【摘要】： 根據(jù)接觸副相對(duì)運(yùn)動(dòng)的不同,球／平面接觸條件下的微動(dòng)可分為切向、徑向、轉(zhuǎn)動(dòng)和扭動(dòng)微動(dòng)4種模式。目前的研究主要集中在切向微動(dòng)模式,很少有文獻(xiàn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)的研究。在微動(dòng)運(yùn)動(dòng)中,常出現(xiàn)的摩擦噪聲和振動(dòng),也引起了許多學(xué)者的興趣,但是目前鮮有學(xué)者將微動(dòng)過(guò)程中激發(fā)的摩擦振動(dòng)和噪聲與磨損機(jī)制相結(jié)合進(jìn)行研究。因此,借助摩擦振動(dòng)和噪聲對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)進(jìn)行研究,不僅豐富了微動(dòng)摩擦學(xué)的基本理論,而且對(duì)抗工業(yè)微動(dòng)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(dòng)臺(tái)和六維傳感器(x、y、z方向的力和力矩),進(jìn)行了PMMA平板試樣在不同法向載荷(20N、50N、100N)和轉(zhuǎn)動(dòng)角位移幅值(θ=0.25°、1°、2.5°、15°、30°)與GCr15鋼球配副對(duì)磨時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)磨損試驗(yàn)。在詳細(xì)分析微動(dòng)接觸條件動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上,結(jié)合光學(xué)顯微鏡(OM)和表面輪廓儀,輔以噪聲和振動(dòng)信號(hào)采集設(shè)備,對(duì)PMMA轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)的運(yùn)行行為和磨損行為進(jìn)行了研究,并對(duì)信號(hào)與磨損機(jī)制之間的聯(lián)系進(jìn)行了探討。利用有限元方法,建立球／平面模型,對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬,將計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(dòng)角位移幅值(Ft-θ)曲線可以用來(lái)表征轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(dòng)的結(jié)果類似。 2.研究建立了高分子材料轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)的運(yùn)行工況微動(dòng)圖(RCFM),發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)的混合區(qū)相對(duì)較窄。 3.在部分滑移區(qū),摩擦系數(shù)隨循環(huán)次數(shù)沒(méi)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(gè)階段,即：跑合階段、上升階段和相對(duì)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(dòng)微動(dòng)磨損嚴(yán)重依賴于法向載荷、角位移幅值和循環(huán)周次。當(dāng)角位移幅值較小時(shí),微動(dòng)運(yùn)行于部分滑移區(qū),磨損較輕微,其磨損機(jī)制為輕微磨粒磨損；對(duì)于混合區(qū),其磨損機(jī)制是磨粒磨損和疲勞磨損并伴隨有黏性流動(dòng)；隨著角位移幅值的增加,微動(dòng)進(jìn)入完全滑移區(qū),磨損機(jī)制與混合區(qū)相同,當(dāng)微動(dòng)運(yùn)行在大角度位移幅值時(shí),出現(xiàn)以波紋為特征的形貌,隨著波紋被去除,微動(dòng)進(jìn)入與滑動(dòng)的過(guò)渡區(qū)域。因此,PMMA的轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)運(yùn)行范圍應(yīng)低于角度幅值15°。 5.對(duì)摩擦振動(dòng)和噪聲信號(hào)進(jìn)行研究,初步探討了磨損機(jī)制與摩擦振動(dòng)和噪聲信號(hào)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(dòng)和噪聲信號(hào) b)完全滑移區(qū)：跑合期結(jié)束后,二體相互接觸,此時(shí)磨損機(jī)制是黏性流動(dòng)和磨粒磨損,摩擦振動(dòng)和噪聲信號(hào)明顯增強(qiáng)；隨轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)的增加,中間出現(xiàn)波紋狀特征,損傷加強(qiáng),摩擦振動(dòng)和噪聲信號(hào)的幅度略微增加；循環(huán)次數(shù)再次增加,中間波紋開(kāi)始出現(xiàn)疲勞特征,被去除,這時(shí)磨損機(jī)制是疲勞磨損為主的磨粒磨損加疲勞磨損的機(jī)制,摩擦振動(dòng)和噪聲信號(hào)明顯增強(qiáng)；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(dòng)信號(hào)明顯降低,法向振動(dòng)信號(hào)略有降低,但摩擦噪聲信號(hào)沒(méi)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(dòng)微動(dòng)有限元模型。在彈性和塑性范圍內(nèi),考察了轉(zhuǎn)動(dòng)角位移幅值對(duì)接觸應(yīng)力的影響,解釋了轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)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(dòng)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(duì)濕度50%，試樣pTFE)因此，對(duì)摩擦噪聲和摩擦振動(dòng)進(jìn)行研究，不僅有利于了解材料的內(nèi)部變形機(jī)制，也可以知道材料的表面形貌變化。.2微動(dòng)的運(yùn)行模式及其研究在實(shí)際工況中微動(dòng)運(yùn)行十分復(fù)雜，目前尚無(wú)統(tǒng)一分類方法，通常按球/平面接觸模式將微動(dòng)狀態(tài)簡(jiǎn)單化。根據(jù)不同的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，可把微動(dòng)可分為4種基本運(yùn)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(duì)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(dòng)微動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，依靠對(duì)不同材料的大量實(shí)驗(yàn)，得出轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)和切向微動(dòng)一樣也會(huì)出現(xiàn)三種動(dòng)力學(xué)曲線即:直線型、橢圓型和平行四邊型。他們認(rèn)為中心隆起是材料在轉(zhuǎn)動(dòng)模式下塑性流動(dòng)在接觸中心積累的結(jié)果，其磨損機(jī)制主要為磨粒磨損、剝層和氧化磨損。.3轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)中的運(yùn)行實(shí)例轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)現(xiàn)象大量存在于機(jī)械裝備和器械中，，例如機(jī)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(yùn)動(dòng)、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(yùn)輸行業(yè)，滾滑表面的摩擦磨損和緊配合面的微動(dòng)失效是制約機(jī)車車輛運(yùn)行的關(guān)鍵因素。高速列車的輪軸配合方式為過(guò)盈配合，由于軸彈性變形和運(yùn)行過(guò)程中存在不可避免的振動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TH117

【引證文獻(xiàn)】

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2 鄭健峰;車軸鋼不同模式微動(dòng)磨損行為研究[D];西南交通大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：2594964