粉末润滑界面的摩擦非线性及其误差补偿研究
本文选题：粉末润滑 切入点：摩擦非线性 出处：《合肥工业大学》2017年硕士论文
【摘要】：摩擦非线性是工程实践中普遍存在的一种复杂且具有不确定性的摩擦学现象,其已成为提高伺服系统性能和极端条件制造零件质量的严重障碍。粉末颗粒以其良好的润滑性能和承载能力,以及对极端工况的适应性,被广泛地用于诸多领域研究。本文将粉末颗粒引入摩擦界面,利用UMT-2摩擦磨损测试仪,并结合了多种观察和分析技术,对粉末润滑界面的摩擦非线性问题开展深入研究,并对粉末润滑下摩擦误差补偿进行初步探索。首先,本文进行了一系列的摩擦非线性对比试验,通过改变润滑方式(干摩擦、油润滑及粉末润滑)、油润滑下颗粒硬度、油润滑下颗粒粒径等条件,研究其对摩擦非线性影响,结果表明:相比干摩擦,油润滑和粉末润滑都明显减弱了摩擦非线性问题;在油润滑下,当摩擦界面存在较大粒径颗粒或较硬颗粒时,均会增强摩擦非线性问题。其次,着重开展了一系列粉末润滑界面的摩擦非线性试验,通过改变接触载荷、转速、粉末层厚度及原始表面粗糙程度等参数,结合试验后对摩擦系数非线性波动程度、边界层表面典型的微观形态及三维形貌参数等信息的分析,对粉末润滑界面的摩擦非线性机理进行深入研究。结论:在一定情况下,较大的接触载荷、相对速度及粉末层厚度有利于形成致密的边界层,可以提高润滑性能,减弱摩擦非线性问题。而过大的载荷和速度会加快粉末层破坏,以及粉末层过厚会使形成的粉末层脆性变大,上述条件下的表面粗糙度值均较大,润滑能力较差,摩擦非线性较严重。此外,根据实际应用环境,合理地选择、使用粉末润滑剂可以降低摩擦非线性。最后,针对粉末润滑下摩擦误差补偿模型进行了初步研究,以较为公认的经典摩擦补偿模型--Stribeck(指数)模型为研究对象,基于最小二乘法原理,对粉末润滑下该模型的参数进行拟合,并对获得的粉末润滑下Stribeck曲线机理作了简要分析。同时,将拟合得到的参数导入LuGre模型,由Simulink仿真结果可知,较大的速度、刚度系数和粘性阻尼系数对摩擦力非线性变化均有显著的影响。
[Abstract]:Friction nonlinearity is a complex and uncertain tribological phenomenon in engineering practice. It has become a serious obstacle to improve the performance of servo system and the quality of parts manufactured under extreme conditions. It is widely used in many fields. In this paper, the powder particles are introduced into the friction interface, and the friction and wear nonlinearity of powder lubricating interface is studied by using UMT-2 friction and wear tester, combined with a variety of observation and analysis techniques. At first, a series of nonlinear friction contrast tests are carried out. By changing the lubrication methods (dry friction, oil lubrication and powder lubrication, the hardness of particles under oil lubrication, and the hardness of particles under oil lubrication, the paper makes a preliminary study of friction error compensation under powder lubrication. The effects of particle size on friction nonlinearity under oil lubrication are studied. The results show that oil lubrication and powder lubrication obviously weaken the nonlinear friction problem compared with dry friction. When there are larger particles or harder particles in the friction interface, the friction nonlinearity will be enhanced. Secondly, a series of nonlinear friction tests of powder lubricating interface are carried out, by changing the contact load, rotating speed, The parameters such as the thickness of the powder layer and the roughness of the original surface are analyzed in combination with the nonlinear fluctuation degree of friction coefficient, the typical microscopic morphology of the boundary layer surface and the parameters of 3D morphology, etc. The nonlinear friction mechanism of powder lubrication interface is studied in depth. Conclusion: under certain conditions, larger contact load, relative velocity and thickness of powder layer are favorable for forming dense boundary layer, which can improve lubrication performance. Under the above conditions, the surface roughness value of the powder layer is larger and the lubricating ability is poor, and the powder layer is too thick to increase the brittleness of the powder layer, and the load and velocity of the powder layer will accelerate the damage of the powder layer and the brittleness of the powder layer will be increased under the above conditions. The friction nonlinearity is more serious. In addition, according to the practical application environment and reasonable selection, the friction nonlinearity can be reduced by using powder lubricant. Finally, the friction error compensation model under powder lubrication is studied preliminarily. Taking the classical friction compensation model known as Stribeck (exponential) model as the research object, the parameters of the model under powder lubrication are fitted based on the principle of least square method. The mechanism of the obtained Stribeck curve under powder lubrication is briefly analyzed. At the same time, the fitting parameters are imported into the LuGre model, and the results of Simulink simulation show that the velocity is large. The stiffness coefficient and viscous damping coefficient have significant influence on the nonlinear variation of friction force.
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH117
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