Page 121 - 《摩擦学学报》2020年第6期
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804 摩 擦 学 学 报 第 40 卷
80
Local feature
60
Friction force/N 40 Excitation
period
20
0 2 000 4 000 6 000 8 000 10 000 12 000 14 000 16 000
Time/s
(a) Test1
150 Local feature
Excitation period
Sharp rise
Friction force/N 50
100
0
0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000
Time/s
(b) Test2
Fig. 4 Variation of friction force with time under high-frequency cyclic loading
图 4 高频循环载荷下摩擦力随时间变化曲线
簧悬挂载荷较大时(Test2)，在第3次激励(63 min)后， 和严重的塑性变形. 在激励弹簧振子后产生的瞬时高
D5信号有明显高频波动，如图5(b)所示. 通过DWT分 副高频循环载荷下，接触表面发生严重的塑性变形材
解的信号A5较为平滑，能够清晰反映摩擦状态的平均 料，在后续的磨损过程中容易从基体中剥落形成较大
变化趋势，在Test1中，试验开始的170 min内A5曲线有 的磨屑，留下较深的剥落凹坑. 而脱落的大块磨屑(大
显著波动，为磨合期，而在Test2中，每次弹簧悬载受到 于100 μm)经过运动副滑动过程的冷作硬化后，硬度
激励后A5值都会从70上升至100左右，然后缓慢下降， 增大，参与后续过程的磨损时，将导致严重的三体磨
但是经过4次激励后，A5持续上升，摩擦状态失稳. 根 料磨损，形成典型的犁沟磨痕 [15-16] . 然而，Yuan等 [17]
据DWT分解的摩擦力信号分量可知，当载荷幅值急剧 研究表明在平均载荷相同的恒定载荷作用下，摩擦副
增加时，瞬时高载荷对滑动副的摩擦状态影响较大， 在试验过程中摩擦状态非常稳定，磨损均匀且磨痕形
特别是弹簧悬载为800 N的高载摩擦过程. 貌较为光滑. 由此可知，当面接触副受到瞬时幅值较
2.2 磨痕特征分析 大的高频循环载荷(极限载荷幅值大于1 600 N)时，该
通过分析磨粒类型和垫片的磨痕特征，能够判定 摩擦副磨损严重且类型复杂多样.
球面接触摩擦副磨损过程中发生的磨损形式和特征， 2.3 磨粒分析
利于探究滑动副的磨损机理. 采用扫描电子显微镜 试验结束后，将试样及残余油液置于丙酮中，超
(SEM)对球面垫片接触表面上磨损相对较严重的多个 声清洗，然后放置在干燥炉中，将丙酮低温蒸干，从而
部位进行观测，结果如图6(a~b)所示，分别为试验Test1 提取油样中的磨粒. 将提取的磨粒稀释在10 ml的石蜡
和Test2的垫片上典型磨损位置的磨痕的SEM照片. 油中，采用分析式铁谱仪制作磨粒的铁谱图片，并使
根据磨痕SEM照片可知，载荷幅值不同的两个试 用金相显微镜对谱片20 mm处进行观测，试验Test1和
验中，垫片磨痕上都出现了材料侧向流动和犁沟等材 Test2的铁谱图片分别如图7(a~b)所示. 均值和幅值低
料表面形貌特征. 当弹簧悬载为400 N时(试验Test1)， 的高频循环载荷下(试验Test1)，球面滑动副产生的磨
磨损较轻，磨痕均匀连续. 然而，当弹簧悬载高达800 N 粒 量 少 且 粒 径 较 小 ； 当 均 值 和 幅 值 较 高 时 (试 验
时(试验Test2)，接触表面局部发生了显著的疲劳磨损 Test2)，摩擦副产生了大量的大粒径磨粒，且磨损量增
