聚甲基丙烯酸甲酯转动微动磨损特性的研究

发布时间：2020-03-22 11:19

【摘要】： 根据接触副相对运动的不同,球／平面接触条件下的微动可分为切向、径向、转动和扭动微动4种模式。目前的研究主要集中在切向微动模式,很少有文献进行转动微动的研究。在微动运动中,常出现的摩擦噪声和振动,也引起了许多学者的兴趣,但是目前鲜有学者将微动过程中激发的摩擦振动和噪声与磨损机制相结合进行研究。因此,借助摩擦振动和噪声对转动微动进行研究,不仅丰富了微动摩擦学的基本理论,而且对抗工业微动损伤有重要的指导意义。 本文采用球／平面接触方式,在新型低速高精度转动台和六维传感器(x、y、z方向的力和力矩),进行了PMMA平板试样在不同法向载荷(20N、50N、100N)和转动角位移幅值(θ=0.25°、1°、2.5°、15°、30°)与GCr15钢球配副对磨时的转动微动磨损试验。在详细分析微动接触条件动力学的基础上,结合光学显微镜(OM)和表面轮廓仪,辅以噪声和振动信号采集设备,对PMMA转动微动的运行行为和磨损行为进行了研究,并对信号与磨损机制之间的联系进行了探讨。利用有限元方法,建立球／平面模型,对转动微动进行数值模拟,将计算结果和实验结果进行比较。完成的主要工作和取得的主要结论如下： 1.摩擦力-转动角位移幅值(Ft-θ)曲线可以用来表征转动微动的动力学特性。根据实验数据,可得到三种基本的Ft-θ曲线类型：直线型、椭圆型和平行四边型,与切向微动的结果类似。 2.研究建立了高分子材料转动微动的运行工况微动图(RCFM),发现转动微动的混合区相对较窄。 3.在部分滑移区,摩擦系数随循环次数没有明显变化,随载荷增加而降低；在混合区和完全滑移区,摩擦系数随循环次数变化的曲线可以分为三个阶段,即：跑合阶段、上升阶段和相对稳定阶段；混合区摩擦系数高于部分滑移区和完全滑移区。 4.研究发现转动微动磨损严重依赖于法向载荷、角位移幅值和循环周次。当角位移幅值较小时,微动运行于部分滑移区,磨损较轻微,其磨损机制为轻微磨粒磨损；对于混合区,其磨损机制是磨粒磨损和疲劳磨损并伴随有黏性流动；随着角位移幅值的增加,微动进入完全滑移区,磨损机制与混合区相同,当微动运行在大角度位移幅值时,出现以波纹为特征的形貌,随着波纹被去除,微动进入与滑动的过渡区域。因此,PMMA的转动微动运行范围应低于角度幅值15°。 5.对摩擦振动和噪声信号进行研究,初步探讨了磨损机制与摩擦振动和噪声信号之间的关系,得出以下结果： a)部分滑移区：由于接触表面是弹性形变协调,因此只能激发出很微弱的摩擦振动和噪声信号 b)完全滑移区：跑合期结束后,二体相互接触,此时磨损机制是黏性流动和磨粒磨损,摩擦振动和噪声信号明显增强；随转动次数的增加,中间出现波纹状特征,损伤加强,摩擦振动和噪声信号的幅度略微增加；循环次数再次增加,中间波纹开始出现疲劳特征,被去除,这时磨损机制是疲劳磨损为主的磨粒磨损加疲劳磨损的机制,摩擦振动和噪声信号明显增强；波纹完全去除后,磨屑散落在接触表面形成第三体层,磨损降低,切向振动信号明显降低,法向振动信号略有降低,但摩擦噪声信号没有明显变化。 6.使用ANSYS软件,建立球—平面接触条件下的转动微动有限元模型。在弹性和塑性范围内,考察了转动角位移幅值对接触应力的影响,解释了转动微动完全滑移条件下中心隆起的现象。
【图文】：

50Amp套}tudeo丁vlbr色妻40们气pm)图1一5在不同振动频率和幅度下的摩擦系数[40】(滑移速度 1.17m/s，加载载荷一ON:粗糙度1.50卿(RMs)，相对湿度50%，试样pTFE)因此，对摩擦噪声和摩擦振动进行研究，不仅有利于了解材料的内部变形机制，也可以知道材料的表面形貌变化。.2微动的运行模式及其研究在实际工况中微动运行十分复杂，目前尚无统一分类方法，通常按球/平面接触模式将微动状态简单化。根据不同的相对运动方向，可把微动可分为4种基本运行模式

只劝班川亏O汽吞i滁麒琳八图1一11接触中心波纹和磨屑在其附近对试样造成磨损的示意图I’4〕莫继良等 [el62]研究了新型的转动微动实验平台，依靠对不同材料的大量实验，得出转动微动和切向微动一样也会出现三种动力学曲线即:直线型、椭圆型和平行四边型。他们认为中心隆起是材料在转动模式下塑性流动在接触中心积累的结果，其磨损机制主要为磨粒磨损、剥层和氧化磨损。.3转动微动中的运行实例转动微动现象大量存在于机械装备和器械中，，例如机车车辆转向架与车体连接的心盘的磨损，球阀中球体与阀体配合面的运动、人体植入器械中的人工心脏瓣膜、骸关节和膝关节柞臼状接触区内发生的失效[63“4]。在铁路运输行业，滚滑表面的摩擦磨损和紧配合面的微动失效是制约机车车辆运行的关键因素。高速列车的轮轴配合方式为过盈配合，由于轴弹性变形和运行过程中存在不可避免的振动
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH117

【引证文献】

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1 罗军;车轴钢表面涂层/改性层的转动微动磨损研究[D];西南交通大学;2011年

2 郑健峰;车轴钢不同模式微动磨损行为研究[D];西南交通大学;2010年

相关硕士学位论文 前1条

1 任元;物理气相沉积CrN和AlCrN涂层转动微动摩擦磨损性能研究[D];西南交通大学;2011年

本文编号：2594964