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1、摩擦振動(dòng)對(duì)摩擦學(xué)特征的影響
摩擦振動(dòng)對(duì)摩擦學(xué)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(fù)式摩擦副干摩擦特性,提取摩擦過(guò)程中的速度特征,以振動(dòng)烈度來(lái)量化摩擦振動(dòng),分析了仿生密度所激勵(lì)出的摩擦振動(dòng)對(duì)摩擦學(xué)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(dòng)、溫度、摩擦應(yīng)力、磨損深度都具有相同的效果,振動(dòng)烈度—摩擦學(xué)特征值曲線呈遞增趨勢(shì),合理的仿生密度可以起到減振、消磨、降
2、溫的作用。
關(guān)鍵詞:
摩擦學(xué)特性;仿生密度;摩擦振動(dòng);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(duì)耐磨性能的影響具有重要的作用。瑞典學(xué)者Hammerstrom等[4]認(rèn)為通過(guò)增加摩擦副摩擦面的局部粗糙度,可以減小摩擦振動(dòng)與噪聲。申龍章、Ko等[5,6]通過(guò)對(duì)摩擦副施加外部振動(dòng)的方法,達(dá)到了控制摩擦振動(dòng)、消減磨損量的目的。通過(guò)研究仿生密度激勵(lì)的摩擦振動(dòng)對(duì)摩擦學(xué)特性的影響,尋找合理的仿生密度,對(duì)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(fù)雜,不適合大量實(shí)驗(yàn),因此本文采用有限元仿真模擬干摩擦條件下的往復(fù)式滑動(dòng)摩擦,細(xì)化仿生密度的分布,從而找出仿生密度激勵(lì)的摩擦振動(dòng)與摩擦學(xué)特性的規(guī)律。
2有限元仿真
采用往復(fù)式干摩擦模型,在9.8m/s2的重力載荷下,固定端與往復(fù)式滑動(dòng)的仿生表面自由接觸。初始速度為40mm/s,x軸負(fù)方向,耦合上仿生表面的滑動(dòng)端前后兩個(gè)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(dòng)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(zhǎng)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(xué),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(gè)仿生單元的位置,通過(guò)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(gè)區(qū)域,使仿生單元等間距分布,通過(guò)改變橫縱方向上仿生單元的個(gè)數(shù)M、N,改變仿生密度。
3試驗(yàn)結(jié)果
3.1摩擦學(xué)特性如圖2所示,摩擦學(xué)特性值(即最高溫度、平均溫度、平均摩擦應(yīng)力、平均磨損深度)的分布規(guī)律基本相同,均以波動(dòng)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(xué)特性值較小。同時(shí)摩擦溫度、摩擦應(yīng)力、磨損之間的極值基本互相對(duì)應(yīng)。
3.2振動(dòng)仿真以滑動(dòng)端的輸出速度來(lái)表征摩擦振動(dòng)。如圖3所示,摩擦學(xué)特性值隨摩擦振動(dòng)幅度增大而增大。結(jié)果表明仿生結(jié)構(gòu)表面通過(guò)激勵(lì)摩擦振動(dòng),使得摩擦學(xué)特性有較大的改變。與無(wú)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(dá)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(huì)加重摩擦振動(dòng),使得摩擦學(xué)特征值增大。這與文獻(xiàn)[5,6,8,9]的研究結(jié)果基本一致。圖4所示的振動(dòng)烈度—間距關(guān)系圖表明,振動(dòng)烈度與仿生密度的曲面的波動(dòng)情況與對(duì)應(yīng)的摩擦學(xué)特性值曲面相似,可見由仿生單元激勵(lì)的摩擦振動(dòng)對(duì)摩擦學(xué)特性值有著較大的影
6、響。
3.3摩擦振動(dòng)特性曲線如圖5所示,建立振動(dòng)烈度—摩擦學(xué)特征值曲線(即摩擦振動(dòng)特性曲線),以此分析摩擦振動(dòng)對(duì)摩擦學(xué)特性的具體影響。四種摩擦學(xué)特性值關(guān)于振動(dòng)烈度呈遞增關(guān)系。普通對(duì)照組的振動(dòng)烈度為0.224464,基本位于曲線的中部??梢娪煞律芏燃?lì)的摩擦振動(dòng)變化較大,當(dāng)摩擦振動(dòng)數(shù)值較大時(shí),其對(duì)應(yīng)的摩擦學(xué)特性值也較大,這與消振減磨、增振加磨的實(shí)際規(guī)律相符[1,6,8,9]。
4結(jié)語(yǔ)
(1)仿生密度對(duì)于摩擦學(xué)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(gè)摩擦學(xué)特性值具有相同的趨勢(shì)。(2)通過(guò)定義振動(dòng)烈度,量化摩擦振動(dòng),構(gòu)建振動(dòng)烈度—摩擦學(xué)特性值曲線,結(jié)果表明摩擦振動(dòng)與摩擦學(xué)特性值是遞增趨勢(shì)。(3)仿生單元可以改變摩擦過(guò)程中的振動(dòng)情況,合理的仿生單元密度可以起到減振、消磨、降溫的作用。