本文選題：直流磁場　切入點：干滑動　出處：《西北工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步、磁性材料和電磁技術(shù)的發(fā)展,越來越多的電磁設(shè)備得到了應(yīng)用。磁場能夠引起磁性材料的機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能等發(fā)生變化,從而影響電磁設(shè)備中摩擦副的摩擦學(xué)性能和使用壽命等。本論文主要研究直流磁場對金屬材料干滑動摩擦學(xué)性能的耦合作用機(jī)制,探索磁場對材料摩擦學(xué)性能產(chǎn)生影響的主要因素和規(guī)律,豐富磁場干摩擦學(xué)理論,為磁場干摩擦學(xué)的實際應(yīng)用、實現(xiàn)摩擦系統(tǒng)的主動控制提供理論依據(jù)。本論文利用研制的HY-100型銷盤式摩擦磨損試驗機(jī),進(jìn)行了有磁場和無磁場下不同磁屬性材料的摩擦磨損試驗,研究了磁感應(yīng)強(qiáng)度、速度、載荷對45鋼摩擦學(xué)性能的影響規(guī)律,分析了低速下磁場中45鋼從嚴(yán)重磨損轉(zhuǎn)變到輕微磨損試驗過程中銷盤磨痕和磨屑的形貌與成分等的變化,利用電磁學(xué)理論,建立了銷/盤摩擦副的三維靜磁場有限元模型、微凸峰接觸的二維靜磁場有限元模型、磨屑受力模型、直流磁場促進(jìn)45鋼實現(xiàn)嚴(yán)重-輕微磨損轉(zhuǎn)變的物理模型。通過上述試驗和分析,得出以下結(jié)論:(1)銷試樣與盤試樣材料的磁性能和摩擦接觸狀態(tài)等影響摩擦接觸區(qū)的磁場分布,而磁場分布影響了銷試樣和盤試樣之間磁吸力、磨屑在摩擦接觸區(qū)的分布和摩擦學(xué)行為、摩擦相對運(yùn)動過程產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象和動態(tài)磁化現(xiàn)象,從而影響材料的摩擦學(xué)性能。(2)直流磁場對不同磁屬性材料摩擦學(xué)性能的影響與材料的磁化特性有關(guān)。材料的磁導(dǎo)率越大,磁化效應(yīng)越明顯,與外部磁場的耦合作用越大,摩擦接觸區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度越大,對其摩擦學(xué)性能的影響越大。在低速下,外部磁場對抗磁性材料紫銅的摩擦學(xué)性能影響很小,對順磁性材料鈦合金的摩擦學(xué)性能有影響,減小了粘著磨損的比例,增大了磨粒磨損和氧化磨損的比例。磁場對鐵磁性材料45鋼的摩擦學(xué)性能的影響比較大,在磨痕表面形成了一層氧化膜,顯著減小了磨損系數(shù),增大了摩擦噪聲。所以鐵磁性材料比較適合利用磁場來改變其摩擦學(xué)性能。(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度對鐵磁性材料45鋼的摩擦學(xué)性能的影響與其磁化曲線密切相關(guān)。在低速下磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大減小了45鋼的磨損系數(shù),增大了銷溫升和摩擦噪聲。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度小于其閥值Bc時,磨損機(jī)制主要是磨粒磨損+粘著磨損;當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過其閥值Bc時,磨損機(jī)制可轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸p,實現(xiàn)了嚴(yán)重磨損-輕微磨損的轉(zhuǎn)變,磨損系數(shù)顯著減小,但增大了摩擦噪聲。磁感應(yīng)強(qiáng)度繼續(xù)越大,磨損系數(shù)減小的趨勢變緩。所以利用磁場對鐵磁性材料進(jìn)行減磨時,施加的磁感應(yīng)強(qiáng)度不必太大。(4)在不同磁感應(yīng)強(qiáng)度下,載荷的增大能夠減小摩擦系數(shù)、增大銷溫升,對45鋼的磨損機(jī)制影響較小。載荷越小,施加磁場使磨損系數(shù)越小,但引起較大的噪聲;當(dāng)載荷較大時,施加磁場既能減小摩擦系數(shù),也能減小磨損系數(shù)和摩擦噪聲。在磁感應(yīng)強(qiáng)度較小時,載荷的增大可以減小磨損系數(shù),增大摩擦噪聲;在磁感應(yīng)強(qiáng)度較大形成氧化磨損的情況下,載荷的增大破壞了氧化膜,增加了磨粒磨損的比例,使摩擦系數(shù)和摩擦噪聲都減小了,但磨損系數(shù)變化不大。磁感應(yīng)強(qiáng)度和外部載荷同時增大時,45鋼的摩擦系數(shù)和磨損系數(shù)隨著下降,而銷溫升隨著提高。(5)磁場對45鋼摩擦學(xué)性能的影響與速度變化密切相關(guān)。在不同磁感應(yīng)強(qiáng)度下,速度的增大減小了摩擦系數(shù),增大了銷溫升。施加外部磁場后,45鋼氧化磨損的速度范圍擴(kuò)大了。在低速時磁場促進(jìn)了45鋼的氧化磨損,明顯減小了磨損系數(shù);在中高速時,隨著速度的提高,磁場能夠吸引的磨屑越來越少,對45鋼的磨損機(jī)制影響不大,對其磨損系數(shù)和摩擦系數(shù)的影響也較小。磁感應(yīng)強(qiáng)度和速度同時增大時,摩擦系數(shù)和磨損系數(shù)都隨著下降,而銷溫升隨著提高。所以,在低速下利用磁場對鐵磁性材料進(jìn)行減磨的效果比較好。(6)磁場吸引磨屑所形成的捕獲層的厚度、寬度、性能和成分等決定了材料磁場干摩擦的摩擦學(xué)性能。磨屑的尺寸和磁性能、速度、磁感應(yīng)強(qiáng)度及其分布等因素影響捕獲層的形成、厚度和寬度等。磨屑的尺寸越小、磨屑的磁導(dǎo)率和剩磁越大、速度越低、磁感應(yīng)強(qiáng)度越大,磨屑越容易吸附在盤磨痕上形成捕獲層。(7)微凸峰間隙處較大的磁場強(qiáng)度梯度有利于氧氣分子向微凸峰接觸點聚集,促進(jìn)該區(qū)域的氧化;磁場引起的動態(tài)磁化激活效應(yīng)和熱效應(yīng)、摩擦過程的機(jī)械作用、磁場捕獲磨屑反復(fù)參與摩擦導(dǎo)致的氧化積累作用、磁場促進(jìn)磨屑的細(xì)化等都促進(jìn)了磨痕和磨屑的氧化。(8)磁場能夠?qū)㈣F磁性磨屑吸引在摩擦接觸區(qū)和盤磨痕上形成一定厚度和寬度的捕獲保護(hù)層,使其反復(fù)參與摩擦,促進(jìn)鐵磁性材料45鋼磨痕和磨屑的氧化,促進(jìn)磨痕表面的硬化和磨屑的細(xì)化。當(dāng)磨痕和磨屑的氧化、磨屑的細(xì)化達(dá)到一定程度時,逐漸在磨痕表面形成一層壓實的氧化膜,促進(jìn)嚴(yán)重磨損-輕微磨損的轉(zhuǎn)變,提高了45鋼的耐磨性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG115.58

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本文編號：1624992