摩擦振動對摩擦學特征的影響

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

2、溫的作用。 關鍵詞: 摩擦學特性;仿生密度;摩擦振動;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，其分布密度對耐磨性能的影響具有重要的作用。瑞典學者Hammerstrom等［4］認為通過增加摩擦副摩擦面的局部粗糙度，可以減小摩擦振動與噪聲。申龍章、Ko等［5，6］通過對摩擦副施加外部振動的方法，達到了控制摩擦振動、消減磨損量的目的。通過研究仿生密度激勵的摩擦振動對摩擦學特性的影響，尋找合理的仿生密度，對于減

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雜，不適合大量實驗，因此本文采用有限元仿真模擬干摩擦條件下的往復式滑動摩擦，細化仿生密度的分布，從而找出仿生密度激勵的摩擦振動與摩擦學特性的規(guī)律。 2有限元仿真 采用往復式干摩擦模型，在9．8m/s2的重力載荷下，固定端與往復式滑動的仿生表面自由接觸。初始速度為40mm/s，x軸負方向，耦合上仿生表面的滑動端前后兩個面加載上變速載荷，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，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仿生單元的位置，通過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:在仿生面固定一個區(qū)域，使仿生單元等間距分布，通過改變橫縱方向上仿生單元的個數(shù)M、N，改變仿生密度。 3試驗結(jié)果 3．1摩擦學特性如圖2所示，摩擦學特性值(即最高溫度、平均溫度、平均摩擦應力、平均磨損深度)的分布規(guī)律基本相同，均以波動狀曲面為主。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，摩擦學特性值較小。同時摩擦溫度、摩擦應力、磨損之間的極值基本互相對應。 3．2振動仿真以滑動端的輸出速度來表征摩擦振動。如圖3所示，摩擦學特性值隨摩擦振動幅度增大而增大。結(jié)果表明仿生結(jié)構(gòu)表面通過激勵摩擦振動，使得摩擦學特性有較大的改變。與無仿生單元的結(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加重摩擦振動，使得摩擦學特征值增大。這與文獻［5，6，8，9］的研究結(jié)果基本一致。圖4所示的振動烈度—間距關系圖表明，振動烈度與仿生密度的曲面的波動情況與對應的摩擦學特性值曲面相似，可見由仿生單元激勵的摩擦振動對摩擦學特性值有著較大的影

6、響。 3．3摩擦振動特性曲線如圖5所示，建立振動烈度—摩擦學特征值曲線(即摩擦振動特性曲線)，以此分析摩擦振動對摩擦學特性的具體影響。四種摩擦學特性值關于振動烈度呈遞增關系。普通對照組的振動烈度為0．224464，基本位于曲線的中部。可見由仿生密度激勵的摩擦振動變化較大，當摩擦振動數(shù)值較大時，其對應的摩擦學特性值也較大，這與消振減磨、增振加磨的實際規(guī)律相符［1，6，8，9］。 4結(jié)語 (1)仿生密度對于摩擦學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個摩擦學特性值具有相同的趨勢。(2)通過定義振動烈度，量化摩擦振動，構(gòu)建振動烈度—摩擦學特性值曲線，結(jié)果表明摩擦振動與摩擦學特性值是遞增趨勢。(3)仿生單元可以改變摩擦過程中的振動情況，合理的仿生單元密度可以起到減振、消磨、降溫的作用。