements of bodies are required. These are calculated using the method of dimensionality reduction (MDR).     

基于神经网络的间隙机构运动副磨损预测

应用BP神经网络建立了磨损率与接触应力、滑动速度和材料硬度之间的非线性关系模型,并对该网络模型进行了验证和测试,结果表明,训练良好的神经网络模型能够准确反映样本所蕴含的内在磨损规律,且具有较好的预测效果。基于非线性弹簧阻尼模型和修正的Coulomb摩擦力模型对含间隙曲柄滑块机构进行数值仿真分析,获得间隙机构运动副的接触应力和相对滑动速度,利用训练好的神经网络磨损模型对轴套的磨损进行迭代磨损预测分析,发现随着曲柄转数的增加,轴套表面一些特定位置处的磨损越来越严重,最终导致轴套表面出现非均匀磨损现象,其原因是间隙机构运转过程在一些特定位置处产生了较大接触应力和碰撞力。     

一种磷氮类添加剂作为新型极压抗磨剂的研究

合成了烷氧基磷酸盐,并与硫化异丁烯对比,考察了其作为500SN添加剂的极压抗磨性和热稳定性.结果表明,其极压抗磨性和热稳定性优于硫化异丁烯;以烷氧基磷酸盐为主剂配制的齿轮油极压抗磨性超过了国内外同类油品     

Effect of time-dependent speed on frictional heat generation and wear in transient axisymmetrical contact of sliding

Summary A transient contact problem with frictional heating and wear for two nonuniform sliding half-spaces is considered. One of the two half-spaces is assumed to be slightly curved to give a Hertzian initial pressure distribution: the other is a rigid nonconductor. Under the assumption that the contact pressure distribution could be described by Hertz formulas during all the process of interaction, the problem is formulated in terms of one integral equation of Volterra type with unknown radius of contact area. A numerical solution of this equation is obtained using a piecewise-constant presentation of an unknown function. The influence of operating parameters on the contact temperature and the radius of the contact area is studied. Accepted for publication 3 November 1996     

Interaction of subway LIM vehicle with ballasted track in polygonal wheel wear development

This paper develops a coupled dynamics model for a linear induction motor (LIM) vehicle and a subway track to investigate the influence of polygonal wheels of the vehicle on the dynamic behavior of the system. In the model, the vehicle is modeled as a multi-body system with 35 degrees of freedom. A Timoshenko beam is used to model the rails which are discretely supported by sleepers. The sleepers are modeled as rigid bodies with their vertical, lateral, and rolling motions being considered. In order to simulate the vehicle running along the track, a moving sleeper support model is introduced to simulate the excitation by the discrete sleeper supporters, in which the sleepers are assumed to move backward at a constant speed that is the same as the train speed. The Hertzian contact theory and the Shen- Hedrick-Elkins’ model are utilized to deal with the normal dynamic forces and the tangential forces between wheels and rails, respectively. In order to better characterize the linear metro system (LMS), Euler beam theory based on modal superposition method is used to model LIM and RP. The vertical electric magnetic force and the lateral restoring force between the LIM and RP are also taken into consideration. The former has gap-varying nonlinear characteristics, whilst the latter is considered as a constant restoring force of 1 kN. The numerical analysis considers the effect of the excitation due to polygonal wheels on the dynamic behavior of the system at different wear stages, in which the used data regarding the polygonal wear on the wheel tread are directly measured at the subway site.     

冷风切削对高速切削难加工材料刀具磨损的影响

基于复合制冷技术研制1种低温冷风/低温最小量润滑供给装置,使用TiAlN涂层硬质合金刀具进行干切削、最小量润滑(MQL)、低温冷风及低温最小量润滑(低温MQL)条件下镍基高温合金Inconel 718的高速车削试验和淬硬钢AISI D2的高速铣削试验,通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)观察分析硬质合金刀具的磨损形态、磨损机理,研究低温冷风和低温MQL对高速切削难加工材料刀具磨损的影响.结果表明:高速切削Inconel 718和AISI D2时,刀具磨损机理主要为磨料磨损、黏结磨损和扩散磨损;低温冷风和低温MQL可有效降低高速切削时的切削温度,进而防止刀具软化,减小磨料磨损和与温度相关的黏结磨损、扩散磨损,因而可大幅度地提高刀具的使用寿命.     

Effects of fibrous fillers on friction and wear properties of polytetrafluoroethylene composites under dry or wet conditions

The friction and wear behavior and mechanism as well as the mechanical properties of polytetrafluoroethylene （PTFE） composites filled with potassium titanate whiskers （PTW） and short carbon fibers （CF） under dry, wet and alkaline conditions were investigated. Experiments indicated that owing to appropriate cooling and boundary lubricating effects, the filled PTFE composites showed much lower frictional coefficient and better wear resistance under alkaline than dry and wet sliding conditions. The wear resistance of carbon-fiber-filled PTFE was much better than that of potassium titanate-whisker-filled PTFE composites in water. Results also showed that the transfer film on counterpart rings was significantly hindered by water and alkali. Hydrophilic-filler-reinforced PTFE composites yield higher wear rate when sliding under water.