Page 38 - 摩擦学学报2025年第10期

第 10 期 高冰鉴, 等: 悬臂梁支撑摩擦副沿轴向双向滑动摩擦行为规律研究 1435

(a) 0.19 Forward
Reverse −0.03
0.13
Friction force/N 0.07 −0.11 Friction force/N

−0.19
0.01
−0.27
−0.05
−0.35
0 5 000 10 000
Time/s
(b) Z/μm (c) Z/μm
S a : 0.206 μm 1.5 S a : 0.186 μm 1.0
1.2 0.8
0.9 0.6
0.6 0.4
0.3 0.2
0.0 0
0 −0.3 0 −0.2
200 800 −0.6 200 800 −0.4
−0.9
−0.6
400 600 −1.2 400 600 −0.8
400 −1.5 Y/μm 400 −1.0
600 X/μm −1.8 600 X/μm −1.2
Y/μm
200 −2.1 200 −1.4
800 −2.4 800 −1.6
0 0
Fig. 3 The experimental results of friction and wear in different relative motion directions: (a) friction force in the forward and
reverse direction; (b) 3D white light image of wear scar in the direction of compressing the cantilever beam;
(c) 3D white light image of wear scar in the direction of stretching the cantilever beam
图 3 不同相对运动方向的摩擦磨损试验结果：(a)正向与反向运动的摩擦力变化曲线；(b)压缩悬臂梁
方向试验磨痕三维白光图；(c)拉伸悬臂梁方向试验磨痕三维白光图

表 1 导电滑环环刷副材料与性能 (a) (b)
Table 1 The materials and hardness of 5
conductive slip rings
3
Number Structures Materials Hardness/HV 2
1 Brush Contact AuAgCuZn 280~330
2 Brush Cantilever Beam C1720R-1/2H 372~434
3 Slip Ring Track Au-Co Alloy 210~240 1

下保持相对运动线速度大小均为229.3 mm/s，测试时
长为分别为1、2、4、8、15 h的10组试验. 试验环境为封 4
闭金属腔体，腔体中温度为25±1 ℃. 在开始试验前，
触头与汇流盘均使用酒精进行清洗，用无尘纸擦干净 Fig. 4 Schematic diagram of the test bench (a) Simplified
model diagram of the test bench: (1) conductive slip ring;
表面留下的有机污染物，减少摩擦界面杂质残留. 摩 (2) brush; (3) triaxial force sensor; (4) rotary table; (5) vertical
擦试验过程中全程采集动态法向力与摩擦力数据，并 displacement stage and (b) actual image of the test bench
记录其力学特性，在试验前后对试验中所用触头与汇 图 4 试验台示意图 (a) 试验台模型简图：(1) 导电滑环；
(2) 电刷；(3) 三轴力传感器；(4) 旋转台；
流盘的表面形貌情况进行表征. 试验设计如图5所示. (5) 竖直位移台和(b) 试验台实物图

2 结果与讨论 比于正向，反向摩擦时法向力增加了56.6%. 进而导致

2.1 摩擦磨损性能分析 了更大的摩擦力，此时摩擦系数均值由正向的0.377
图6(a~b)所示为典型的8 h摩擦试验结果，可以发 变为反向的0.451，增大了19.6%，且摩擦系数的上下限
现，在压缩悬臂梁方向(以下称反向)和拉伸悬臂梁方向 在反向时明显增大，表明在反向摩擦过程中系统接触
(以下称正向)，摩擦力与法向力均有相反变化趋势. 相 稳定性更差. 综合10组正反向的法向力和摩擦力进行