溝槽型織構(gòu)表面影響界面摩擦振動(dòng)噪聲的機(jī)理研究.pdf

1、摩擦振動(dòng)噪聲嚴(yán)重影響各種摩擦系統(tǒng)的精度、可靠性以及正常使用，并導(dǎo)致嚴(yán)重的噪聲污染。摩擦界面特征是影響摩擦噪聲的關(guān)鍵因素，目前界面特征與摩擦噪聲關(guān)系的研究主要集中在考察摩擦界面形貌因素（粗糙度、微凸體、磨屑等）對(duì)摩擦噪聲的影響。近年來(lái)的研究表明，表面織構(gòu)可以有效地改善界面的摩擦學(xué)性能。然而，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于表面織構(gòu)如何影響摩擦噪聲的研究極少報(bào)道。因此，開展表面織構(gòu)對(duì)摩擦振動(dòng)噪聲特性影響的研究并揭示其作用機(jī)理具有很好的創(chuàng)新性，并對(duì)控制摩擦噪聲

2、的表面設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。
　　本文在列車制動(dòng)盤蠕墨鑄鐵材料表面上制備出不同尺寸的溝槽型織構(gòu)表面，將其和光滑表面進(jìn)行摩擦噪聲對(duì)比試驗(yàn)，并利用有限元軟件ABAQUS對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，研究并探討了溝槽型織構(gòu)表面對(duì)界面摩擦振動(dòng)噪聲的影響及其機(jī)理。主要結(jié)論如下:
　　1、試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)摩擦系統(tǒng)發(fā)生自激振動(dòng)時(shí)，摩擦力和振動(dòng)加速度信號(hào)均產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻波動(dòng)，系統(tǒng)產(chǎn)生尖叫噪聲。本研究條件下溝槽型織構(gòu)表面對(duì)界面摩擦振動(dòng)噪聲具有重要影

3、響，特定尺寸(T-500-250)的溝槽型織構(gòu)表面對(duì)摩擦尖叫噪聲的產(chǎn)生具有明顯的抑制作用。
　　2、三種表面在試驗(yàn)初期均沒(méi)有產(chǎn)生明顯的尖叫噪聲，T-500-125和T-500-250兩種織構(gòu)表面在半個(gè)周期內(nèi)的摩擦力信號(hào)存在8次波動(dòng)，其數(shù)目與滑動(dòng)位移內(nèi)對(duì)磨球所經(jīng)過(guò)的溝槽數(shù)目相對(duì)應(yīng)。在穩(wěn)定階段，T-500-125織構(gòu)表面產(chǎn)生明顯的尖叫噪聲，其溝槽棱邊磨損嚴(yán)重，摩擦力信號(hào)的波動(dòng)消失，而T-500-250織構(gòu)表面在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中均無(wú)尖叫噪

4、聲產(chǎn)生，其溝槽棱邊則相對(duì)保存的較為完整，摩擦力信號(hào)仍可觀察到8次明顯的波動(dòng)。因此可以推測(cè)，溝槽的存在是導(dǎo)致摩擦力產(chǎn)生這種波動(dòng)的主要原因，其對(duì)抑制摩擦尖叫噪聲的產(chǎn)生起到了關(guān)鍵作用，即對(duì)磨球與溝槽棱邊的撞擊有效的打斷了摩擦界面連續(xù)的接觸，擾亂摩擦系統(tǒng)的自激振動(dòng)，進(jìn)而抑制了尖叫噪聲的產(chǎn)生。
　　3、利用有限元分析軟件ABAQUS對(duì)球—平面、球—溝槽以及球-倒圓角溝槽這三類不同接觸狀態(tài)下的摩擦系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行分析，在復(fù)特征值分析對(duì)模型

5、可靠性驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，利用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析方法很好地模擬出對(duì)磨球滑過(guò)溝槽時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為，驗(yàn)證了試驗(yàn)現(xiàn)象并揭示了溝槽型織構(gòu)表面對(duì)界面摩擦振動(dòng)噪聲的作用機(jī)理，即:當(dāng)對(duì)磨球滑過(guò)溝槽表面時(shí)，溝槽與對(duì)磨球?qū)a(chǎn)生撞擊，并打斷了摩擦界面的連續(xù)接觸，導(dǎo)致摩擦信號(hào)產(chǎn)生波動(dòng)，這種波動(dòng)擾亂摩擦系統(tǒng)的自激振動(dòng)，抑制摩擦振動(dòng)高頻成分的產(chǎn)生，從而抑制了尖叫噪聲的產(chǎn)生。
　　4、建立一個(gè)三自由度的數(shù)學(xué)模型模擬對(duì)磨球與溝槽相對(duì)滑動(dòng)時(shí)摩擦系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，研究了接

6、觸傾角對(duì)摩擦系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，得出溝槽和對(duì)磨球之間的接觸傾角的大小對(duì)摩擦系統(tǒng)的穩(wěn)定性有重要的影響，當(dāng)接觸傾角較小時(shí)，摩擦系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定振動(dòng)。證實(shí)了本研究中由于接觸傾角非常?。▽?duì)磨球的直徑遠(yuǎn)大于溝槽寬度），對(duì)磨球與溝槽棱邊的撞擊不會(huì)導(dǎo)致摩擦系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)烈的不穩(wěn)定振動(dòng)，相反的，這種撞擊將打斷摩擦系統(tǒng)的自激振動(dòng)，并抑制了尖叫噪聲的產(chǎn)生。
　　5、利用ABAQUS瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析研究當(dāng)摩擦系統(tǒng)產(chǎn)生摩擦振動(dòng)噪聲時(shí)的界面特性，得出摩擦系統(tǒng)在發(fā)