發(fā)布時間：2020-08-20 22:53

【摘要】： 無論是火車輪轂材料-鋼軌材料配副的機械-滾動疲勞損傷試驗研究，還是恒定載荷伴有周期性沖擊載荷作用下金屬摩擦副的機械-滑動疲勞損傷的試驗研究，從摩擦副所承受的摩擦學負荷集來看，它們都屬于“荷載摩擦副系統(tǒng)(active system)”，在這類系統(tǒng)中進行著任一形式的摩擦過程，同時還產生著和傳遞著交變負荷。在這種情況下，材料的磨損-疲勞復合損傷發(fā)生了。這類研究屬于“摩擦疲勞學(tribo-fatigue)”即“關于機器和設備中荷載摩擦副系統(tǒng)的磨損疲勞損傷和失效的科學”的范疇。 本文主要研究滾動摩擦和滑動摩擦現象與機械疲勞之間的動力學交互作用。對滾動或滑動摩擦磨損與機械疲勞破壞之間的交互作用規(guī)律的深刻闡明，將有助于尋求荷載摩擦副系統(tǒng)達到臨界狀態(tài)的條件以及預測它們壽命的原理和方法，以達到能對運行中的復雜而重要的裝置中荷載摩擦副故障進行控制和預防。 在開展火車輪轂材料-鋼軌材料配副的機械-滾動疲勞損傷試驗研究時，主要完成了以下工作，并獲得相關研究成果： (1)分別測定了從真實輪、軌上取材加工的試樣的機械疲勞極限σ_(-1)、接觸疲勞極限P_f，首次測定了在滾動摩擦和交變彎曲應力作用下的機械-滾動疲勞極限P_(fσ)，并分別繪制了相應的疲勞曲線； (2)研究發(fā)現：選定適當的交變彎曲應力作用于滾動摩擦副時，交變彎曲應力和接觸應力兩種應力間的相互作用可以明顯地提高接觸疲勞極限P_f，并且疲勞曲線拐點橫坐標明顯提前； (3)針對該類型的機械-滾動疲勞損傷，分析了附加的交變彎曲應力對滾動摩擦磨損性能的影響，初步探討了一定范圍內的交變彎曲應力提高接觸疲勞極限的機理：如磨損疲勞復合損傷表面特征的原子力顯微鏡照片所顯示，在純滾動摩擦過程中，任何一種較高的接觸應力都能強化試樣表面的塑性變形，隨后開始逐漸出現離散的點蝕和微裂紋并逐漸相互連接成鏈，導致磨粒的脫落。因為這些點蝕鏈和微裂紋 摘要 是同方向的，都沿滾動路徑擴展，所以也就更容易使它們連接成大塊 的剝離和凹坑。在這種情況下，脫層和點蝕是主要的磨損形式。而在 機械一滾動疲勞過程中，雖然也會出現沿滾動方向的點蝕鏈和微裂紋， 但是隨著交變應力幅值的增加，橫穿滾動方向的點蝕鏈和微裂紋開始 增加，出現了幾乎成直角的交叉裂紋，所以表面破壞變得分散。在一 定范圍內交變應力愈大，點蝕鏈和微裂紋越密集，并且變得愈加無方 向性，磨屑變得愈分散、細小，表面破壞層的極限深度減小，這樣就 可以防止出現大塊的剝離和凹坑。在這種情況下，表面片屑是主要的 磨損形式，它的特征就是在材料表面分離出細小而分散的片屑 在開展恒定載荷伴有周期性沖擊載荷作用下金屬摩擦副的機械- 滑動疲勞損傷的試驗研究時，獲得了一些創(chuàng)新性的研究成果，主要體 現在以下方面: (1)應用“磨損類型一條件模擬”原則，成功研制了能夠模擬恒 定載荷伴有周期性沖擊載荷條件的環(huán)一塊磨損試驗機，該試驗機充分利 用微機控制技術，實現了智能化。利用該試驗機采集到的數據準確、 可靠，滿足開展恒定載荷伴有周期性沖擊載荷條件下滑動摩擦磨損試 驗的要求。 (2)用Visual Basic開發(fā)的摩擦力數據采集軟件界面友好、操作 簡單，同時采用面向對象程序設計，具有良好的開放性，便于功能的 擴展。 (3)利用該試驗機分別在浸油潤滑、潤滑脂潤滑、干摩擦三種條 件下進行了金屬摩擦副在恒定載荷伴有周期性沖擊載荷作用下的滑動 摩擦磨損試驗，通過對磨斑形貌、摩擦系數和磨損量的分析，初步探 討了附加的周期性沖擊載荷對摩擦副摩擦磨損性能的影響，以及在該 試驗工況下金屬摩擦副的滑動摩擦磨損機理。 (4)應用“磨損類型一條件模擬”原則，成功改造了銷一盤磨損試 驗機，使之能在滑動摩擦磨損試驗中對摩擦副施加恒定載荷伴有周期 性沖擊載荷，開展機械一滑動疲勞損傷的試驗研究。利用該試驗機在干 摘要 摩擦條件下探討了附加的周期性沖擊載荷對金屬摩擦副滑動摩擦磨損 特性的影響。 (5)試驗發(fā)現:在恒定載荷伴有周期性沖擊載荷條件下，由于周 期性沖擊載荷的作用，摩擦副受沖擊力作用的表面發(fā)生了嚴重的磨損， 同時，磨損表面出現不同于恒定載荷作用下的磨損形貌，出現了材料 大塊撕脫、大量的疲勞坑等現象。分析認為，沖擊載荷是通過以下四個 方面起作用: (a)沖擊載荷改變了潤滑狀態(tài)，突出表現在摩擦系數較恒定載荷 條件下的摩擦系數有明顯的增大和波動; (b)沖擊載荷加劇了疲勞磨損，集中表現在摩擦副表面上出現了 數量很多的蜂窩狀疲勞坑; (C)沖擊載荷加劇了粘著磨損，可由摩擦副表面上出現了數量很 多的材料大塊撕脫現象來解釋; (d)有可能發(fā)生微動磨損，從而使磨損復雜化。
【學位授予單位】：機械科學研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2003
【分類號】：TH117.1

【引證文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 高新蕾;Schiff堿銅絡合物改性超高分子量聚乙烯及潤滑油的摩擦學研究[D];機械科學研究總院;2006年

相關碩士學位論文 前3條

1 高照森;SG50型懸掛輸送機運行機構設計與穩(wěn)定性能研究[D];吉林大學;2007年

2 林敏;含PTFE陰極電泳工藝及其涂層摩擦學性能研究[D];機械科學研究總院;2007年

3 韓文峰;海洋平臺鉆塔橫向移動裝置技術研究[D];大連理工大學;2009年

本文編號：2798543