透明材料扭動微動磨損特性的實時觀測研究.pdf

1、扭動微動是在交變載荷下接觸副發(fā)生往復微幅相對扭動。扭動微動的現象普遍存在于各個工業(yè)領域，扭動微動作為四種微動運行基本模式之一，至今研究甚少。雖然已有部分研究揭示扭動微動損傷機理，但還有待深入。目前，對微動磨損的研究，其損傷過程的認識是基于一種黑箱的研究方法。因此，對不同透明材料進行動態(tài)實時觀測，有利于揭示實際損傷過程中的微觀現象的發(fā)生和發(fā)展，對深入認識微動磨損機理有重要意義。同時實時觀測和摩擦振動信號檢測可作為研究扭動微動磨損一種新的手

2、段。
　　 本研究是在新型扭動微動試驗裝置上配置實時觀測和摩擦振動信號檢測系統(tǒng)，對四種對磨副(PMMA/GCr15、PMMA/PMMA、普通玻璃/GCr15、石英玻璃/GCr15)進行了扭動微動磨損試驗研究，在分析其扭動微動動力學特性及實時觀測錄像的基礎上，結合摩擦振動分析，揭示了磨損機理以及表面形貌與摩擦振動之間的聯系。本論文得到以下結論：
　　 1.四種對磨副的摩擦扭矩-扭動角位移幅值(T-O)曲線可以用來表征扭動微

3、動的動力學特性。在本研究試驗參數下，對于PMMA材料，可得到三種類型的基本T-θ曲線：即直線型、橢圓型以及平行四邊形型；對于普通玻璃和石英玻璃，其T-θ曲線僅可觀察到兩種類型(橢圓型和平行四邊形型)。
　　 2.對于四種對磨副，在部分滑移區(qū)摩擦扭矩值增長緩慢；在混合區(qū)和滑移區(qū)，四種對磨副的摩擦扭矩曲線分為三個階段，即：跑合階段、上升階段和平穩(wěn)階段；滑移區(qū)的摩擦扭矩值高于部分滑移區(qū)和混合區(qū)。
　　 3.實時觀測與損傷機理：

4、
　　 a)部分滑移區(qū)：四種對磨副的損傷輕微，變形主要由彈性協調。
　　 b)混合區(qū)：對于PMMA/GCr15接觸，首先在接觸邊緣出現細小銀紋，隨著銀紋增多損傷逐漸加重并伴隨著磨屑排出，呈現環(huán)狀損傷環(huán)，其磨損機制主要是疲勞磨損；對于PMMA/PMMA接觸，首先在邊緣發(fā)生環(huán)狀損傷，然后逐漸加重，接觸中心始終處于黏著，磨損機制主要是磨粒磨損。
　　 c)滑移區(qū)：對于PMMA/GCr15接觸，首先在接觸中心觀察到塑性流

5、動的痕跡，隨后接觸邊緣出現少量銀紋，隨著銀紋數量增加與材料的剝落，接觸邊緣發(fā)展成“紡錘狀”的剝落坑，有大量磨屑排出，整個接觸區(qū)發(fā)生相對滑移，磨損機制為疲勞磨損；對于PMMA/PMMA接觸，在初期接觸邊緣發(fā)生損傷，隨循環(huán)周次的增加整個接觸區(qū)發(fā)生損傷，磨損機制為磨粒磨損；普通玻璃/GCr15對磨副，接觸邊緣內側出現損傷，隨后有微小裂紋產生，數量增加并形成環(huán)狀損傷，損傷區(qū)域逐漸增大直至循環(huán)結束并導致嚴重損傷，同時有大量磨屑排出，磨損機制主要是

6、磨粒磨損和疲勞磨損；對于石英玻璃/GCr15對磨副，微動損傷過程和磨損機制與普通玻璃對磨副相似，但其微裂紋會發(fā)生周向及徑向的擴展延伸。
　　 4.摩擦振動信號：在部分滑移區(qū)，PMMA/GCr15和PMMA/PMMA對磨副未激起可探測到的摩擦振動信號。在滑移區(qū)，PMMA/GCr15對磨副每循環(huán)下累計事件發(fā)生數隨循環(huán)次數增加先增多后減少，在不同的損傷階段，表現出不同的摩擦振動信號特征；PMMA/PMMA對磨副每循環(huán)下累計事件發(fā)生數隨