微动摩擦磨损的试验机研制及试验研究

论文摘要

微动摩擦发生在两接触表面之间有极小振幅运动的情况下。微动摩擦不仅可以导致接触表面间的摩擦磨损,而且会加速裂纹的产生和扩展,最终使得构件的疲劳寿命大大降低。目前,工业领域中因微动摩擦而造成的损伤相当普遍。因此,深入开展微动摩擦学的研究,对预防和控制工业微动损伤有重要的指导意义,且具有广阔的工程应用前景。本文概述了微动摩擦学的基本概念和各工程领域中的微动损伤实例,总结了关于切向微动的基本理论,并简要介绍和分析了现有微动磨损试验机的工作原理和特点。针对现有微动摩擦磨损试验机存在的不足,本文以微动摩擦学基本理论为基础,利用Pro/ENGINEER、UG和ANSYS等计算机辅助三维设计和工程分析软件对试验机的机械结构进行了三维参数化设计和结构优化分析,并采用压电陶瓷作为试验机的驱动动力源,开发了一台新型切向微动摩擦磨损试验机。利用该试验机进行了微动摩擦磨损试验,分析了位移幅值、法向载荷、运动频率和预应力等基本参数对微动摩擦副间摩擦系数的影响;通过金相显微镜,考察了不同试验条件下试件表面的磨斑形貌,研究了切向微动的运行和损伤机理。试验结果表明,试验数据和理论分析结果基本相符。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 微动摩擦学的基本概念和发展现状
• 1.2.1 微动摩擦学基本概念
• 1.2.2 微动的类型
• 1.2.3 常见微动实例
• 1.2.4 微动摩擦学发展现状
• 1.2.5 影响微动区域的因素
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 微动摩擦学的基础理论
• 2.1 摩擦系数的研究
• 2.2 静止接触状态的弹性接触理论
• 2.3 微动接触的切应力分布
• 2.3.1 球-平面接触的切应力分布
• 2.3.2 施加交变切向力的切应力分布
• 2.4 微动摩擦学的力学分析现状
• 2.5 微动损伤的基本理论
• 2.5.1 微动磨损的早期理论
• 2.5.2 微动的运动调节机理
• 2.5.3 微动的三体理论
• 2.5.4 微动图理论
• 2.6 本章小结
• 第三章 微动摩擦磨损试验机的研制
• 3.1 概述
• 3.1.1 微动摩擦磨损试验机
• 3.1.2 预应力下微动摩擦磨损试验机
• 3.2 微位移的实现方法及特点
• 3.3 试验机的总体设计与工作原理
• 3.4 试验机主要部件的结构设计及分析
• 3.4.1 压电陶瓷驱动器
• 3.4.2 摩擦力摩擦系数测试组件的设计与分析
• 3.4.3 试件夹具的设计及分析
• 3.5 试验机测控系统
• 3.5.1 控制系统
• 3.5.2 测试系统
• 3.6 误差分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 微动摩擦磨损的试验研究
• 4.1 微动摩擦磨损的试验条件
• 4.2 摩擦力的标定
• 4.3 微动摩擦磨损试验及其结果分析
• 4.3.1 单周期摩擦力变化曲线分析
• 4.3.2 法向载荷对摩擦系数的影响
• 4.3.3 位移幅值对摩擦系数的影响
• 4.3.4 频率对摩擦系数的影响
• 4.3.5 预应力对摩擦系数的影响
• 4.4 材料的表面磨损
• 4.4.1 表面磨损一般过程
• 4.4.2 第三体的演变
• 4.4.3 颗粒剥离机理
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 本文的主要工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文