Cu改性C/C-SiC摩擦材料组织结构及摩擦磨损性能研究

以全网胎针刺整体毡为预制体,采用Cu粉与Si粉共同熔渗的工艺制备了Cu改性C/C-SiC摩擦材料,并且在MM-1000型惯性摩擦试验机上分别进行了不同速度下的制动试验.研究了Cu改性C/C-SiC摩擦材料的组织结构及摩擦磨损性能,研究结果表明:当初始转速为1 500 r/min时,Cu改性C/C-SiC摩擦材料摩擦系数为0.306,自身与对偶件的线性磨损率分别为0.036μm/(side.cycle),0.048μm/(side.cycle);当初始转速增加到6 500 r/min时,材料的摩擦系数减小到0.24,其自身与对偶件的线磨损率分别增加到1.87μm/(side.cycle),1.68μm/(side.cycle),其值均低于典型C/C-SiC摩擦材料,表明Cu改性C/C-SiC摩擦材料耐磨减摩效果优异,且在低速工况下更为显著.转速为1 500 r/min时磨粒磨损起主导作用;转速为3 000～4 500 r/min时,磨粒磨损以及黏着磨损共同主导着摩擦行为;转速为4 500～6 500 r/min制动时主要表现为氧化磨损与剥层磨损.     

制动速度对C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

采用模拟刹车制动方法研究"温压-原位反应法"制备的C/C-SiC复合材料在不同制动速度下的摩擦磨损性能,分别用光学显微镜和扫描电子显微镜对摩擦表面及其磨屑形貌进行观察,用X射线衍射仪分析磨屑成分.结果表明:摩擦系数随制动速度提高先升高而后降低,在制动速度为10 m/s时达到最大值0.46,且当制动速度超过20 m/s时产生高频振动;随着制动速度提高,磨屑愈被碾磨变细,且磨损量随之增大,在制动速度为28 m/s时线性磨损量急剧升至8.75 μm;C/C-SiC复合材料在中等能载(1.5 kJ/cm2)条件下具有优良的摩擦磨损性能.     

碳化硅陶瓷基复合材料的摩擦磨损性能研究

以不同孔隙率的C/C复合材料为预制体,以甲基三氯硅烷(CH3SiCl3)为反应源气、氩气为载气、高纯氢气为稀释气体,采用化学气相渗透法(CVI)制备一系列C/C-SiC复合材料,在MM-1000型摩擦磨损试验机上对C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能进行评价,分析不同原始密度及组分含量等因素对复合材料摩擦性能的影响.结果表明:随着预制体密度增加,C/C-SiC复合材料的平均摩擦系数、摩擦力矩和平均单位面积吸收功率等增大,刹车时间和线磨损率降低;C/C-SiC复合材料具有较高的静摩擦系数,其中预制体原始密度为1.44 g/cm3的复合材料较适用于刹车材料.     

PTFE基复合材料在干摩擦和液氮介质中的摩擦磨损性能研究

对比考察了聚苯酯(Ekonol)和PAB纤维增强PTFE复合材料在干摩擦和液氮介质中的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察分析在干摩擦和液氮条件下Ekonol/PAB纤维增强PTFE复合材料的磨损表面形貌及其磨损机理,同时还考察了温度对复合材料冲击韧性的影响.结果表明:在液氮条件下,PTFE的抗犁削能力增强,Ekonol/PAB/PTFE复合材料的磨损量明显比干摩擦下低,复合材料的摩擦系数比干摩擦下大,载荷对复合材料的磨损量影响较小,复合材料的摩擦系数和磨损量随着滑动速度增加基本保持不变,材料的磨损机理主要为轻微犁削和脆性断裂;而在干摩擦条件下,载荷对复合材料的磨损量影响显著,随着滑动速度增加,复合材料的摩擦系数先增后减,磨损量逐渐增大,材料的磨损机理主要以犁削、粘着磨损及疲劳磨损为主.在2种试验条件下复合材料的摩擦系数均随载荷增加而减小;低温时材料的冲击韧性约为常温时的1/2.     

混杂纤维增强纸基摩擦材料的压缩回弹和摩擦磨损性能研究

研究了纸浆纤维与Kevlar纤维浆粕混杂纤维中纸浆纤维的含量对其压缩回弹性能的影响,评价了不同比压和转速条件下纸基摩擦材料的摩擦磨损性能,分析了材料的压缩回弹性能与摩擦性能的关系.结果表明,纸浆纤维含量对压缩率和回弹率影响不明显,但随着加载压力增加,材料的压缩率和回弹率明显增大.在相同比压和转速条件下,纸浆纤维含量对纸基摩擦材料动摩擦系数的影响不明显,但随着比压和转速的增加,纸基摩擦材料的摩擦系数降低,其中含有17.5%纸浆纤维的纸基材料在循环制动条件下的摩擦系数最稳定,磨损率最低.     

熔融渗硅法制备C/C-SiC复合材料的干态摩擦磨损行为及机制

本文以针刺炭纤维整体毡为预制体,采用化学气相渗透法和熔融渗硅法制得炭纤维增强双基体炭/碳化硅(C/C-SiC)摩擦材料;研究了C/C-SiC的干态摩擦磨损行为及机理.研究结果表明:C/C-SiC摩擦材料和30CrMoSiVA合金钢配对摩擦副制动性能稳定,当制动速度从5 000 r/min升至7 500 r/min,摩擦系数由0.33降至0.29,C/C-SiC线磨损率相应由2.01μm/次升至3.40μm/次;C/C-SiC与对偶件的摩擦是犁沟效应和黏着效应共同作用的结果,磨损是磨粒磨损、黏着磨损、氧化磨损和疲劳磨损相互作用的结果.     

新型C/C-Cu复合滑动导电材料电摩擦磨损行为研究

采用无压熔渗工艺制备一种新型的具有自润滑耐磨性能的炭纤维整体织物/炭-铜(C/C-Cu)复合材料,在改装的MM-2000型环-块摩擦磨损试验机上考察其载流摩擦磨损性能,探讨外加直流电对摩擦磨损行为的影响并分析其作用机理.结果表明:电流方向决定了复合材料摩擦面磨屑层存在与否,对摩擦系数有较大影响.正接条件下复合材料的摩擦系数和磨损率高于负接条件下.电流强度对C/C-Cu复合材料磨损率影响较为显著.随电流强度增大,磨损率增大,磨损机制由犁削磨损向黏着磨损转变.摩擦系数随电流强度的增大先升高后降低.     

PAN炭纤维预制体对C/C复合材料滑动摩擦磨损行为的影响

以二维平纹编织叠层炭纤维坯体(2D)、二维无纬布/炭毡混合叠层针刺毡坯体(2DN)、三维正交编织炭纤维坯体(3D)为预制体,采用化学气相渗透结合树脂浸渍炭化技术进行增密,制备了4种C/C复合材料.在室温干态条件下测试4种C/C复合材料与表面镀Cr的40Cr钢配副时的滑动摩擦行为.结果表明:在试验载荷下,采用2D坯体增强的C/C复合材料摩擦系数最高;随载荷增加,其摩擦系数和磨损体积的波动幅度最大,分别为0.17和1.22mm3;采用2DN坯体的2种C/C复合材料摩擦系数较低,在0.13～0.17之间,且随时间延长呈下降趋势;其余2种坯体的C/C复合材料摩擦系数则上升.4种材料摩擦系数的波动幅度均逐渐降低.SEM观察表明:采用2D坯体C/C复合材料在低载荷下的摩擦表面粗糙,充满磨屑,高载荷下能形成了较松散的摩擦膜.而采用2DN、3D坯体的C/C复合材料摩擦表面部分形成了较完整、致密的摩擦膜,部分呈现显著的纤维磨损和摩擦膜大块剥落形貌.     

几种牙科用复合材料的摩擦磨损性能研究

测量了Compoglass、F2000、Elan及Dyract-AP等4种牙科用复合材料中的玻璃颗粒含量及其表面硬度;采用球-盘往复摩擦磨损试验机考察了其摩擦磨损性能.结果表明:F2000的摩擦系数最高,Elan的摩擦系数次之,Dyract-AP的摩擦系数最低;复合材料的摩擦系数随玻璃颗粒含量增加而增加;在相同试验条件下,Dyract-AP和Compoglass的耐磨性较好;其磨损机理主要表现为由玻璃颗粒脆性断裂引起的玻璃颗粒脱落和磨粒磨损.     

化学液相汽化沉积法制备炭/炭复合材料的湿态摩擦磨损性能研究

采用化学液相汽化沉积工艺制备炭/炭(C/C)复合材料,通过惯量试验机对其湿态摩擦磨损性能进行研究.结果表明:C/C复合材料的组织主要以粗糙层为主;随着热处理温度升高,复合材料的石墨化度增加,制动过程平稳,动、静摩擦系数升高,摩擦稳定性增加,在较高转速和制动压力下力矩曲线尾翘现象明显减弱;石墨化度较高试样的表面能够形成一层光滑、致密的润滑膜,从而降低其磨损率;所制备的C/C复合材料能够满足湿式摩擦材料的性能要求,并大幅度降低成本.     

用外加电压控制摩擦力的机理与技术

用外加电压控制金属摩擦学磨损是摩擦领域很有发展前景的新技术之一，能够有效地降低干摩擦下金属间的摩擦与磨损，但国内外有关的研究报道却还少见．因此，利用特制的球－盘式摩擦磨损试验机，对几种配对金属的摩擦自生电势和摩擦力进行了测量，揭示了摩擦自生电势与摩擦力的相关性，并且考察了外加电压对金属间摩擦力的影响，发现在外加电压与摩擦自生电势相抵消时的摩擦系数最低，比无外加电压时的摩擦系数低１２％～２６％     

碳质双层纸基摩擦材料的摩擦磨损性能研究

采用抄纸工艺制备碳质双层纸基摩擦材料,采用惯量摩擦试验方法研究双层纸基摩擦材料的摩擦磨损性能.结果表明:碳质层的摩擦力矩在制动初期上升较快,中间过渡区平稳,尾部翘起较小;在制动压力小于0.28 MPa时静摩擦系数小于动摩擦系数,且动、静摩擦系数均随制动压力增加而减小;相对纤维层而言,采用碳质层摩擦时摩擦力矩曲线形态更好,连续制动时摩擦系数波动较小,磨损率低且能够有效保护偶件,是1种静/动摩擦系数比较低且适用于高载荷工况条件下使用的摩擦材料.     

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．     

Simulation of friction and stiction in multibody dynamics model problems

A continuous model of Coulomb friction is used with a tangent space formulation of differential algebraic equations of motion for simulation of multibody dynamic model problems. Characteristics of the model problems studied are similar to those encountered in broad classes of multibody systems, without the associated geometric and analytical complexities. An implicit trapezoidal numerical solution algorithm is used to simulate dynamic response that includes the onset of stiction, its progression, and its termination, avoiding stiff behavior that is reported in the literature when index 3 formulations are used. Analytical criteria for stiction are derived for a three mass Coulomb friction model problem that defines the onset of and departure from stiction events with redundant equations of constraint. The tangent space formulation with implicit trapezoidal integration is applied to this analytical model to compute dynamic response, determine ranges of constraint forces that may occur during periods of stiction, and demonstrate that dynamic response is a discontinuous function of model parameters when stiction occurs. Accuracy of the continuous model of Coulomb friction is established, through comparison of results with those of the analytical model. Cartesian coordinate models of higher dimension are presented for three and four mass model problems that encounter a higher degree of redundancy in constraints during periods of stiction. Simulation of the Cartesian coordinate models, which have characteristics similar to more general multibody systems, yields accurate solutions, without any indication of stiffness in the tangent space equations of motion. Methods successfully demonstrated in model problems provide a foundation for simulation of spatial multibody dynamic systems with friction.     

机械系统中摩擦模型的研究进展

摩擦现象在机械系统中的作用日益突出, 合理地解决机械系统中摩擦环节尤其是非线性摩擦环节的制约问题 已成为当前研究的重点. 由于摩擦的复杂性, 很难从机理上获得其准确唯一的数学模型, 迄今已提出的摩擦模 型有数十种. 鉴于目前机械系统中摩擦建模的发展状况, 首先描述了几种重要的摩擦现象, 如库仑摩擦、黏性 摩擦、Stribeck效应、预滑动摩擦、可变的静态摩擦力和摩擦记忆效应等. 其次, 系统地介绍了几种较为重要的、 常用的摩擦模型, 包括6种静态摩擦模型和7种动态摩擦模型, 并对每一种模型的构成, 特点和适用范围等 进行了较为详细地论述. 比较而言, 静态摩擦模型结构简单, 参数辨识容易, 但是无法描述摩擦的动态特性, 动态摩擦模型能够比较全面的描述摩擦现象, 但结构复杂, 参数辨识难度较大. 再次, 简要概述了摩擦建模 对机械系统动力学行为的影响, 以及在高精度定位系统的控制中的作用. 最后, 针对当前机械系统中摩擦建 模方面存在的一些不足提出了几点展望. 为今后摩擦模型的选用和新摩擦模型的建立提供了参考.     

摩擦速度对铜基摩擦材料摩擦磨损性能影响

采用粉末冶金技术制备了铜-石墨-SiO2烧结材料,通过定速摩擦试验机,在摩擦速度为7.8～47.1 m/s的范围内,研究摩擦速度、第三体与摩擦磨损性能的关系.结果表明,摩擦第三体的状态与摩擦速度密切相关,并明显影响摩擦磨损性能.在摩擦顺序从低速开始向高速进行的条件下,随摩擦速度的提高,摩擦表面第三体由颗粒状分布向密实状态转变,表面微观硬度提高,摩擦系数下降,磨损率变化不明显.这归因于低速条件下摩擦副间的啮合程度大,使摩擦系数处于较高值.随速度增加,致密状第三体的易流动性具有润滑和平滑作用,起到降低摩擦系数的作用;在摩擦顺序从高速开始向低速进行条件下,摩擦表面被高速摩擦形成的致密第三体所覆盖,致密第三体的稳定性具有降低摩擦系数波动的作用.但磨损率在摩擦速度较低时出现快速增加.原因在于随摩擦速度的降低,摩擦温度降低,致密第三体脆性增加,致密第三体的大面积破裂和剥落提高了磨损率.     

Identifying Coulomb and Viscous Friction from Free-Vibration Decrements

This study focuses on an algorithm for the simultaneous identification of Coulomb and viscous damping effects from free-vibration decrements in a damped linear single degree-of-freedom (DOF) mass-spring system. Analysis shows that both damping effects can indeed be separated. Numerical study of a combined-damping system demonstrates a perfect match between the simulation parameters and the estimated values. Experimental study includes two types of real systems. The method is applied to an experimental industrial bearing. Experimental results are compared with numerical simulations to illustrate the reliability of this method. An analysis provides conservative bounds on error estimates. An example of the effect of quantization error on the estimations is included.     

行波型超声波电机摩擦特性的实验研究

超声波电机是通过逆压电效应产生高频振动并通过摩擦实现驱动的电机,其定转子摩擦接触面的高频、微幅的行波振动有其特殊性,跟以往的摩擦接触显著不同,并对电机的换能效率、电机寿命和摩擦材料的选择等都有影响.本文建立了超声波电机定转子接触面摩擦系数测量装置,通过试验比较了摩擦接触面在常规、定子驻波振动以及行波振动下的动态摩擦系数,分析了定子相对转速(速度)、预紧力以及温度对定转子接触面摩擦系数的影响.根据摩擦二项式和电机定转子表面弹塑性接触状态对摩擦系数与预紧力等的对应关系进行了说明,分析了驻波振动和行波振动的超声减摩效果以及温度对摩擦系数的影响,确定了适合行波型超声波电机的摩擦系数计算模型.超声波电机的驱动摩擦特性是1项基础性工作,有助于行波形超声波电机设计、建模和驱动控制等.     

非组分黏接剂对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

为了研究黏接剂对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响,以改性酚醛树脂作为黏接剂,通过高精度天平测定涂胶量,由平板硫化机固定黏接压力得到不同涂胶量的试样.利用光学显微镜观察黏接剂的渗透情况,通过惯量摩擦试验机研究涂胶量对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响.试验结果表明:随着单位面积涂胶最的增加,黏接剂渗入摩擦材料的深度逐渐增大,对于厚度不大于1.0 mm的纸基摩擦材料,黏接剂可渗透材料并影响其摩擦磨损性能.随着渗透至摩擦面胶量的增加,摩擦材料的制动平稳性逐渐变差,动摩擦系数降低,静摩擦系数升高,磨损率先减小后增大.     

炭纤维对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

研制了几种炭纤维增强纸基摩擦材料,采用热分析仪和惯量摩擦试验机研究了炭纤维含量同摩擦材料的耐热性能和摩擦磨损性能的相关性.结果表明:炭纤维含量对摩擦材料的耐热性能、动摩擦系数、静摩擦系数和磨损率有较大影响;随着炭纤维含量增加,摩擦材料的起始分解温度升高,热分解速率减慢,动摩擦系数呈增大趋势,静摩擦系数和磨损率呈现减小趋势;当炭纤维含量超过5%时,动摩擦系数达到0.13左右且保持恒定;当炭纤维含量超过10%时,静摩擦系数降至0.15左右且保持恒定,纸基摩擦材料的体积磨损率小于4.5×10-8cm3/J.