电流对不锈钢/铜的载流摩擦耦合温度场影响

利用ANSYS有限元分析软件对钢铝复合式第三轨(不锈钢)/受电靴(铜)的耦合温度场进行模拟分析,研究了模型在不同的电流( 150-600)A条件下的载流摩擦耦合最高温度变化.结果表明:当相对滑动速度为120km/h和法向压力为150N时,耦合最高温度随电流的增大基本保持不变;当相对滑动速度为120km/h和法向压力为120N时,耦合最高温度随电流的增大先保持不变后升高;其它情况下耦合最高温度随电流的增大而升高.     

法向压力对销-盘在电磁场环境下耦合温度场的影响

利用ANSYS有限元软件对销-盘式摩擦机中销、盘摩擦磨损耦合的温度场进行模拟分析,研究模型在电磁场环境下,不同法向压力对摩擦热和磁场热耦合温度的影响。结果表明:对于销-盘摩擦副,在相对位移、速度和法向压力一定的条件下,有磁场条件下摩擦副试样的温度高于无磁场条件下的温度;在一定的磁场强度和速度下,耦合最高温度随着法向压力的增大先缓慢后快速地升高;在相对滑动位移和磁场强度一定时,最高耦合温度随着相对运动速度的增大而降低。     

法向载荷对不锈钢/浸金属碳载流摩擦磨损性能的影响

在自行设计的销-盘式摩擦磨损试验机上进行了不同法向载荷下不锈钢/浸金属碳载流摩擦磨损试验,分析了法向载荷对其摩擦磨损性能的影响,并用SEM观察了其磨损形貌。结果表明:摩擦因数随着法向载荷的增大而减小,160 N后基本趋向稳定;10 A电流时,浸金属碳销试样的磨损率很低,且增加趋势不明显,30～50 A电流时,磨损率显著提高,且浸金属碳销试样磨损率随着法向载荷的增大而减小,最后趋于平缓;此外,放电强度随着法向载荷的增大而减弱;在低法向载荷下,磨损类型以电弧烧蚀和氧化磨损为主,在高法向载荷下,磨损类型以磨粒磨损和粘着磨损为主,且都伴随有材料的转移。     

钢铝复合轨/受电靴摩擦热与接触电阻热耦合的温度场有限元模拟研究

基于ANSYS有限元软件建立钢铝复合轨/受电靴在接触电阻热和摩擦热耦合作用下的温度场模型,给出了2种热量耦合的方法,计算了模型的温度场,研究了模型在不同电流、速度和位移条件下的耦合最高温度变化。结果显示:在相同位移和法向压力条件下,耦合的最高温度随电流的增大而增大,随速度的增大而减小;在电流、速度和压力相同的条件下,耦合最高温度随位移的增大成线性增大趋势。     

刚性接触网中浸金属碳滑板在不同法向载荷下的载流摩擦磨损性能

为了更好地模拟浸金属碳滑板的实际应用工况,设置试验滑动距离为1 000 km,使用环-块式载流摩擦磨损试验机模拟地铁列车在刚性接触网系统中的运行条件,研究浸金属碳滑板在不同法向载荷作用下的载流摩擦磨损性能。试验结果表明：随着法向载荷的增大,摩擦因数不断增大,电弧能量下降,载流效率不断升高,滑板的温度以及磨损率都呈现出下降的趋势;随着滑动距离的增加,滑板的磨损率逐渐降低最后趋于稳定。SEM电镜观察结果表明：法向载荷较低时,浸金属碳滑板表面产生了较多烧蚀坑和裂纹,其磨损形式主要表现为电弧烧蚀以及片状剥落;随着法向载荷增大,滑板表面出现划痕和磨屑,磨粒磨损现象较为明显。研究表明：适当增大法向载荷可以有效抑制电弧的烧蚀作用,减少滑板表面的裂纹和烧蚀坑,从而降低滑板的磨损。     

不同表面形貌的接触线对浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能的影响

在受电弓-接触网载流摩擦磨损过程中,接触线会产生不同的横截面形状,而接触线形貌的改变可能会影响弓网间的接触关系,进而影响弓网间的载流摩擦磨损性能。为研究不同表面形貌的接触线对浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能的影响,利用环-块式高速载流摩擦磨损试验机,研究载流条件下常规形貌、麻点形貌、斜切形貌的接触线与浸金属碳滑板的摩擦磨损性能,比较采用不同形貌接触线时的摩擦因数、电弧能量和浸金属碳滑板的磨损量、表面形貌。试验结果表明：在直流电情况下,常规接触线与浸金属碳滑板组成的摩擦副的摩擦因数最小,滑板磨损量最低;采用斜切形貌接触线时的摩擦因数最大,滑板磨损量最大。通过SEM电镜观测浸金属碳滑板表面的磨损形貌,发现接触线为常规形貌时,滑板以氧化磨损为主,有较多的氧化物产生;接触线为麻点形貌时,滑板以电弧烧蚀和磨粒磨损为主,产生了细小裂纹和烧蚀坑,有较多的磨屑和剥落层出现;接触线为斜切形貌时,滑板以电弧烧蚀为主,有大裂纹和犁沟产生,并且烧蚀区域出现了较多的白色小球。研究表明,当接触线的形貌发生改变时,会导致滑板磨耗增加并加剧接触副电弧放电,从而恶化接触副的状态。因此,当接触线磨损变形严重时,应及时进行更换...     

弓网振幅对纯碳及浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能的影响

应用环-块式摩擦磨损试验机研究不同弓网振动幅值下纯碳/铜合金和浸金属碳/铜合金2种摩擦副的载流摩擦磨损行为。试验结果表明：弓网之间在不间断地发生近似正弦规律的振动,2种摩擦副的电弧功率都随着振动幅值的增大呈现先增大后减小的趋势,纯碳滑块更容易发生起弧现象,电弧功率更大;2种摩擦副的摩擦因数都随着振动幅值的增大而减小,浸金属碳有更好的耐磨性。使用扫描电镜对滑块的磨损形貌进行观察,结果表明：在一定范围内,随着振动幅值的增大,电弧对纯碳和浸金属碳2种滑块材料的烧蚀程度均加剧;纯碳滑块电弧侵蚀的表现形式为烧蚀坑和热应力裂纹,浸金属碳滑块电弧侵蚀的表现形式为犁沟、材料剥离和烧蚀麻点。     

浸金属碳滑板/铜银合金接触线载流摩擦磨损性能的试验研究

选取地铁刚性接触网中现役的浸金属碳滑板与铜银合金接触线为接触副,模拟地铁弓网的实际运行状况,在环-块式试验机上研究直流电流为200~400 A、法向载荷为15~40 N、滑动速度为40~120 km/h工况下浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能。结果表明：摩擦因数随电流和滑动速度的增大而减小,随法向载荷的增大而增大;磨损量随电流和滑动速度的增大而增大,当电流较小时（如200 A）,磨损量和法向载荷之间存在一个阈值,当电流较大时（如400 A）,磨损量随法向载荷的增大而减小;滑板温度随电流的增大而增大,随法向载荷增大而减小,当电流较小时（如200 A）,滑板温度随速度的增大而增大,当电流较大时（如400 A）,滑板温度随速度的增大而减小;当电流为200~300 A时,其磨损机制主要为机械磨损,当电流为300~400 A时,其磨损机制主要为氧化磨损和电弧烧蚀。     

基于摩擦影响的渐开线直齿圆柱齿轮温度场分析

以渐开线直齿圆柱齿轮为研究对象,利用前期研究所得到的摩擦因数公式及多体动力学软件ADAMS,可以求得主、从动齿轮在不同啮合位置的摩擦热流量。应用ANSYS软件对齿轮进行稳态温度场分析,研究转速对齿轮温度场的影响。结果表明,考虑到齿轮在不同啮合位置的摩擦因数不同,可以更加准确地分析齿轮的本体温度场;齿轮表面温度场的分布主要与传输到齿面的摩擦热流量和齿面散热有关;齿轮转速是影响齿轮本体温度的重要因素,主、从动齿轮的齿面最高温度均随着转速的增加而升高。     

不同铜含量浸金属碳滑板的载流摩擦磨损性能

为研究不同铜含量的浸金属碳滑块的载流摩擦磨损性能,在环-块试验机上研究3种不同铜含量(铜质量分数分别为1.17%、27.8%、50.45%)浸金属碳滑板与铜银合金接触线在载流条件下的摩擦磨损性能,并比较不同电流情况下的材料磨损表面形貌的变化。结果表明:铜含量对浸金属碳碳滑板的摩擦磨损性能有不同的影响。其中铜质量分数为1.17%的材料在200 A小电流情况下整体磨耗量较小,但是在400 A大电流情况下,电弧热、焦耳热产生的500℃左右高温会导致材料气化、掉块,严重加剧材料的损耗;铜质量分数为50.45%的材料在小电流情况下磨耗最大,但材料的运行温度整体较低,即材料的散热性能较好;铜质量分数为27.8%的材料在小电流与大电流情况下综合磨损性能最好。与铜银合金线对磨时,铜含量较高的材料出现了较为明显的黏着磨损,铜含量越高的材料其黏着磨损现象越明显。     

有无电流条件下温度对碳/铜摩擦副摩擦磨损性能的影响

通过销-盘摩擦磨损试验,研究了碳/铜摩擦副在有无电流条件下的摩擦学性能。结果表明:试验过程中摩擦副温度不断地升高,且有电流时摩擦副温度比无电流时高,滑板材料的磨损量随着温度的升高而增大;当无电流通过时,摩擦因数随温度的升高先增大后减小,当有电流通过时,摩擦因数随温度的升高而减小。观察碳滑板磨损前后表面形貌发现:磨损表面随摩擦副温度的升高变得越来越光滑;当无电流通过时,磨粒磨损和黏着磨损是主要磨损类型,当有电流通过时,磨损类型以氧化磨损和电弧烧蚀为主。碳滑板材料磨损表面EDS分析发现,元素转移和氧化现象在磨损过程中时有发生。     

Influence of Normal Force and Humidity on the Friction and Wear of Unlubricated Reciprocating Sliding Steel/Steel Couples

The friction and wear behaviour of different steel/steel couples was investigated in laboratory tests with unlubricated reciprocating sliding motion. Two different steel balls were tested against two different steel discs in dry, normal, and moist air at room tem‐perature. The influence of normal force on friction and wear was studied in the range from 1 to 10 N for all three levels of relative humidity (RH). RH strongly influenced wear behaviour for all four couples, while the friction behaviour was less affected by RH. For all the couples, normal force was found to influence wear rate with a tendency for the wear rate to increase with decreasing normal force. The coefficient of friction also increased with decreasing normal force, but to a much lesser extent than that evaluated for the wear rate.     

滑动摩擦温度场的非线性分析

利用三维经典热传导理论对环-面滑动摩擦副温度分布模型进行研究,以紫铜和铸铁为例,在ANSYS中模拟分析其摩擦生热过程,求解温度瞬态分布及接触区温度的变化趋势,并与相同条件下的实验数据进行对比。结果表明:建立的有限元模型能够较好地模拟滑动摩擦生热过程;材料的密度、比热容及导热率对摩擦温度场均存在一定影响,对于密度和比热容相近的紫铜和铸铁2种试样,前者由于导热率高,温度扩散迅速,温度分布梯度明显小于后者。     

Effect of Magnetic Oxidation and Surface Carbon Distribution on Friction and Wear Characteristics of 45 Steel under the DC Magnetic Field

Abstract

The sliding dry friction behaviors and wear properties of normalized 45 steel and annealed 45 steel under different magnetic field intensities were experimentally studied using a self-made HY-100 pin–disc friction and wear tester. The influence of a magnetic field on the friction and wear of 45 steel were also investigated by analyzing the microscopic friction surface and subsurface using a 3D shape analyzer and metallographic microscope. The experimental results show that the friction coefficient of the normalized 45 steel was greater than that of the annealed 45 steel under magnetic field. In addition, the results illustrate that the external magnetic field can effectively improve the wear performance of carbon steel. The wear rate of normalized 45 steel was lower than that of annealed 45 steel. The wear performance of normalized 45 steel was more significantly improved compared to annealed 45 steel with a magnetic field. Energy spectrum analysis indicated that the effect of the magnetic field on the degree of friction and oxidative wear of the normalized 45 steel was weaker than that of the annealed 45 steel, and the ratio of oxygen to iron and the oxidation area on the friction surface of the normalized 45 steel were smaller. It is believed that as an oxidation protectant, carbon reduces the oxidation wear of 45 steel. The carbon on the normalized 45 steel surface was uniformly distributed and the protective effect of friction surface was better. Therefore, the oxidation wear and oxide shedding were reduced and the wear performance was improved.     

温度对搅拌摩擦焊接接头摩擦磨损性能的影响

通过对搅拌摩擦焊过程中铝合金板上各特征点在不同焊接参数的温度变化规律的检测,研究搅拌摩擦焊接参数对焊接过程温度场的影响,搅拌摩擦焊焊接接头的摩擦磨损行为,以及搅拌摩擦焊接头的摩擦磨损性能随温度的变化趋势。结果表明:在搅拌头旋转速度一定时,各特征点的温度峰值会随焊接速度的增加而降低,在焊接速度一定时,特征点的温度峰值会随搅拌头旋转速度的增加而升高;搅拌摩擦焊接头磨损表面呈现轻微的疲劳磨损特征,无明显的表层剥落开裂迹象;试样的磨损量与接头区域的焊缝成型有密切关系,而焊缝的成型质量与温度场的分布有密切联系,试验表明温度场梯度越小,磨损量越小。     

SUS304亚稳奥氏体不锈钢在耦合摩擦和变形条件下的磨损行为研究

在自制的耦合摩擦和变形的试验机上初步研究了SUS304亚稳奥氏体不锈钢带的磨损变形行为,分析了在耦合摩擦和变形条件下的形变量、磨痕表面的马氏体转变以及磨痕形貌与试验条件的关系。结果表明:研制的试验机实现了SUS304亚稳奥氏体不锈钢带的摩擦和塑性变形的耦合行为;不仅带试样摩擦表面的形貌随正压力增加变化明显,而且其形变量和诱发转变的马氏体量均增大,但马氏体量增加对SUS304奥氏体不锈钢的磨损无明显影响。     

两种气体环境中的不锈钢/浸金属碳带电摩擦磨损的试验研究

在销-盘摩擦磨损试验机上试验了氮气和空气环境对带电摩擦磨损的影响.试验结果表明:氮气环境中的1Cr18Ni9Ti/浸金属碳的摩擦因数比空气环境中的高.在电流为100 A时,2种环境对摩擦因数的影响差别较小.在氮气环境中,浸金属碳材料接正极时的摩擦因数比接负极时的低,而在空气环境中结果恰恰相反.在空气环境中,浸金属碳材料的电弧烧蚀严重些.     

钢在磁场环境中的摩擦磨损行为

以45#钢为研究对象,在自制的销-环式摩擦磨损试验机上对其在磁场条件下的摩擦磨损性能进行研究。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对磨损表面形貌进行表征。试验结果表明:施加磁场后,试样的摩擦因数和磨损率均显著降低;磨屑在接触表面的堆积及氧化是磁场改善钢铁材料摩擦磨损性能的主要原因。     

机械密封动环变形对端面温度场的影响

在合理的假设条件下,考虑到液膜对动环的热量分配系数,基于液体润滑非接触机械密封稳态传热模型,利用ANSYS软件分别对动环变形前后温度场进行计算,得出动环端面温度分布规律,并分析主轴转速、变形角β、液膜厚度、密封环导热系数等参数对温度场的影响。分析结果表明:变形后温度要明显高于变形前温度;动环的高温区出现在内径处;主轴转速、材料的导热系数对动环端面温度有较大影响。