微载荷含油轴承摩擦性能研究Ⅰ.摩擦试验机设计

研制了1种针对径向轴承的微载荷摩擦试验机,介绍了其工作原理及结构,即利用外加载荷抵消浮动测试架重量以施加微小载荷,并利用激光位置传感器(PSD传感器)实现无接触位移测量;同时测量了摩擦副的转动角度并计算出摩擦系数;采用摩擦转角测量法和外加力矩平衡摩擦法测量微载荷下的摩擦性能,以测量时间末端位置作为位置基准,通过极限偏载平衡进行载荷标定.结果表明:微载荷摩擦试验机可应用于径向轴承在微小载荷下的摩擦力测量;可以通过在较大范围内设置结构参数来研究径向轴承的摩擦特性;并可利用数据采集技术研究速度和载荷连续变化条件下的摩擦性能.     

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％     

电摩擦现象--电场对金属/陶瓷摩擦行为的影响

探讨了利用调节外加电场改变金属／陶瓷摩擦副摩擦行为的可行性及通过在线反馈控制外加电压的大小实现摩擦系数主动的控制的可能性。试验发现,在硬脂酸锌乳化液润滑条件下,施加数十伏的外加直流电压,由三氧化二铝、石英玻璃等陶瓷材料与钢、黄铜、不锈钢等构成的滑动摩擦副的摩擦系数发生显著变化,变化幅度与所加电压的大小、极性以及金属材料的种类有关。初步分析表明,发生这种电摩擦现象的原因在于摩擦副表面特别是金属表面吸     

Si3N4陶瓷电化学研磨特性及机理分析

采用自制的全程方向渐变型恒速平面研磨试验机考察了Si3N4陶瓷球在水基介质润滑下同灰铸铁HT250和45#钢配副时的电化学研磨特性,分析了外加电压对摩擦磨损性能的影响机理;并采用扫描电子显微镜和原子力显微镜分析了外加电压极性对Si3N4陶瓷球摩擦磨损性能的影响.结果表明,对金属盘施加正向电压导致Si3N4陶瓷球磨痕明显增大,而摩擦系数基本保持不变;施加反向电压则可使摩擦系数及Si3N4磨痕明显减小;在对比分析基础上筛选得到了兼具较高研磨效率和良好研磨表面质量的优化研磨方案,可用于Si3N4陶瓷高效研磨.     

外加电压对三氧化二铝／黄铜摩擦副摩擦的主动控制试验研究

研究了用外加电压法对三氧化二铝／黄铜摩擦副的低速滑动摩擦行为进行主动控制的技术．结果表明：通过合理选择控制算法中的步长参数，能使摩擦系数的波动幅度得到有效控制；摩擦系数预定目标值与实测值之间的误差可控制在 ３％ 之内，即摩擦系统能够达到较高的控制精度．由初始值到达目标值所需过渡过程的长短与控制算法中的步长参数有关，试验中稳定系统的过渡过程约为 １０～３０ ｍ ｉｎ．上述结果显示，用外加电场的方法来主动控制摩擦是可行的     

载荷和电压对纯铜滚动载流摩擦学性能的影响

基于FTM-CF100型滚动载流摩擦试验机,研究了纯铜滚动载流摩擦副在不同载荷和外加电压下的性能变化规律,并利用扫描电子显微镜、白光干涉三维形貌仪等对摩擦表面进行微观分析,揭示了稳态运行时性能变化的机理.研究表明:增加载荷和增加电压均促进粗糙接触表面发生形变,真实接触面积的增加降低了接触电阻,摩擦区域粗糙度的改善提高了动态摩擦系数和动态电阻的稳定性.但电阻热促进材料黏着,因而同一载荷下载流摩擦系数高于单纯机械摩擦系数,且随外加电压的增加持续增加.     

外加电场对边界润滑条件下钢—钢摩擦副摩擦磨损性能的影响

利用球－盘式摩擦磨损试验机,考察了钢－钢（ＳＵＪ２／Ｓ４５Ｃ）摩擦副在不同润滑剂润滑下的摩擦磨损性能及外加电场对摩擦磨损性能的影响。结果表明：施加电压,特别是改变电压极性可使摩擦副的摩擦磨损性能发生很大变化,而电场及其极性对摩擦磨损性能的影响效果取决于润滑剂及边界润滑膜的性质。     

用回归设计法进行离合器片摩擦特性的研究

本文介绍用回归设计法对离合器片摩擦特性进行的试验研究,並应用它定量分析了压力、速度、温度、转数对离合器片摩擦特性的影响。这种方法不仅试验次数少,而且能把试验的安排、数据的处理、回归方程的建立、预测与控制和试验精度等统一起来全面考虑。它在摩擦学领域中(不仅局限于离合器片的研究)是一种比较完善的研究方法。     

外加直流电场对DLC/PAO固液复合润滑体系摩擦学行为的影响

本文中利用球-盘式载流摩擦试验机研究了DLC/PAO固液复合润滑体系在外加直流电场中的摩擦学行为,考察摩擦副滑动速度、加载电压以及回路电流的影响,结果表明:外加直流电场对复合润滑体系摩擦磨损行为的影响与摩擦副的滑动速度密切相关,这源于不同润滑状态时DLC薄膜的电气损伤行为以及薄膜的结构、成分变化.根据润滑状态和外加电压的不同,DLC薄膜的电气损伤可以表现为线状隆起或烧蚀坑,其中线状隆起型损伤源于载流摩擦界面的焦耳热,烧蚀坑损伤则源于摩擦对偶之间的拉弧放电及PAO油膜的击穿.Raman光谱显示电气损伤区DLC薄膜发生显著的石墨化转变,且石墨化程度取决于回路电流的大小.外加电场条件下DLC薄膜的石墨化转变虽然在一定条件下可使复合润滑体系的摩擦系数降低,但削弱了DLC薄膜的抗磨性能,使薄膜的磨损表现为电气损伤和机械磨损的耦合.     

用外加压控制摩擦力的机理与技术：Ⅰ.摩擦自生电势与摩擦力的相关性…

用外加电压控制金属摩擦损是摩擦学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热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。     

电极电势对氮化硅／黄铜滑动摩擦副摩擦磨损性能的影响研究

在自制摩擦磨损试验机上考察了黄铜表面电极电势的变化对氮化硅 /黄铜滑动摩擦副摩擦磨损特性的影响 .结果表明 ,在不同的电势区间内 ,摩擦系数表现出不同的变化趋势 ,特别是在 - 1.4～ - 1.0 V电势区间内摩擦系数表现出可控性 .利用扫描电子显微镜观察发现 ,在摩擦系数可控区摩擦系数有所增大但磨损并未加剧 .根据黄铜在润滑液中的循环伏安曲线可以初步推断 ,在不同的电势区间内 ,电化学反应的不同是引起摩擦系数变化的主要原因     

镁合金表面磁控溅射CNx/SiC/Ti多层膜的摩擦磨损性能

采用室温磁控溅射技术在镁合金(AZ91D)表面制备了CNx/SiC/Ti(氮化碳/碳化硅/钛)多层膜(SiC、Ti为中间层),研究了CNx薄膜的纳米压痕行为和摩擦磨损性能.结果表明:CNx薄膜具有低的纳米硬度(6.67GPa)、低的弹性模量(54.68GPa)和高的硬度与弹性模量比值(0.122);在以氮化硅球为对摩副的室温干摩擦条件下摩擦系数约为0.162,磨损率在10-6mm3/(m.N)级,薄膜经长时间(3.5h)磨损后未出现裂纹和剥落.分析表明,摩擦化学和硬度与弹性模量比值对摩擦系数和磨损率有重要影响.     

考虑上游泵送效应的滑靴副动压润滑特性

为了改善轴向柱塞泵滑靴副的润滑性能,利用仿生学原理,在斜盘上构建倾斜椭圆形微坑织构. 通过微坑产生的动压效应和上游泵送效应,以期能够优化滑靴副的摩擦性能并减少泄漏量. 基于CFD方法开展了具有椭圆形微坑织构滑靴副的建模与润滑性能研究,揭示了不同润滑介质黏度和转速下柱塞泵滑靴副的承载能力、泄漏量和摩擦系数随微坑倾斜角度的变化规律. 研究结果表明:通过在斜盘面上建立无倾斜椭圆形微坑,能明显提高滑靴副的承载能力,并降低摩擦系数,但会导致泄漏量增大;而在此基础上,通过将椭圆形微坑相对于其滑动方向旋转一定角度,滑靴副的承载能力和摩擦系数不会明显变化,但可以显著减小润滑介质泄漏量.      

陶瓷人工关节的跑合和摩擦性能研究

研究３种生物陶瓷材料（氧化铝，氮化硅和碳化硅）在水中的跑合及其摩擦特性。结果表明：跑合前，氮化硅－氮化硅摩擦副的起始摩擦因数和稳态摩擦因数最高，碳化硅－碳化硅磨擦副的起始摩擦因数和稳态摩擦因数最低，跑合后，氧化铝－氧化铝摩擦副的稳态摩擦因数最高，碳化硅－碳化硅摩擦副的起始摩擦因数和稳态摩擦因数仍然最低。当摩擦副表面均加工到超光洁状态（表面粗糙度Ｒａ为纳米数量级）时，碳化硅－碳化硅摩擦副的摩擦性能最     

钨合金/黄铜复合结构靶抗高速破片侵彻的实验研究

在二级轻气炮上对新设计的一种钨合金/黄铜的有间隙的复合结构靶板开展了抗侵彻实验研究。靶板材料为多层结构,层与层之间有10mm到50mm的间隙。为了得到最优的结构设计参数,在二级轻气炮上对这种结构的靶板进行了弹丸质量为3g～20g、弹丸速度为2000m/s～4100m/s的抗侵彻实验研究。研究结果表明,高密度、高硬度的93W合金板和H62黄铜是防护结构最佳选材之一;用它们的两组合设计的四层复合结构靶能抵抗质量约20g,速度约2000m/s的钢质破片的侵彻。这一研究结果为选择合理的防护结构提供实验支持。     

温度对炭纤维增强纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

以自制炭纤维增强纸基摩擦材料和45#钢为摩擦副,采用惯量试验方法研究了温度对摩擦副摩擦性能的影响.结果表明:温度不仅影响其摩擦力矩曲线的形态,也影响动、静摩擦力矩和摩擦系数的大小;在较低温度下,摩擦力矩曲线形态较为对称,动、静摩擦系数较高,随着温度升高,摩擦力矩曲线尾部翘起程度增大,动、静摩擦系数减小,制动拖曳时间延长;试验结果对纸基摩擦材料的性能设计和自动变速器工作参数设计具有指导意义.     

Experimental investigation of a single-degree-of-freedom system with Coulomb friction

This paper presents an experimental investigation of the dynamic behaviour of a single-degree-of-freedom (SDoF) system with a metal-to-metal contact under harmonic base or joined base-wall excitation. The experimental results are compared with those yielded by mathematical models based on a SDoF system with Coulomb damping. While previous experiments on friction-damped systems focused on the characterisation of the friction force, the proposed approach investigates the steady response of a SDoF system when different exciting frequencies and friction forces are applied. The experimental set-up consists of a single-storey building, where harmonic excitation is imposed on a base plate and a friction contact is achieved between a steel top plate and a brass disc. The experimental results are expressed in terms of displacement transmissibility, phase angle and top plate motion in the time and frequency domains. Both continuous and stick-slip motions are investigated. The main results achieved in this paper are: (1) the development of an experimental set-up capable of reproducing friction damping effects on a harmonically excited SDoF system; (2) the validation of the analytical model introduced by Marino et al. (Nonlinear Dyn, 2019. https://doi.org/10.1007/s11071-019-04983-x) and, particularly, the inversion of the transmissibility curves in the joined base-wall motion case; (3) the systematic observation of stick-slip phenomena and their validation with numerical results.     

A numerical bifurcation study of friction effects in a slip-controlled torque converter clutch

Friction plays a key role in the efficiency and stability of the slip-controlled torque converter clutches. The effects of friction on the dynamics and stability of a slip-controlled torque converter clutch system using a bifurcation-analysis-based approach is presented in this paper. A three degree-of-freedom nonlinear driveline model with integral feedback action to control the clutch slip speed has been utilized for this study. The clutch interface friction is dependent on the slip speed and is a function of the static friction constant, μ ₀, the low velocity friction constant μ ₁, and the low velocity exponential rate, γ. Using one-parameter numerical continuation, local Hopf bifurcations of the subcritical type are observed as the friction parameters μ ₁ and γ were varied at low slip speeds. The continuation results are verified using simulations of the full nonlinear model. Stick-slip and undesirable oscillations of the model inertia elements are observed for certain parameter values. As the slip speed is increased, the bifurcation instability occurs at an increasingly higher value of μ ₁ signifying an improved tolerance of negative friction gradient at higher slip speeds. Smaller exponential rates γ are tolerated at higher slip speeds before the bifurcation instability occurs. For the range of parameter values considered, no bifurcations occur for a slip speeds higher than 3.4 and 4.5 rad/s with μ ₁ and γ as the continuation parameters, respectively. These values of slip speeds are much lower than the system’s first mode of torsional vibration of 16 Hz (≈100 rad/s).