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1、摩擦振動(dòng)對(duì)摩擦學(xué)特征的影響 摩擦振動(dòng)對(duì)摩擦學(xué)特征的影響 2016/04/20 《工具技術(shù)雜志》2016年第二期 摘要: 利用ABAQUS仿真模擬往復(fù)式摩擦副干摩擦特性，提取摩擦過(guò)程中的速度特征，以振動(dòng)烈度來(lái)量化摩擦振動(dòng)，分析了仿生密度所激勵(lì)出的摩擦振動(dòng)對(duì)摩擦學(xué)特征值的影響。結(jié)果表明，由同一種密度的仿生副所產(chǎn)生的摩擦振動(dòng)、溫度、摩擦應(yīng)力、磨損深度都具有相同的效果，振動(dòng)烈度—摩擦學(xué)特征值曲線呈遞增趨勢(shì)，合理的仿生密度可以起到減振、消磨、降

2、溫的作用。 關(guān)鍵詞: 摩擦學(xué)特性;仿生密度;摩擦振動(dòng);ABAQUS 1引言 研究表明，帶有一定程度的非光滑摩擦表面具有更好的耐磨性能［1－3］。非光滑摩擦表面通常以耦合仿生單元的形式，制備出具有一定分布密度與尺寸的仿生表面，其分布密度對(duì)耐磨性能的影響具有重要的作用。瑞典學(xué)者Hammerstrom等［4］認(rèn)為通過(guò)增加摩擦副摩擦面的局部粗糙度，可以減小摩擦振動(dòng)與噪聲。申龍章、Ko等［5，6］通過(guò)對(duì)摩擦副施加外部振動(dòng)的方法，達(dá)到了控制摩擦振動(dòng)、消減磨損量的目的。通過(guò)研究仿生密度激勵(lì)的摩擦振動(dòng)對(duì)摩擦學(xué)特性的影響，尋找合理的仿生密度，對(duì)于減

3、少摩擦磨損、降低摩擦溫度具有重要的意義。由于仿生密度分布十分復(fù)雜，不適合大量實(shí)驗(yàn)，因此本文采用有限元仿真模擬干摩擦條件下的往復(fù)式滑動(dòng)摩擦，細(xì)化仿生密度的分布，從而找出仿生密度激勵(lì)的摩擦振動(dòng)與摩擦學(xué)特性的規(guī)律。 2有限元仿真 采用往復(fù)式干摩擦模型，在9．8m/s2的重力載荷下，固定端與往復(fù)式滑動(dòng)的仿生表面自由接觸。初始速度為40mm/s，x軸負(fù)方向，耦合上仿生表面的滑動(dòng)端前后兩個(gè)面加載上變速載荷，使得摩擦模型在4s中循環(huán)兩次。模型尺寸為固定端33mm20mm10mm，滑動(dòng)端15mm35mm60mm，材料采用45鋼［7］。仿生單元采用正四棱錐椎體，底面邊長(zhǎng)1mm，深

4、度0．5mm。由于仿生面積有限，因此仿生單元的分布存在不均勻的情況，為使仿真數(shù)據(jù)采樣更科學(xué)，采用兩種仿真方案:間距分布和數(shù)量分布。間距分布如圖1a所示:固定仿生面左上角一個(gè)仿生單元的位置，通過(guò)改變橫縱方向上間距L、C，改變仿生密度。數(shù)量分布如圖1b所示:在仿生面固定一個(gè)區(qū)域，使仿生單元等間距分布，通過(guò)改變橫縱方向上仿生單元的個(gè)數(shù)M、N，改變仿生密度。 3試驗(yàn)結(jié)果 3．1摩擦學(xué)特性如圖2所示，摩擦學(xué)特性值(即最高溫度、平均溫度、平均摩擦應(yīng)力、平均磨損深度)的分布規(guī)律基本相同，均以波動(dòng)狀曲面為主。橫向間距在1－2m，縱向間距在1．25以下的矩形范圍內(nèi)，摩擦情況較為理

5、想，摩擦學(xué)特性值較小。同時(shí)摩擦溫度、摩擦應(yīng)力、磨損之間的極值基本互相對(duì)應(yīng)。 3．2振動(dòng)仿真以滑動(dòng)端的輸出速度來(lái)表征摩擦振動(dòng)。如圖3所示，摩擦學(xué)特性值隨摩擦振動(dòng)幅度增大而增大。結(jié)果表明仿生結(jié)構(gòu)表面通過(guò)激勵(lì)摩擦振動(dòng)，使得摩擦學(xué)特性有較大的改變。與無(wú)仿生單元的結(jié)構(gòu)相比，合理的仿生密度與其分布方式可以達(dá)到減振降磨的效果，而不合理的仿生密度與其分布方式則會(huì)加重摩擦振動(dòng)，使得摩擦學(xué)特征值增大。這與文獻(xiàn)［5，6，8，9］的研究結(jié)果基本一致。圖4所示的振動(dòng)烈度—間距關(guān)系圖表明，振動(dòng)烈度與仿生密度的曲面的波動(dòng)情況與對(duì)應(yīng)的摩擦學(xué)特性值曲面相似，可見(jiàn)由仿生單元激勵(lì)的摩擦振動(dòng)對(duì)摩擦學(xué)特性值有著較大的影

6、響。 3．3摩擦振動(dòng)特性曲線如圖5所示，建立振動(dòng)烈度—摩擦學(xué)特征值曲線(即摩擦振動(dòng)特性曲線)，以此分析摩擦振動(dòng)對(duì)摩擦學(xué)特性的具體影響。四種摩擦學(xué)特性值關(guān)于振動(dòng)烈度呈遞增關(guān)系。普通對(duì)照組的振動(dòng)烈度為0．224464，基本位于曲線的中部?？梢?jiàn)由仿生密度激勵(lì)的摩擦振動(dòng)變化較大，當(dāng)摩擦振動(dòng)數(shù)值較大時(shí)，其對(duì)應(yīng)的摩擦學(xué)特性值也較大，這與消振減磨、增振加磨的實(shí)際規(guī)律相符［1，6，8，9］。 4結(jié)語(yǔ) (1)仿生密度對(duì)于摩擦學(xué)特性值的影響是基本統(tǒng)一的，即一種密度的仿生副產(chǎn)生的4個(gè)摩擦學(xué)特性值具有相同的趨勢(shì)。(2)通過(guò)定義振動(dòng)烈度，量化摩擦振動(dòng)，構(gòu)建振動(dòng)烈度—摩擦學(xué)特性值曲線，結(jié)果表明摩擦振動(dòng)與摩擦學(xué)特性值是遞增趨勢(shì)。(3)仿生單元可以改變摩擦過(guò)程中的振動(dòng)情況，合理的仿生單元密度可以起到減振、消磨、降溫的作用。