【摘要】： 根據(jù)接觸副相對運動的不同,球／平面接觸條件下的微動可分為切向、徑向、轉(zhuǎn)動和扭動微動4種模式。目前的研究主要集中在切向微動模式,很少有文獻進行轉(zhuǎn)動微動的研究。在微動運動中,常出現(xiàn)的摩擦噪聲和振動,也引起了許多學者的興趣,但是目前鮮有學者將微動過程中激發(fā)的摩擦振動和噪聲與磨損機制相結(jié)合進行研究。因此,借助摩擦振動和噪聲對轉(zhuǎn)動微動進行研究,不僅豐富了微動摩擦學的基本理論,而且對抗工業(yè)微動損傷有重要的指導(dǎo)意義。 本文采用球／平面接觸方式,在新型低速高精度轉(zhuǎn)動臺和六維傳感器(x、y、z方向的力和力矩),進行了PMMA平板試樣在不同法向載荷(20N、50N、100N)和轉(zhuǎn)動角位移幅值(θ=0.25°、1°、2.5°、15°、30°)與GCr15鋼球配副對磨時的轉(zhuǎn)動微動磨損試驗。在詳細分析微動接觸條件動力學的基礎(chǔ)上,結(jié)合光學顯微鏡(OM)和表面輪廓儀,輔以噪聲和振動信號采集設(shè)備,對PMMA轉(zhuǎn)動微動的運行行為和磨損行為進行了研究,并對信號與磨損機制之間的聯(lián)系進行了探討。利用有限元方法,建立球／平面模型,對轉(zhuǎn)動微動進行數(shù)值模擬,將計算結(jié)果和實驗結(jié)果進行比較。完成的主要工作和取得的主要結(jié)論如下： 1.摩擦力-轉(zhuǎn)動角位移幅值(Ft-θ)曲線可以用來表征轉(zhuǎn)動微動的動力學特性。根據(jù)實驗數(shù)據(jù),可得到三種基本的Ft-θ曲線類型：直線型、橢圓型和平行四邊型,與切向微動的結(jié)果類似。 2.研究建立了高分子材料轉(zhuǎn)動微動的運行工況微動圖(RCFM),發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動微動的混合區(qū)相對較窄。 3.在部分滑移區(qū),摩擦系數(shù)隨循環(huán)次數(shù)沒有明顯變化,隨載荷增加而降低；在混合區(qū)和完全滑移區(qū),摩擦系數(shù)隨循環(huán)次數(shù)變化的曲線可以分為三個階段,即：跑合階段、上升階段和相對穩(wěn)定階段；混合區(qū)摩擦系數(shù)高于部分滑移區(qū)和完全滑移區(qū)。 4.研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動微動磨損嚴重依賴于法向載荷、角位移幅值和循環(huán)周次。當角位移幅值較小時,微動運行于部分滑移區(qū),磨損較輕微,其磨損機制為輕微磨粒磨損；對于混合區(qū),其磨損機制是磨粒磨損和疲勞磨損并伴隨有黏性流動；隨著角位移幅值的增加,微動進入完全滑移區(qū),磨損機制與混合區(qū)相同,當微動運行在大角度位移幅值時,出現(xiàn)以波紋為特征的形貌,隨著波紋被去除,微動進入與滑動的過渡區(qū)域。因此,PMMA的轉(zhuǎn)動微動運行范圍應(yīng)低于角度幅值15°。 5.對摩擦振動和噪聲信號進行研究,初步探討了磨損機制與摩擦振動和噪聲信號之間的關(guān)系,得出以下結(jié)果： a)部分滑移區(qū)：由于接觸表面是彈性形變協(xié)調(diào),因此只能激發(fā)出很微弱的摩擦振動和噪聲信號 b)完全滑移區(qū)：跑合期結(jié)束后,二體相互接觸,此時磨損機制是黏性流動和磨粒磨損,摩擦振動和噪聲信號明顯增強；隨轉(zhuǎn)動次數(shù)的增加,中間出現(xiàn)波紋狀特征,損傷加強,摩擦振動和噪聲信號的幅度略微增加；循環(huán)次數(shù)再次增加,中間波紋開始出現(xiàn)疲勞特征,被去除,這時磨損機制是疲勞磨損為主的磨粒磨損加疲勞磨損的機制,摩擦振動和噪聲信號明顯增強；波紋完全去除后,磨屑散落在接觸表面形成第三體層,磨損降低,切向振動信號明顯降低,法向振動信號略有降低,但摩擦噪聲信號沒有明顯變化。 6.使用ANSYS軟件,建立球—平面接觸條件下的轉(zhuǎn)動微動有限元模型。在彈性和塑性范圍內(nèi),考察了轉(zhuǎn)動角位移幅值對接觸應(yīng)力的影響,解釋了轉(zhuǎn)動微動完全滑移條件下中心隆起的現(xiàn)象。
【圖文】：

50Amp套}tudeo丁vlbr色妻40們氣pm)圖1一5在不同振動頻率和幅度下的摩擦系數(shù)[40】(滑移速度 1.17m/s，加載載荷一ON:粗糙度1.50卿(RMs)，相對濕度50%，試樣pTFE)因此，對摩擦噪聲和摩擦振動進行研究，不僅有利于了解材料的內(nèi)部變形機制，也可以知道材料的表面形貌變化。.2微動的運行模式及其研究在實際工況中微動運行十分復(fù)雜，目前尚無統(tǒng)一分類方法，通常按球/平面接觸模式將微動狀態(tài)簡單化。根據(jù)不同的相對運動方向，可把微動可分為4種基本運行模式

只勸班川虧O汽吞i滁麒琳八圖1一11接觸中心波紋和磨屑在其附近對試樣造成磨損的示意圖I’4〕莫繼良等 [el62]研究了新型的轉(zhuǎn)動微動實驗平臺，依靠對不同材料的大量實驗，得出轉(zhuǎn)動微動和切向微動一樣也會出現(xiàn)三種動力學曲線即:直線型、橢圓型和平行四邊型。他們認為中心隆起是材料在轉(zhuǎn)動模式下塑性流動在接觸中心積累的結(jié)果，其磨損機制主要為磨粒磨損、剝層和氧化磨損。.3轉(zhuǎn)動微動中的運行實例轉(zhuǎn)動微動現(xiàn)象大量存在于機械裝備和器械中，，例如機車車輛轉(zhuǎn)向架與車體連接的心盤的磨損，球閥中球體與閥體配合面的運動、人體植入器械中的人工心臟瓣膜、骸關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)柞臼狀接觸區(qū)內(nèi)發(fā)生的失效[63“4]。在鐵路運輸行業(yè)，滾滑表面的摩擦磨損和緊配合面的微動失效是制約機車車輛運行的關(guān)鍵因素。高速列車的輪軸配合方式為過盈配合，由于軸彈性變形和運行過程中存在不可避免的振動
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TH117

【引證文獻】

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 羅軍;車軸鋼表面涂層/改性層的轉(zhuǎn)動微動磨損研究[D];西南交通大學;2011年

2 鄭健峰;車軸鋼不同模式微動磨損行為研究[D];西南交通大學;2010年

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 任元;物理氣相沉積CrN和AlCrN涂層轉(zhuǎn)動微動摩擦磨損性能研究[D];西南交通大學;2011年

本文編號：2594964