聚甲基丙烯酸甲酯轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)磨損特性的研究.pdf

1、根據(jù)接觸副相對(duì)運(yùn)動(dòng)的不同，球/平面接觸條件下的微動(dòng)可分為切向、徑向、轉(zhuǎn)動(dòng)和扭動(dòng)微動(dòng)4種模式。目前的研究主要集中在切向微動(dòng)模式，很少有文獻(xiàn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)的研究。在微動(dòng)運(yùn)動(dòng)中，常出現(xiàn)的摩擦噪聲和振動(dòng)，也引起了許多學(xué)者的興趣，但是目前鮮有學(xué)者將微動(dòng)過程中激發(fā)的摩擦振動(dòng)和噪聲與磨損機(jī)制相結(jié)合進(jìn)行研究。因此，借助摩擦振動(dòng)和噪聲對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)進(jìn)行研究，不僅豐富了微動(dòng)摩擦學(xué)的基本理論，而且對(duì)抗工業(yè)微動(dòng)損傷有重要的指導(dǎo)意義。
　　 本文采用球/平面接

2、觸方式，在新型低速高精度轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)和六維傳感器(x、y、z方向的力和力矩)，進(jìn)行了PMMA平板試樣在不同法向載荷(20N、50N、100N)和轉(zhuǎn)動(dòng)角位移幅值(θ=0.25°、1°、2.5°、15°、30°)與GCr15鋼球配副對(duì)磨時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)磨損試驗(yàn)。在詳細(xì)分析微動(dòng)接觸條件動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合光學(xué)顯微鏡(OM)和表面輪廓儀，輔以噪聲和振動(dòng)信號(hào)采集設(shè)備，對(duì)PMMA轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)的運(yùn)行行為和磨損行為進(jìn)行了研究，并對(duì)信號(hào)與磨損機(jī)制之間的聯(lián)系進(jìn)行了探討。

3、利用有限元方法，建立球/平面模型，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，將計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。完成的主要工作和取得的主要結(jié)論如下：
　　 1.摩擦力-轉(zhuǎn)動(dòng)角位移幅值(Ft-θ)曲線可以用來表征轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得到三種基本的Ft-θ曲線類型：直線型、橢圓型和平行四邊型，與切向微動(dòng)的結(jié)果類似。
　　 2.研究建立了高分子材料轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)的運(yùn)行工況微動(dòng)圖(RCFM)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)的混合區(qū)相對(duì)較窄。
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4、.在部分滑移區(qū)，摩擦系數(shù)隨循環(huán)次數(shù)沒有明顯變化，隨載荷增加而降低；在混合區(qū)和完全滑移區(qū)，摩擦系數(shù)隨循環(huán)次數(shù)變化的曲線可以分為三個(gè)階段，即：跑合階段、上升階段和相對(duì)穩(wěn)定階段；混合區(qū)摩擦系數(shù)高于部分滑移區(qū)和完全滑移區(qū)。
　　 4.研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)磨損嚴(yán)重依賴于法向載荷、角位移幅值和循環(huán)周次。當(dāng)角位移幅值較小時(shí)，微動(dòng)運(yùn)行于部分滑移區(qū)，磨損較輕微，其磨損機(jī)制為輕微磨粒磨損；對(duì)于混合區(qū)，其磨損機(jī)制是磨粒磨損和疲勞磨損并伴隨有黏性流動(dòng)；隨著

5、角位移幅值的增加，微動(dòng)進(jìn)入完全滑移區(qū)，磨損機(jī)制與混合區(qū)相同，當(dāng)微動(dòng)運(yùn)行在大角度位移幅值時(shí)，出現(xiàn)以波紋為特征的形貌，隨著波紋被去除，微動(dòng)進(jìn)入與滑動(dòng)的過渡區(qū)域。因此，PMMA的轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)運(yùn)行范圍應(yīng)低于角度幅值15°。
　　 5.對(duì)摩擦振動(dòng)和噪聲信號(hào)進(jìn)行研究，初步探討了磨損機(jī)制與摩擦振動(dòng)和噪聲信號(hào)之間的關(guān)系，得出以下結(jié)果：
　　 a)部分滑移區(qū)：由于接觸表面是彈性形變協(xié)調(diào)，因此只能激發(fā)出很微弱的摩擦振動(dòng)和噪聲信號(hào)
　　

6、b)完全滑移區(qū)：跑合期結(jié)束后，二體相互接觸，此時(shí)磨損機(jī)制是黏性流動(dòng)和磨粒磨損，摩擦振動(dòng)和噪聲信號(hào)明顯增強(qiáng)；隨轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)的增加，中間出現(xiàn)波紋狀特征，損傷加強(qiáng)，摩擦振動(dòng)和噪聲信號(hào)的幅度略微增加；循環(huán)次數(shù)再次增加，中間波紋開始出現(xiàn)疲勞特征，被去除，這時(shí)磨損機(jī)制是疲勞磨損為主的磨粒磨損加疲勞磨損的機(jī)制，摩擦振動(dòng)和噪聲信號(hào)明顯增強(qiáng)；波紋完全去除后，磨屑散落在接觸表面形成第三體層，磨損降低，切向振動(dòng)信號(hào)明顯降低，法向振動(dòng)信號(hào)略有降低，但摩擦噪聲信號(hào)沒