摩擦衬垫微观接触与动态滑动摩擦的原位实时观测研究

发布时间：2017-08-24 06:41

  本文关键词：摩擦衬垫微观接触与动态滑动摩擦的原位实时观测研究

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【摘要】：摩擦衬垫作为摩擦式提升机的关键部件,提升机主要依靠摩擦轮上的摩擦衬垫来承受钢丝绳及绳端载荷,并依靠其与钢丝绳之间的摩擦力进行传动,其摩擦性能的优劣直接关系到提升机的工作能力、提升效率和安全可靠性。本研究基于“白箱”的方法,利用VW9000高速摄像系统开展衬垫材料往复滑动摩擦实时动态观测试验,观测摩擦界面在摩擦损伤过程中各微观现象的发生、发展过程,研究摩擦衬垫的微观接触特性,认识微观磨损机理,进而为研究摩擦衬垫与钢丝绳间的摩擦机理提供基础依据。本文以目前国内摩擦式提升机广泛采用的K25、G30和GM-3摩擦衬垫为研究对象,开展衬垫材料在不同比压、滑动速度、润滑条件下的往复滑动摩擦过程的实时观测,从接触特性,摩擦过程中的原位界面形貌,结合摩擦系数与扫描电镜分析衬垫的微观摩擦机理,获得了以下主要结论:1、摩擦衬垫为粘弹性材料,表面微凸体受力会产生趋于硬质对磨副形状的变形,衬垫所受比压增加,变形量增加,实际接触面积增加。随着滑动速度的增加,衬垫实际接触面积先增大后减小,速度为1mm/s时,衬垫初期与后期单个周期内的实际接触面积变化规律相同;当滑动速度达到5mm/s后,中后期会出现粘滑波动现象,实际接触面积呈现不规则的锯齿状波动,滑动速度越大波动幅值越大,并伴随着摩擦噪声。2、摩擦衬垫材料的滑动摩擦过程可分为三个阶段:一、粘着阶段,滑动刚开始时,摩擦副间因粘着作用无相对位移,衬垫材料表层所有接触区域的分子链沿滑动方向拉伸变形;二、粘着滑动转换阶段,滑动方向后方的边缘部分开始出现相对滑移,并且逐渐向中心部分扩散,中心部分仍处于粘着状态,分子链继续拉伸变形;三、完全滑移阶段,所有接触部分不再产生粘着偏移,滑动进入稳定阶段,粘着位移中心区域大于边缘区域。3、GM-3摩擦衬垫的摩擦系数随着比压的增加先增加后减小。G30与K25衬垫摩擦系数随着比压的增加而略微减小。三种衬垫的摩擦系数均随滑动速度的增加,先增加后减小,粘滑波动会降低摩擦系数。4、GM-3衬垫表面最容易因摩擦热产生融化,相同条件下GM-3衬垫磨屑脱落的最多,磨损最严重。G30热分解温度最高,热抵抗性好,表面磨损居中。K25衬垫材料弹性较好,能够较好的分散压力,相同比压条件下,K25应力最小,K25表面受摩擦热影响较小,表面磨损最轻,磨屑最少,耐磨性最好。衬垫在低速低比压条件下主要为粘着磨损,高速或者高比压条件下为粘着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损。5、三种衬垫在一定的比压和速度条件下表面都会产生卷筒状的磨屑,卷筒状的磨屑形成过程可分为四个阶段:阶段一,衬垫与玻璃片的表面产生粘着。阶段二,在周期性的交变应力下,衬垫表面产生疲劳裂纹。阶段三、裂纹扩展表层材料脱落随着滑动形成卷筒状的磨屑。阶段四,磨屑随摩擦副的运动在衬垫表面滚滑,碾压出与其形状尺寸相适应的凹槽。
【关键词】：摩擦衬垫 原位观测 实际接触面积 粘滑距离 摩擦机理
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD534;TH117.1
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-19
• 变量注释表19-20
• 1 绪论20-29
• 1.1 研究背景20-21
• 1.2 摩擦衬垫的研究现状21-23
• 1.3 摩擦过程实时观测的xO究现状23-25
• 1.4 摩擦界面行为25-28
• 1.5 研究目标与内容28-29
• 2 实验部分29-34
• 2.1 实验材料及试样加工29-30
• 2.2 实验参数的确定30
• 2.3 实验装置简介30-33
• 2.4 技术路线33
• 2.5 试验方案33-34
• 3 摩擦衬垫界面的微观接触分析34-48
• 3.1 灰度法计算实际接触面积原理34-36
• 3.2 静态实际接触面积36-38
• 3.3 滑动过程中实际接触面积38-47
• 3.4 本章小结47-48
• 4 摩擦衬垫滑动过程中的界面微观行为研究48-67
• 4.1 摩擦过程中接触界面的原位形貌分析48-60
• 4.2 摩擦界面的粘滑行为分析60-65
• 4.3 本章小结65-67
• 5 摩擦衬垫的动态滑动摩擦机理研究67-77
• 5.1 比压对衬垫材料摩擦系数的影响67-71
• 5.2 速度对衬垫材料摩擦系数的影响71-74
• 5.3 摩擦衬垫的摩擦机理分析74-76
• 5.4 本章小结76-77
• 6 摩擦衬垫的滑动磨损机理分析77-89
• 6.1 摩擦衬垫的光学磨损形貌分析77-85
• 6.2 衬垫材料卷筒状磨屑形成过程分析85-88
• 6.3 本章小结88-89
• 7 总结89-91
• 7.1 主要结论89-90
• 7.2 研究展望90-91
• 参考文献91-97
• 附录 197-99
• 作者简历99-101
• 学位论文数据集101

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本文编号：729801