直流磁场下销盘摩擦接触区的电磁感应现象

为了研究直流磁场对45钢销盘摩擦副的摩擦磨损特性的影响,根据磁场销盘摩擦试验机的结构和销盘摩擦副在摩擦过程中的实际接触情况,建立了二维微凸峰接触静态磁场和瞬态磁场有限元模型,分析了销盘摩擦接触区的电磁感应现象,得出以下结论:磁感应强度B在摩擦接触区分布不均,在微凸峰接触点区域的磁感应强度B值较大;摩擦试验中,在销盘磨痕和磨屑的微凸峰接触区将产生较高频率的动态磁化,同时在微凸峰上产生较大的感应电流,这些现象促进了销盘磨痕表面和磨屑的氧化.     

不同摩擦工况下纯铁试样表面磁记忆现象研究

采用纯铁圆盘试样与标准碳钢钢球(45钢)组成球-盘摩擦副进行旋转摩擦试验,研究在干摩擦条件下,不同的滑动速度及法向载荷下摩擦表面的磁记忆现象.试验结果表明:磨损前后磁记忆信号存在较大差异,磨损后的磁记忆信号在磨痕处出现信号突变,此突变信号可以准确地表征磨痕的位置及磨痕的宽度.对磁记忆信号进行梯度处理,可以发现不同工况下磨痕处的信号峰面积S、交点距n及梯度峰峰值Vpp三者均不相同,且与磨痕的特征存在一定的关系.此外,通过获取不同干摩擦条件下磨痕处的梯度信号特征值,发现信号峰面积S、交点距n及梯度峰峰值Vpp三者均随滑动速度及法向载荷的增大而增大.     

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.     

离心铸造二元钛合金的摩擦磨损性能研究

采用钨电极熔化、离心浇注工艺制备Ti-Mo、Ti-Nb和Ti-Cr二元钛合金,利用CJS111A型球-盘式摩擦磨损试验机评价其干摩擦磨损性能,研究合金元素对钛合金耐磨性的影响,采用扫描电子显微镜观察合金磨损表面形貌,利用机械性能显微探针测量磨痕轮廓,分析了几种合金的磨损机理.结果表明:当合金中Mo、Nb及Cr元素的质量分数为5%时,几种二元合金的稳态摩擦系数相差不大;当Mo、Nb及Cr元素的质量分数为10%时,Ti-10Mo合金与Ti-10Nb合金的稳态摩擦系数相差不大,Ti-10Cr合金的稳态摩擦系数较大;几种合金中,硬度较低的Ti-5Nb合金试样的磨痕深度最小,硬度最高的Ti-5Cr合金试样的磨痕深度最大;Ti-Mo合金和Ti-Nb合金的磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损共同作用,而Ti-Cr合金则以磨粒磨损为主.     

金属橡胶隔振构件中不锈钢丝的微动摩擦磨损性能研究

以金属橡胶隔振构件疲劳试验数据为基础,将柱-块摩擦样品表面刻槽以嵌入并固定钢丝,在SRV高温摩擦磨损试验机上评价φ0.3 mm的冷拉拔1Cr18Ni9不锈钢钢丝在不同载荷下的微动摩擦磨损性能,用激光扫描共焦显微镜对其磨痕表面进行分析.结果表明:冷拉拔不锈钢丝的表面粗糙度Ra值为3.447μm;在磨损初期阶段,需要约28s打磨其表而的凹凸体;由不锈钢丝"微动单元"的摩擦曲线可以将其磨损过程划分为表面打磨、接触面黏着、第三体床形成以及稳定磨损4个阶段,其中稳定磨损阶段的摩擦系数相对平稳,磨痕表面光滑程度高于基体的原始表面,磨痕深度介于50～60μm之间.     

接触表面不平度对摩擦尖叫噪声的影响

针对摩擦尖叫的间歇性特点,建立了考虑摩擦接触表面不平度的3自由度摩擦自激振动机理模型.应用数值方法分析了接触表面不平度倾角对系统稳定性及瞬态动力学特性的影响,并进行了基于销-盘装置的摩擦尖叫噪声试验研究.结果表明:系统的稳定性主要取决于系统自身的耦合特性,但也与摩擦特性和接触表面不平度倾角的综合作用有关.当接触表面不平度倾角增大时,系统趋向不稳定,会激发尖叫噪声.     

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.     

有限元模拟TIN 膜/碳钢基材体系的摩擦磨损试验

对TiN膜/碳钢基材体系摩擦磨损过程的有限元模拟表明:磨痕边缘的多种应力集中、磨痕内外的张应力、膜/基界面切应力,都将影响体系的摩擦学行为.用销/盘试验验证了有限元模拟结果,根据对膜层中裂纹的萌生、扩展和体系的损伤、破坏情况分析,摩擦磨损过程分为磨合、稳定磨损、膜层失稳、体系失效阶段.提出了小载荷摩擦磨损下过软基材的膜/基体系失效机制,即膜层在集中应力和张应力作用下发生裂纹萌生和扩展的脆性破坏,其中,由于体系变形引起的磨痕边缘应力集中对膜层早期损伤进而导致体系磨损失效具有最重要作用.     

摩擦热对Ti6Al4V合金摩擦磨损性能的影响

在高速销-盘式摩擦磨损试验机上考察了Ti6Al4V销与GCr15钢盘摩擦副的干滑动摩擦磨损行为,并在线测量了销试样的摩擦接触温度,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及透射电子显微镜分别对Ti6Al4V摩擦表面和次表层的微观形貌、组织成分、相结构进行研究.结果表明:Ti6Al4V的β相变点温度接近其摩擦系数和磨损率的转折温度;随着摩擦表面温度升高,在Ti6Al4V表面依次形成TiO、TiO2和V2O3;温度骤变促使Ti6Al4V表层析出纳米颗粒,高的摩擦温度使空气中的氮渗入表层而形成VN.上述结果共同对Ti6Al4V/GCr15摩擦副的摩擦磨损行为产生影响.     

SUS304奥氏体不锈钢摩擦跑和阶段的摩擦表面层演变及其对摩擦行为的影响

跑合阶段材料的形变过程与组织变化对材料的摩擦行为有重要影响.试验以SUS304奥氏体不锈钢和WCCo硬质合金球为对摩副,采用50 N载荷进行干摩擦试验,对跑合初期磨痕表面粗糙度、氧含量、硬度、形貌、物相以及磨痕截面硬度等分布进行了观察与测量.结果显示:摩擦的最初4个周次,SUS304不锈钢表层发生剧烈的马氏体相变以及塑性变形,导致磨痕表面迅速粗化并生成磨屑,这对随后SUS304不锈钢跑合阶段的摩擦行为产生了重要影响.在后续的摩擦过程中,SUS304不锈钢表层和亚表层组织逐渐演化,形成较为稳定的结构,使得摩擦过程进入稳态.     

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.      

研磨子抑制高速列车车轮多边形磨耗的机理研究

高速列车车轮多边形磨耗是我国高速列车自2008年开行以来出现的最严重的问题之一,直接影响到高速列车的运行安全. 利用高速轮轨滚动试验机试验研究了研磨子的增黏作用和局部缺陷修复作用,探讨了其作用机制. 建立了由轮对、钢轨和整体道床组成的轮轨系统滑动摩擦自激振动模型,研究了轮轨黏着和滑动工况下的轮轨系统摩擦自激振动发生趋势,指出研磨子抑制高速列车车轮多边形磨耗的主要机理在于以下两个方面:(1)研磨子的增黏作用,使轮轨系统制动和牵引时不容易发生滑动,消除了车轮多边形发生的条件;(2)研磨子中硬质颗粒能够有效地将车轮踏面的微观缺陷及时打磨清除,从而有效抑制车轮多边形、异常磨耗及接触疲劳裂纹的产生.      

GCr15钢-CVDCr_7C_3镀层摩擦副摩擦振动的研究

本文系统地研究了GCr15钢球-CVDCr_7C_3镀层钢盘摩擦副滑动干摩擦引起的摩擦力(切向力)振动特性及其对材料摩擦磨损性能的影响。试件系统在垂直和水平方向上均处于低刚度、小阻尼状态。试验信号由微机采集、处理并进行频谱分析。结果表明,摩擦力振动的类型与正压力有关,而与拖动速度无关;摩擦力呈周期性自持振动时具有与相对滑动速度典型的非线性关系,振动频率接近(略低)于系统在切向的固有频率,而与拖动速度无关;摩擦力呈非平稳随机振动时,振动频率与系统在法向的振动频率有关,而与系统在切向的固有频率及拖动速度都无关;摩擦偶件运动的平稳性与摩擦力振动的类型有关,而与平均摩擦系数无关;摩擦力所耗费的能量与正压力呈比例关系。     

干摩擦下金属表面膜及其磨粒对摩擦行为及自生电势的影响

针对几种常用金属摩擦副,在球－盘式摩擦磨损试验机上考察了金属表面膜及其磨粒对其摩擦行为和表面自生电势的影响。结果表明,金属自身的表面膜对其摩擦行为及表面自生电势（SGV）均有明显的影响;而金属磨粒对摩擦行为及自生电势的影响程度取决于磨粒性质及摩擦副的粘附特性。     

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。     

干气密封滑动摩擦界面切向接触刚度分形模型

为揭示干气密封滑动摩擦界面高频微幅自激摩擦振动规律,用分形参数表征摩擦界面形貌特性,根据重新建立的微凸体接触变形方式,以及对非协调弹性体在切向力作用下初始滑动问题的研究,建立了干气密封滑动摩擦界面切向接触刚度分形模型. 通过数值对切向接触刚度的影响因素进行了分析,研究结果表明:切向接触刚度随分形维数、真实接触面积和材料特性系数的增大而增大;切向接触刚度随特征尺度、摩擦系数的增大逐渐减小. 相比于分形维数、特征尺度和材料特性系数对切向接触刚度的影响,摩擦系数的影响相对较小. 这些研究结果为进一步研究干气密封高频微幅自激摩擦振动奠定了基础.      

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.     

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。     

不同管径氧化钛纳米管层的微动磨损性能

利用阳极氧化法在纯钛表面制备了3组平均内径不同的TiO2纳米管层试样,用扫描电子显微镜、硬度仪和轮廓仪对试样表面形貌、显微硬度、纳米硬度和粗糙度进行测试.在大气环境里,以球/平面接触方式,对摩偶件为超高分子聚乙烯球,采用PLINT高精度液压伺服式微动磨损试验机,分别在4种法向载荷下,对试样进行微动磨损试验.结果表明:随法向载荷的增加,同一摩擦副的摩擦系数降低;TiO2纳米管层的存在降低了钛与UHMWPE之间的摩擦系数,在不同载荷下纳米管层表面的摩擦系数均随管径的增大而增大,但低于无纳米管层的对照组;与UHMWPE对摩,TiO2纳米管层有很好的承载、抗剥离和耐磨性能;摩擦副的主要磨损机理为磨粒磨损、UHMWPE塑变导致的表层材料损失.     

沟槽型织构化表面摩擦噪声特性试验研究

用电火花加工方法在制动盘蠕墨铸铁材料表面加工出不同沟槽宽度和间距的沟槽型表面织构,在自行研制的新型摩擦噪声试验装置上,采用球-平面接触方式,选取直径10 mm的GCr15球为对摩副,对沟槽型织构表面和光滑表面进行摩擦噪声对比试验,研究沟槽型织构对摩擦噪声的影响.结果表明:本试验条件下沟槽型表面织构的尺寸及分布对摩擦噪声具有重要影响,一定尺寸及分布的织构表面可明显降低摩擦噪声.本试验条件下的摩擦噪声产生主要归因于接触表面的不平顺、磨屑层不均匀分布以及犁削作用等界面因素,这些因素导致了界面摩擦力高频成分的产生,当其与系统的自然频率耦合时,将引起摩擦系统强烈的自激振动并最终产生摩擦噪声.而摩擦界面存在尺寸分布合理的沟槽型表面织构,将能提高界面排屑能力并打断摩擦界面连续的接触,扰乱摩擦系统的自激振动,抑制摩擦噪声的产生.