梳理机用齿条微动磨损与微动疲劳分析（下）

（接上期23页）4齿条微动疲劳损伤若干问题的讨论4．1齿条的微动量齿条的微动量（滑动振幅）,无论对齿条（滚筒）的疲劳磨损还是对齿条（滚筒）表面疲劳裂纹的萌生、扩展,都是一个重要参数。已有的实验研究表明,微动疲劳强度对滑动振幅的变化极为敏感。在一般情况下,滑动幅值增大,材料的微动疲劳强度会急剧减小。这可能是因为滑动幅值加大,在滑动表面引起的拉压应力变化增大的缘故。来更奥卡和海拉卡瓦经过大量的实验研究证明,产生疲劳裂纹所需外载引起的应力off有如下表达式式中W产生微动疲劳裂纹所需外载应力,Pa;河厂一一材料的…     

渐开线花键副微动磨损疲劳寿命预估

为准确预估渐开线花键副微动磨损疲劳寿命,在假设微动磨损与微动疲劳共同作用的情况下,对某型机主减速器花键副的微动损伤机理进行研究.分析国内外现有的微动疲劳预测方法,在传统SWT法预估疲劳寿命的基础上,忽略疲劳发生的位置和方向,给出花键副的损伤累积计算方法,在给定工况下预估航空花键副微动磨损疲劳寿命.结果表明:花键副微动作用过程中,微动磨损与微动疲劳互相竞争互相抑制,最终导致花键副在两种微动模式共同作用下发生疲劳失效;花键副的疲劳寿命随着SWT值的增大而减小.提出的损伤累积模型能较准确地反映微动磨损对微动疲劳的作用,为花键副的设计和维修提供了数值参考,也为进一步研究考虑齿侧间隙时的花键副微动磨损疲劳寿命预估提供了依据.     

评定钢丝的微动摩擦磨损参数研究

以点接触式提升钢丝绳为研究对象，在实验室建立了钢丝绳中钢丝的微动磨损模型．在自制的钢丝微动磨损试验机上进行微动磨损实验，考察了接触载荷、微动时间和振幅的变化对钢丝试样磨损深度的影响，并用综合参数pv值和pvt值评定微动磨损深度的变化．结果表明，相同微动时间下磨损深度随pv值的增加而增大，相同接触载荷下磨损深度随pv值增大而减小，磨损深度和综合参数pvt值之间基本成线性关系．同时通过微动过程中摩擦系数的变化、磨损产生的磨屑以及磨痕形貌，分析微动磨损过程中磨损机制随微动实验条件的变化规律。     

微动损伤机理的研究

提出了微动接触表面间实现接触面积增加的模型和微动摩托中裂纹形成和扩的形式，为在设计中进行微动疲劳提供了理论依据。     

提升钢丝绳的钢丝微动摩擦磨损特性研究

钢丝绳内部钢丝的微动磨损和微动疲劳是造成钢缆寿命降低的主要原因之一 .以 6× 1 9点接触式矿用提升钢丝绳为研究对象 ,在自制的钢丝微动磨损试验机上进行了钢丝的微动磨损实验研究 .以摩擦系数和磨损深度作为评定微动磨损的参数 ,考察了不同载荷下摩擦系数的变化规律以及载荷、循环次数的变化对钢丝试样磨损深度的影响 ,同时研究了钢丝试样在矿用钢丝绳内部增摩油脂的润滑状态下摩擦系数和磨损的变化规律 .利用钢丝试样在不同工况下的磨损形貌分析了微动磨损过程中的磨损机制     

机械设计中的微动和微动疲劳

本文论述了机械设计中涉及到的微动作用和微动疲劳的概念，并对微动疲劳失效的分析、预测和预防进行了探讨。     

微动接触应力的数值分析

采用有限元方法，分析了半圆柱与平板间径向微动接触区和切向微动接触区内的应力分布。由ES52100钢制成的半圆柱体具有稳定的变形特征，但由1020钢或纯铁制成的平板则常常处于可变的变形状态，通过往复压缩实验发现，1020钢具有明显的循环软化特征，从而将增大摩擦阻力；而纯铁具有明显的循环硬化特征。进一步发展虚拟接触载荷法，以动态变化的摩擦系数模拟真实的微动接触过程。在靠近微动接触区的边缘处，存在一个不稳定的接触区，其内部有剧烈的应力振荡，该区域是一个混合粘着一滑动区，并随微动时间的增长而逐步扩展，最后引发微动磨损或微动疲劳。     

45号钢微动疲劳门坎值特性研究

通过中断性试验研究了45号钢的微动疲劳门坎值,并对不同微动次数下接触面的裂纹特征进行了观察.试验测得45号钢显著存在一个微动疲劳门坎值,微动次数直至超过微动疲劳门坎值时,微动才会使试样疲劳寿命显著下降.以试样上预定的微动循环次数与全微动下试样疲劳基准寿命的比值表示,其微动疲劳门坎值大约在20％～40％范围内.改变载荷条件,该门坎值仍保持在20％～40％范围内;显微观察显示,在微动循环次数超过门坎值之后,在接触磨损面上几乎都能观察到明显的大裂纹.     

钢芯铝绞线微动疲劳机理及其疲劳寿命的研究进展

微动疲劳普遍存在于钢芯铝绞线中,在长期的使用过程中,微动磨损及腐蚀同时存在,共同损害输电线路,造成巨大的隐患。综述了钢芯铝绞线的微动疲劳研究进展,介绍了钢芯铝绞线的微动疲劳机理、裂纹萌生和扩展机制及其影响因素。结合超高压输电导线结构特性及受力特性,基于非线性强度退化模型,研究了钢芯铝绞线的疲劳寿命,并提出了一些尚待研究与探索的问题。     

基于ANSYS有限元的微动疲劳接触特征分析

接触压力是影响构件微动疲劳寿命的关键因素之一.微动疲劳实验中,桥式微动装置可以合理控制接触压力,以便分析接触压力对构件疲劳寿命的影响规律.基于数值分析法,建立桥式微动装置的有限元模型来研究接触特征;考虑微动桥自身弯曲的影响,分析了接触副上节点的应力应变分布规律,提出了特征接触区域的判断方法.     

接触形式对微动疲劳的影响研究

微动疲劳试验的典型接触形式主要有平面-平面和圆柱面-平面这两种,分别构成了面接触和线接触.为了获得这两种接触形式对微动疲劳的不同影响,经过有限元软件模拟计算,自行设计了实验装置,研究了45号钢在不同接触形式下的微动疲劳特性,确定了3种不同条件作用下的Sa―N曲线,并在实验过程中观察了磨屑的溢出等现象.研究结果表明:相同循环应力幅下的微动疲劳寿命,线接触下的寿命明显的比面接触下低,而不同圆柱面半径下的线接触在高循环应力幅下差别不大,低循环应力幅下,寿命随着圆柱面半径的增大而有所降低.通过实验发现,相比面接触形式,线接触下的红褐色磨屑溢出更早也更多.     

微动磨损对弹条II型扣件弹条断裂的影响分析

弹条是实现弹条II型扣件功能的主要元件,传统的疲劳分析方法主要从弹条的应力、应变入手,这并不能反映真实情况,因为弹条在工作中与其它构件接触面表面之间存在微小的相互移动,即微动．应用非线性接触理论,采用库仑摩擦模型模拟弹条与周围接触元件之间的摩擦接触情况,计算出弹条各点的剪切应力τ、相对位移δ及二者乘积τ·δ的值;并采用离散裂缝模型来模拟扣件裂纹的生成及扩展．理论分析表明,若微动磨损在弹条疲劳断裂过程中起主要作用,则断口处应位于弹条中τ·δ值最大的点附件．扣件疲劳试验表明,弹条断口处位于弹条尾部与轨距挡板接触处,处于τ及τ·δ最大的点之间且更靠近τ·δ值最大的点．弹条尾部与轨距挡板之间由于微动磨损产生裂纹,形成污染源,反复作用下,裂纹扩展,最终导致弹条断裂．试验证明了弹条微动磨损理论分析的正确性,为改进弹条设计,提高其疲劳寿命提供科学依据．     

AM60B镁合金在滑移区的微动磨损行为研究

研究了AM60B镁合金在滑移区的微动磨损行为。考察了摩擦因数和磨损体积随循环次数、载荷和频率的变化及磨损表面形貌，探讨了其微动磨损机理。结果表明：AM60B镁合金的微动磨损可分为开始阶段、二体接触向三体接触过渡阶段和稳定阶段3个阶段。在不同的阶段，摩擦因数和磨损体积的变化及磨损机制各有特点；此外，磨损体积随着法向载荷的增加而增大，但随着频率的增大而减小。     

空心和实心车轴微动磨损行为的对比研究

建立轮轴过盈配合部位的微动磨损有限元仿真模型,研究磨损轮廓随载荷循环周次的变化,对比分析空心与实心车轴微动磨损行为及其对接触参量的影响。仿真结果表明:车轴配合边缘的应力集中程度由于微动磨损而缓解,新的应力集中位于磨损与未磨损的过渡区域;磨损区域随着循环周次的增加而增加,导致应力集中远离轮轴配合边缘;在靠近配合边缘的区域,空心车轴的滑移幅值大于实心车轴,导致空心车轴的微动磨损大于实心车轴。     

人下颌骨密质骨的复合微动磨损特性研究

针对牙种植体-密质骨界面的微动损伤,采用球/面接触方式研究人下颌骨密质骨在倾斜角为45°、两种载荷水平下的复合微动磨损行为.在分析复合微动的动力学特性的同时,结合光学显微镜(OM)、激光共聚焦扫描显微镜(LCSM)、扫描电子显微镜(SEM)对磨痕形貌进行分析,对磨屑的成分进行了测定.结果表明,下颌骨密质骨的 F-D曲线只有椭圆形和准梯形两种,复合微动最终稳态的F-D曲线均为准梯形;在高载荷的情况下骨组织出现了大量的裂纹及组织碎屑,耗散能则出现了明显的波动;下颌骨复合微动的磨损机制表现为粘着磨损、磨粒磨损、裂纹的扩展及组织碎屑润滑等共同作用的特征.     

接触压力和循环应力幅对45号钢微动疲劳特性影响

研究了接触压力对调质45号钢微动疲劳特性的影响.随着接触压力增大,在低接触压力阶段,微动疲劳寿命急剧下降;然而,在高接触压力阶段几乎保持不变.随着循环应力幅升高,微动疲劳寿命下降.实验中,微动接触面上出现磨损并形成凹坑.在高接触应力情况下,主裂纹萌生在凹坑外边缘处;在低接触应力情况下,主裂纹萌生在微动接触面的中间部分.     

循环载荷应力比对微动疲劳特性的影响

自行设计了实验装置, 研究了柱面—平面接触形式45 号钢在不同应力比(R =0 .00 , 0.25, 0 .50)轴 向循环载荷作用下的微动疲劳特性.确定了各应力比轴向循环载荷作用下的S ― N 曲线, 并对微 动疲劳断裂裂纹位置及断裂特征作了分析.研究结果表明:相同轴向循环载荷应力幅下, 微动疲劳 寿命随着轴向循环载荷应力比的增大而有所降低;微动疲劳断裂裂纹位置都在接近于接触中心而 又略偏于桥脚外侧的位置;在高应力比下断口截面上裂纹扩展的痕迹更明显, 断口截面更规则.     

金属的微动损伤特性

本文以45号钢及 LC4铝合金为研究对象,探讨微动损伤机理及其对疲劳强度的影响。试验结果证实,微动损伤使上述材料的疲劳极限降低了30%～55%左右。微动损伤形貌的扫描电镜分析指出,损伤区内产生并聚集了大量的球形微粒,它们是由脱离基体的金属碎片在连续微动作用下被轧压成具有较高含氧量的微粒组成。微粒嵌入金属表面形成“微动斑”,这是导致疲劳裂纹萌生的重要原因。分析还发现,在微动疲劳寿命的1/5时,磨粒及损伤区内的氧化铁相对含量急剧增加,这与扫描分析中观察到的在试件疲劳寿命的1/5时,在损伤区周界出现破坏性裂纹大致相对应。     

聚甲基丙烯酸甲酯的扭动微动摩擦学特性

在新型扭动微动试验机上,进行聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与Ф40 mm GCr15钢球在扭动角位移幅值为0.5°~10°和法向载荷为100N的扭动微动试验。在摩擦动力学行为研究的基础上,分析材料磨损机理。结果表明,PMMA存在有平行四边形和椭圆两种T-θ曲线;低扭转角时,T-θ曲线随着循环次数的增加从平行四边形向椭圆形发展;大扭转角时,T-θ曲线始终为平行四边形。PMMA的扭动微动磨痕沿半径方向,可依次分为粘着区、微裂纹区和剥落区。在低角位移幅值(θ≤2.5°)时,扭动微动损伤较轻微;随角位移幅值的增大,粘着区变小,损伤加重,表面出现纺锤状剥落坑自中心呈放射状分布,其尺寸随角度增大而变宽。对磨屑的GPC分析结果表明PMMA在扭动微动条件下分子量变小,PMMA扭动微动的磨损机理主要为剥落与表面裂纹。     

扭动微动接触表面摩擦行为数值模拟

为研究扭动微动磨损接触表面摩擦行为,通过Abaqus中Fric用户子程序引入随时间和空间变化的摩擦系数模型(模型中参数由实验确定),对扭动微动表面摩擦扭矩和变形行为进行模拟。分别对完全滑移机制下不同角位移幅值和循环周次的动力学行为进行了实验研究和数值模拟,对比实验和数值分析结果,位移-扭矩曲线的形状和数值较好吻合,说明采用的变化摩擦系数模型可较好模拟接触体界面的摩擦系数演化及变形行为。