微织构尺寸对轴承摩擦磨损性能的影响

为了研究微织构尺寸对滑动轴承摩擦磨损性能的影响,基于滑动轴承摩擦磨损理论模型及摩擦磨损试验,通过设计不同的微织构尺寸,研究了滑动轴承的摩擦磨损性能随微织构尺寸的变化规律.结果表明:在摩擦磨损理论模型中,随着微织构尺寸的增加,滑动轴承润滑性能呈先提高后降低趋势,在无量纲微织构半径是■时轴承具有最优的润滑性能;微织构的磨损性能随着微织构深度的增加大致呈先降低后升高趋势,在无量纲深度为0.03时,滑动轴承磨损性能最优;微织构尺寸半径是■和■时,磨损量相对较小.在摩擦试验中,微织构半径是0.17 mm时润滑性能最优,平均摩擦系数相比微织构半径为0.1 mm时降低了7.1%,同时表面形貌磨损明显小于其他尺寸时的试件.理论和试验均表明,合适的微织构尺寸可以有效提高滑动轴承的润滑性能、降低摩擦系数及减小磨损.     

织造中碳纤维束间的摩擦磨损试验模拟

织造过程中碳纤维束的摩擦磨损会导致成型后复合材料制件的机械性能下降. 采用自制的试验装置模拟织造过程中经纬纱线间的相互作用，研究了法向负载、预加张力和摩擦速率对碳纤维束摩擦磨损行为的影响. 结果表明:碳纤维束的摩擦系数随着法向负载的增加而减小，其磨损程度随着法向负载的增加而增大，相对应的碳纤维束拉伸断裂强力也逐渐下降；碳纤维束的摩擦力和摩擦系数因实际摩擦接触面积的变化随预加张力的增加而增大；摩擦速率的增加几乎不影响碳纤维束的摩擦力和摩擦系数，但延长了其测试值达到稳定所需的周期数.      

1种双配副摩擦试验机及其在多孔聚酰亚胺摩擦磨损测试方面的应用

在轴承中存在2类摩擦副，滚动体与内外沟道以及滚动体与保持架，尤其在采用聚合物保持架的轴承中，这2类摩擦副的性质完全不同，2类配副之间的相互影响不可忽略.目前，市面上的标准摩擦试验机均采用单配副，并不能很好地模拟轴承内部的摩擦.针对此问题，本文中研制了双配副摩擦试验机，并对该试验机进行了标定和校准.采用该试验机研究了多孔含油聚酰亚胺(iPPI)轴承保持架材料的发黑过程，对比了单配副和双配副下iPPI材料的摩擦磨损特性.结果表明，研制的双配副摩擦试验机能够较为真实地模拟保持架材料表面的磨损发黑现象，而单配副摩擦试验难以重现这种发黑现象.采用能谱分析(EDS)和拉曼(Raman)光谱分析单配副和双配副下iPPI的磨损表面，发现iPPI表面的发黑物质为α-Fe₂O₃和Fe₃O₄.研制的双配副摩擦试验机测试精度高、重复性好，是1种模拟轴承内部摩擦的有效工具.     

全配方合成油SJ／CF／5W—30的摩擦炭化及其摩擦学特性的关联

在SRV微动磨损试验机上，采用阶梯升温方式研究了全配方汽油发动机油SJ／CF／5W－30对几种不同摩擦副的润滑作用，并采用激光拉曼分子光谱仪分析了润滑油的摩擦炭化行为。结果表明：在连续升温的摩擦磨损过程中，摩擦系数曲线出现明显波谷，且波谷现象随摩擦副材料类型 的不同而不同，其中钼合金喷涂层／铸铁摩擦副的波谷现象最为显著。通过对润滑油摩擦炭化物进行激光拉曼光谱分析发现，其G线峰位、峰宽以及石墨微晶尺寸（La)均同摩擦副材料类型相关；炭化物石墨微晶尺寸（La)同波谷处摩擦系数亦存在对应关系；其中钼合金喷涂层－铸铁摩擦副对应的润滑油摩擦炭化产物的石墨微晶尺寸最大，相应的波谷处摩擦系数最低。     

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％     

氧化铝陶瓷在高温磨损过程中的塑性变形与再结晶

Ａｌ２Ｏ３陶瓷在８００℃以上高温下的摩擦明显减小，在摩擦表面形成了由极细结晶构成的表面层。为了探讨这种表面层的形成机理，研究了Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３摩擦副在８００－１２００℃下于干摩擦时的塑性变形与再结晶，且用表面层厚度和晶粒大小来表征。表面层厚度和再结晶粒子尺寸均取决于试验温度、表观接触压力和滑动速度。根据对应变速率和摩擦表面温度的测算，发现再结晶粒了尺寸与Ｚｅｎｅｒ－Ｈｏｌｌｏｍｏｎ常数Ｚ的对     

FH36钢在不同盐度模拟海水中的摩擦腐蚀行为研究

本文中利用UMT-2型多功能摩擦磨损实验机，分别测试FH36船用低温钢板在不同盐度模拟海水中摩擦腐蚀行为.结合电化学工作站监测FH36钢样在摩擦腐蚀过程中的电化学参数变化；使用白光干涉仪以及扫描电子显微镜分别对钢样的显微组织形貌和磨痕形貌进行了表征，结果表明：随着Cl^-浓度的增加，钢样摩擦系数降低，在腐蚀的耦合作用则会加剧材料损失，导致磨痕轮廓截面变宽、磨损量增加、腐蚀电位发生负移，钢样的腐蚀加剧.其中磨损量由占材料损失量的86.2%降至78.2%.当钢样处于开路电位时，低盐度模拟海水中磨损机制为磨粒磨损为主伴随腐蚀磨损，高盐度模拟海水中磨损机制为腐蚀磨损和疲劳磨损共存；处于阴极保护电位时，在各种Cl^-浓度(0～1.2 mol/L)下的磨损机制都以磨粒磨损为主.通过对摩擦腐蚀耦合的定量分析，证实了两者相互促进，且在Cl^-浓度达到0.6 mol/L时摩擦与腐蚀的协同耦合作用影响最大.     

碳化铬金属陶瓷临界磨粒尺寸效应的研究

研究了碳化铬金属陶瓷ＳＨＳ熔覆层在二体干摩擦状态下的磨粒尺寸效应，发现在给定的试验条件下，磨粒的临界尺寸与材料的硬度有关，而其并非如同经典摩擦理论认为的那样是完全独立于摩擦系统的常数，同时还利用Ｇ－Ｗ模型和实际测量所得磨痕的平均宽度对研究结果进行了分析与解释，认为随着材料硬度的提高，磨粒临界尺寸朝着数值增大向发展的推测可能具有普遍意义。     

搅拌摩擦焊接残余应力及残余变形数值分析

建立了搅拌摩擦焊接顺序热力耦合有限元模型,用移动热源模拟搅拌头的作用,对搅拌摩擦焊接进行数值模拟.瞬态温度场及残余应力场与试验结果吻合良好,从而验证了该模型的正确性.本文研究了焊接过程中应力变化过程,指出应力场的不均匀分布引起板的弯曲变形.建立了不同尺寸有限元模型,研究板的尺寸对残余变形的影响.板的宽度对纵向残余变形曲率影响较大,长度对变形曲率影响较小.当焊接长度足够长,模型宽度相同时,不同模型远离端部区域纵向弯曲曲率相同.板的横向残余变形主要由焊缝区域变形引起,远离焊缝区域几乎没有弯曲变形发生,且板的尺寸对变形曲率影响很小.     

聚四氟乙烯真空摩擦学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法研究聚四氟乙烯(PTFE)和铁滑动模型在不同真空度下的摩擦学性能，从原子尺度揭示聚四氟乙烯在不同真空度下的摩擦磨损机理.模拟结果表明，随着真空度的增加，摩擦系数逐渐降低，磨损率增加.通过分析径向分布函数(RDF)、原子相对浓度、摩擦界面温度和原子运动速度等的变化，发现真空度升高，更多的聚四氟乙烯分子链吸附在铁原子层表面，使得相互作用增强，摩擦界面温度升高，原子运动速度加快，在滑动过程中更多的聚四氟乙烯分子黏附在铁原子表面，导致磨损量也增大.利用空间环境地面模拟装置考察了PTFE在不同真空度下的摩擦磨损性能，从而验证了分子动力学模拟计算结果的可靠性.     

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.