高载荷条件下石墨-石墨摩擦副的摩擦学特性研究

利用研制的高载荷条件下摩擦因数测试装置,研究了石墨/石墨摩擦副在空气、水和油介质中的摩擦学特性。结果表明在4~15MPa范围内,随着载荷的增加,摩擦副在空气、水和油介质中的摩擦因数都逐渐降低;在油介质中摩擦副的摩擦因数最小,在水介质中摩擦因数变化最平稳,在空气中摩擦因数最大,且随载荷的增加变化幅度最大。磨损表面原始形貌对比分析表明,在空气中,摩擦副表面处于边界润滑状态,主要磨损机制是粘着磨损和犁削;水润滑条件下为轻微犁削;油润滑条件下,摩擦副表面处于为边界润滑和流体润滑状态,油中的减摩剂对试样表面有抛光作用。     

可动微机电器件摩擦磨损测试方法研究

为比较真实地模拟可动微机电器件侧面间的摩擦磨损状况,进而研究MEMS器件的摩擦磨损规律,设计和研制了一种基于单晶硅材料的微摩擦试验模块,利用微机械体硅工艺及键合技术,将摩擦磨损测试单元、加载单元以及微力传感元件集成在单一的芯片上。最后,在大气环境下借助数字光学显微镜和图像处理技术对该试验模块的静、动态摩擦因数及磨损状况进行了测试。试验结果表明:随着正压力的增加,该摩擦副的摩擦因数相应减小,在较长时间的摩擦过程中磨粒表面出现了比较严重的氧化现象。     

球形摩擦副下天然关节软骨摩擦行为的试验研究

通过对球形摩擦副下关节软骨摩擦行为研究,揭示表面轮廓对软骨摩擦行为的影响。以陶瓷球与软骨为球形摩擦副,在UMT-2型微观多功能测试系统上分别测定两类轮廓组成的软骨摩擦副的接触位移和摩擦因数。结果表明,接触位移是由软骨变形量和波动位移组成,软骨变形量与时间成非线性增加,波动位移与时间呈周期而非线性变化;球对软骨的摩擦副有一个较高的启动摩擦因数;表面轮廓影响球形摩擦副的接触状态和摩擦行为,软骨试样的摩擦因数高于纯软骨层的摩擦因数。     

载流摩擦过程中摩擦因数影响因素试验研究

以碳/铜载流摩擦副为研究对象,在CETR UMT-2多功能摩擦磨损试验机上,采用环/块接触方式,对载流摩擦过程中摩擦因数的影响因素进行了试验研究。结果表明:在低速条件下,载流稳态摩擦因数随法向载荷和电流的增大而增大,高速时结果相反;无电流时稳态摩擦因数随转速升高而增大,载流时则随转速升高呈先增大后减小的趋势;载流时摩擦因数开始一般都比无电流时摩擦因数小,随后逐渐增大,并超过无电流时的摩擦因数,所需时间随转速和法向载荷的增大而缩短;低速载流摩擦因数变化的关键因素可能是摩擦过程中产生的摩擦热,高速载流摩擦因素的变化则可能与微电弧对材料的烧蚀机制密切相关。     

滑动速度与高频摩擦噪声关系的试验研究

为研究高频摩擦噪声的产生机制,在Plint 92摩擦磨损试验机上采用平面-平面接触的旋转滑动摩擦副系统,研究摩擦副间相对滑动速度与高频摩擦噪声的相关性,测得摩擦过程中摩擦因数的变化情况和产生的高频噪声信号及其声压值,提出基于滑动速度变化的摩擦因数和高频噪声声压值的预测方程。结果表明:滑动速度对摩擦因数和高频噪声的产生和演变有重要的影响,摩擦因数对滑动速度的变化呈现一定的阀值性,且大的摩擦因数更易产生高频噪声。对高频噪声信号进行分析,发现高频噪声具有间歇性出现的特点。摩擦因数和高频噪声声压值随滑动速度变化规律具有一致性。     

接触面积对天然软骨摩擦行为的影响

采用UMT-2型微观多功能测试系统,在试验环境为牛血清,法向加载应力1 MPa,在3种不同的接触面积下分别测定了天然关节软骨摩擦副的接触位移和摩擦因数。结果表明,接触位移是由软骨变形量和波动位移组成,软骨变形量与时间成非线性增加,波动位移与时间呈周期而非线性变化;接触面积影响软骨摩擦副的摩擦行为,与摩擦因数和波动位移呈负相关;较大的接触面积产生较低的摩擦因数和波动位移。     

往复摩擦磨损试验机测试系统的设计

设计了一种可用于模拟和检测车辆减振器中导向套-活塞杆摩擦副动态摩擦学特性的往复摩擦磨损试验机测试系统.在分析减振器往复运动的结构和功能的基础上给出了往复摩擦磨损试验机测试系统的总体模型,建立了往复运动的数学模型.使用结果表明,该测试系统可实时检测和处理载荷、速度、温度、摩擦力以及摩擦因数等参数信息,并以表格或图像曲线形式显示,有利于对试验材料的摩擦学特性变化作出实时、客观、量化的评估.     

发动机缸孔椭圆开口偏置类抛物线微织构研究

为探究更有利于提高汽车发动机活塞环/缸套摩擦副性能的微织构，在某发动机活塞环/缸套摩擦副设计椭圆开口偏置类抛物线微织构，综合运用CCD实验设计和响应面优化理论，采用CFD方法研究该微织构特征参数对活塞环/缸套摩擦副摩擦因数和承载压力的影响规律；建立相应的数学模型，并运用鲸鱼优化算法对微织构参数进行多目标优化设计。结果表明：微织构参数对活塞环/缸套摩擦副摩擦因数程度由大到小依次为密度、长半轴、深度、偏置量、短半轴，对承载压力的影响程度由大到小依次为密度、深度、偏置量、长半轴、短半轴；所建相应数学模型具有足够的精度，可用于依据微织构特征参数对摩擦副相关性能的准确预测。得出的微织构最优参数为：椭圆长半轴390 μm，短半轴108 μm，偏置量139 μm，深度42 μm，织构密度0.69。与未织构摩擦副相比，按照最优微织构参数织构化的活塞环/缸套摩擦副的承载压力提升了2.67%，摩擦因数降低了32.1%。     

气缸套表面微造型与微纳米颗粒填充对摩擦学性能的影响

研究气缸套试样表面微造型技术和微纳米颗粒填充技术对缸套-活塞环摩擦副摩擦学性能的影响。在富油和贫油2种工况下,探究表面微造型和微纳米颗粒填充技术对摩擦副的摩擦因数和抗黏着磨损时间的影响。试验结果表明:在富油工况下,表面两端微造型和蛇纹石二硫化钼微纳米颗粒复合填充气缸套试样的摩擦因数最小,比机械珩磨气缸套试样的摩擦因数降低了13.99%;在贫油工况下,表面全部微造型和蛇纹石二硫化钼微纳米颗粒复合填充气缸套试样的抗黏着磨损时间最长,比机械珩磨气缸套试样的抗黏着磨损时间延长了85.79%;在试验过程中,表面微坑中的微纳米颗粒的溢出率会随着时间的延长而逐渐下降,最后趋近于0。     

胆甾醇润滑添加剂的摩擦噪声与胶合分析

在N15机械油中添加胆甾醇,用标准的立式万能摩擦磨损试验台实验分析了N15机械油、N15油机械 胆甾醇的摩擦磨损性能。针对磨合阶段、稳定磨损阶段、胶合失效与摩擦噪声进行分析。结果表明,在磨合阶段摩擦因数有较大变化,随后的稳定磨损阶段中摩擦因数变化减小;在摩擦副出现胶合失效前,摩擦副的摩擦因数急剧上升;N15机械油 1.7%胆甾醇的抗胶合性能较好,但N15机械油 0.106%胆甾醇的摩擦噪声特性较好;胆甾醇添加剂可以显著改善N15号机械油的抗胶合能力。     

Some Observations on Frictional Force During Fretting Fatigue

Frictional force behavior during fretting fatigue and its interdependence on other fretting variables are investigated. Both coefficient of static friction and the normalized frictional force (i.e., the ratio of frictional force and normal contact load) increase during the earlier part of a fretting fatigue test and then both reach to a stabilized value. The variation of temperature in the contact region and normalized frictional force with increasing cycle numbers and bulk stress show similar trend implying that normalized frictional force represents the average friction in the contact region during a fretting fatigue. An increase in bulk stress, relative slip, and hardness of pad material results in an increase of the normalized frictional force, while an increase in contact load, frequency and temperature decreases the normalized frictional force. The normalized frictional force is also affected by the contact geometry. On the other hand, coefficient of static friction increases with an increase in the hardness of mating material, temperature and roughness from shot-peening treatment, but is not affected by contact geometry and displacement rate. Further, the normalized frictional force is not affected by the contact geometry, roughness and applied bulk stress level when fretting fatigue test is conducted under slip controlled mode, however it increases with increasing applied relative slip and decreasing contact load in this case.     

Prediction of the frictional coefficient between a hard protuberance and a soft metal surface

Sliding contact is investigated between a soft metal surface (duralumin) and a hard protuberance ball (steel). The frictional coefficient in this case does not obey Amonton's law of friction, and it increases with an increase of normal load. The experimental value of the frictional coefficient agrees well with the calculated one. In the calculation, the variation of work-hardened depth corresponding to normal force is taken into consideration. It is confirmed that the normal force dependence of the frictional coefficient is generated from the contact pressure determined by the work-hardened depth corresponding to normal force, and from the ploughing effect.     

封隔器胶筒大变形摩擦接触的有限元分析

关于封隔器胶筒接触压力的求解，目前文献所给出的计算公式均没有考虑摩擦因数对封隔器胶筒接触压力的影响，而摩擦因数对接触压力有较明显的影响。针对胶筒与套管之间的粘-滑摩擦接触问题，采用罚函数技术，结合橡胶大变形问题的增量分析过程，给出解决封隔器胶筒摩擦接触问题的数值方法，并在此基础上对胶筒与套管之间的摩擦接触进行有限元分析。计算结果表明，采用大变形非线性粘弹性理论和接触摩擦描述的有限元模拟技术，可以比较准确地模拟摩擦因数对封隔器胶筒接触压力的影响，所得的结果比经典理论公式的分析结果的精度更高，具有理论价值和工程应用价值，可为胶筒的优化设计提供一定的依据。     

等温密封环摩擦状态演变预测与试验研究

结合浮动密封环的工作特点,提出一种基于载荷分配概念的密封摩擦状态演变预测模型。设定载荷分配系数,对粗糙表面微凸体接触和流体润滑接触两个部分摩擦力进行建模计算,根据微凸体承载力和总承载力等参数信息获得总摩擦因数值。模拟计算获得反映密封接触特性的摩擦因数与转速、压力以及表面粗糙度的关系曲线,仿真曲线历经完整的摩擦与润滑区,能够对不同摩擦状态下的接触特性进行预测。利用密封系统试验台对模型进行分析和验证,结果表明两者变化趋势保持一致,具有共同特征,说明密封摩擦预测模型能够真实反映密封摩擦副的接触规律及其变化情况,是预测密封摩擦状态的有效方法。     

PCrMo钢的摩擦磨损特性实验研究

采用自制的销盘式摩擦磨损试验机、光学及扫描电子显微镜，研究了PCrMo钢配副的干滑动摩擦磨损特性。结果表明：摩擦因数随着载荷的增加而增加，随着滑动速度的增加而减小；磨损率随着载荷的增加而增加，随着滑动速度的增加先增加而后降低。PCrMo磨损失效机理主要表现为疲劳剥落和粘着磨损。     

纹理表面滑动摩擦稳态摩擦学性能

基于稳态滑动摩擦系统模型,采用球-盘摩擦副定量分析研究法向载荷、滑动速度、初始表面纹理和摩擦副材料对稳态摩擦因数的影响,得到稳态摩擦因数在不同工况下的变化规律。结果表明：滑动摩擦的稳态摩擦因数与磨损率正相关,周向纹理表面的稳态摩擦因数最大,无纹理表面的稳态摩擦因数次之,径向纹理表面的稳态摩擦因数最小;无论何种初始表面形貌,随着转速的增加,稳态摩擦因数先减小后增大,随着法向载荷的增大,稳态摩擦因数呈增长趋势;较深较宽的表面纹理具有更大的稳态摩擦因数和更大的瞬时波动;稳态摩擦因数也与摩擦副材料的选取有关。     

Numerical analysis of rolling-sliding contact with the frictional heat in rail

Thermal damage caused by frictional heat of rolling-sliding contact is one of the most important failure forms of wheel and rail. Many studies of wheel-rail frictional heating have been devoted to the temperature field, but few literatures focus on wheel-rail thermal stress caused by frictional heating. However, the wheel-rail creepage is one of important influencing factors of the thermal stress In this paper, a thermo-mechanical coupling model of wheel-rail rolling-sliding contact is developed using thermo-elasto-plastic finite element method. The effect of the wheel-rail elastic creepage on the distribution of heat flux is investigated using the numerical model in which the temperature-dependent material properties are taken into consideration. The moving wheel-rail contact force and the frictional heating are used to simulate the wheel rolling on the rail. The effect of the creepage on the temperature rise, thermal strain, residual stress and residual strain under wheel-rail sliding-rolling contact are investigated. The investigation results show that the thermally affected zone exists mainly in a very thin layer of material near the rail contact surface during the rolling-sliding contact. Both the temperature and thermal strain of rail increase with increasing creepage. The residual stresses induced by the frictional heat in the surface layer of rail appear to be tensile. When the creepage is large, the frictional heat has a significant influence on the residual stresses and residual strains of rail. This paper develops a thermo-meehanical coupling model of wheel-rail rolling-sliding contact, and the obtained results can help to understand the mechanism of wheel/rail frictional thermal fatigue.     

用复合振子模型计算纳米尺度滑动摩擦力的研究

以光滑界面摩擦为研究对象,探讨用复合振子模型计算纳米尺度滑动摩擦力的原理和方法,推导出滑动摩擦力和摩擦因数的计算公式,并用原子力显微镜探针在硅试样和云母试样上做扫描实验进行验证。实验值与理论计算值的对比结果表明,两者所反映的规律基本一致,表明所提出的理论和方法可行。研究表明,滑动摩擦力与接触面积成线性增长关系,并随宏观振子横向刚度的增大而减小,由于可通过改变摩擦表面的几何形貌来改变宏观振子的横向刚度,因此这一结论将为摩擦控制提供一种新途径。     

电梯门机系统摩擦系数的计算

电梯的绝大部分事故都出在门系统上,而门机系统的摩擦力和摩擦系数是反映门机性能的重要指标.建立了电梯门机系统的动力学模型,通过模型计算的加速度和传感器实测的加速度进行比较获得误差函数,对其优化查找最小值,与最小值对应的未知量为门的倾角力和摩擦力,进而计算出反应门机性能指标的系统摩擦系数,为研究电梯门机性能和系统智能维护打下基础.