透明材料扭動微動磨損特性的實(shí)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(fù)微幅相對扭動。扭動微動的現(xiàn)象普遍存在于各個工業(yè)領(lǐng)域，扭動微動作為四種微動運(yùn)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(jī)理，但還有待深入。目前，對微動磨損的研究，其損傷過程的認(rèn)識是基于一種黑箱的研究方法。因此，對不同透明材料進(jìn)行動態(tài)實(shí)時觀測，有利于揭示實(shí)際損傷過程中的微觀現(xiàn)象的發(fā)生和發(fā)展，對深入認(rèn)識微動磨損機(jī)理有重要意義。同時實(shí)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(yàn)裝置上配置實(shí)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(jìn)行了扭動微動磨損試驗(yàn)研究，在分析其扭動微動動力學(xué)特性及實(shí)時觀測錄像的基礎(chǔ)上，結(jié)合摩擦振動分析，揭示了磨損機(jī)理以及表面形貌與摩擦振動之間的聯(lián)系。本論文得到以下結(jié)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(xué)特性。在本研究試驗(yàn)參數(shù)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(shí)時觀測與損傷機(jī)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(xié)調(diào)。
　　 b)混合區(qū)：對于PMMA/GCr15接觸，首先在接觸邊緣出現(xiàn)細(xì)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(xiàn)環(huán)狀損傷環(huán)，其磨損機(jī)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(jī)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(xiàn)少量銀紋，隨著銀紋數(shù)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(jī)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(jī)制為磨粒磨損；普通玻璃/GCr15對磨副，接觸邊緣內(nèi)側(cè)出現(xiàn)損傷，隨后有微小裂紋產(chǎn)生，數(shù)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(jié)束并導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p傷，同時有大量磨屑排出，磨損機(jī)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(jī)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(kuò)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(jì)事件發(fā)生數(shù)隨循環(huán)次數(shù)增加先增多后減少，在不同的損傷階段，表現(xiàn)出不同的摩擦振動信號特征；PMMA/PMMA對磨副每循環(huán)下累計(jì)事件發(fā)生數(shù)隨