Page 26 - 《摩擦学学报》2020年第4期

436 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

Displacement signal
Sound signal Data
acquisition
Signal Power Exciter Squeeze Vibration signal system
generator amplifier film Synchronization Computer
Force signal
Photo system

Fig. 3 The associated testing system
图 3 试验机的数据采集系统示意图

表 1 初步试验的试验条件
Table 1 Experimental condition.

Parameter Specification Parameter Specification
Upper plate diameter 50 mm Lubricating oil type VG 20,46,100,150 oil at 40 ℃
Lower plate diameter 40 mm Oil temperature 25 ℃
Lower plate material S45C steel The initial oil film thickness 0.02 mm
Upper plate material K9 glass The minimum oil film thickness 0.1 mm
Sampling frequency 48 000 Hz The input signal Sine wave
Squeeze frequency 10 Hz Acquisition rate of CCD 500 fps

的声压、位移、振动、拉压力和空穴图像的信号如图所
示. 试验中噪声通过声压传感器采集，其单位为Pa，声 1.0
压越大表示噪声越大，从图4中可以看到，噪声发生时 Displacement/mm 0.5
(点2)，声压瞬间增加到最大值4 Pa，此时位移瞬间减 0
小，振动增加到最大值，激振力突然增大. 通过观察图 400 151.34 151.36 151.38 151.40 151.42
中1、2、3点的空穴图像可以看出，空穴体积增大且与 200 Noise occurred
外界大气连通，此时噪声产生，而后空穴逐渐消失，声 Force/N 0
压恢复到正常值. 已有研究证明空穴噪声是由于空穴
−200
与大气连通，空穴急剧破裂造成空气极速流出造成 30 151.34 151.36 151.38 151.40 151.42
[14]
的 . 当空穴噪声发生时，声压普遍高于0.5 Pa，如图5 20
10
所示，因此为了区分噪声高低，划分了4个声压区间： Amplitide/G −10 0
0~0.5 Pa、0.5~1.0 Pa、1.0~2.0 Pa、大于2.0 Pa，根据试验 −20
−30
中所得数据，通过计算各声压区间采样点数量比上总 4 151.34 151.36 151.38 151.40 151.42
采样点数量，算出每个声压区间占总体采样点的百分 2

比来表征噪声产生的频率与强度. Sound pressure/Pa −2 0
2 结果与讨论 −4
151.34 151.36 151.38 151.40 151.42
2.1 不同激励信号的影响
[15]
油膜在一定的负压下产生空穴 . 试验机的动力
源为激振器，由信号发生器为其提供信号，并由功率
1 2 3
放大器放大信号，可随时连续调节振动频率、输出振 Cavitation Cavitation Cavitation
development implosion disappearance
[13]
幅 . 激振器在不同的激励信号下会有不同的挤压速
Fig. 4 Cavitation pictures and signals of displacement，force，
度，产生不同的负压效果. 因此有必要探究不同激励
vibration，sound pressure
信号：方波、三角波、正弦波对噪声的影响. 除激励信 图 4 位移、拉压力、振动、声压信号与空穴图像
号不同外，其他条件均与表1所列一致.
三种不同激励信号下的力信号如图6(a)所示，在 于激振器中弹簧力的存在，3条曲线与规则的正弦波、
相同试验条件下，三种激励信号的峰值保持一致，由 方波、三角波有差异. 从图6(b)中可以发现3条位移曲