Page 40 - 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 1437

法向力增大使接触面微凸体的弹性变形量增大 [19] ； 在反向运动的法向力显著高于正向运动，而摩擦系数
[20]
另一方面，法向力的增大也会增大摩擦热 ，引起的温 略大于正向运动. 此外，随着反向摩擦时法向力的增
[21]
升会使材料软化，降低微凸体的弹性模量 ，二者共同 大，使得黏滑效应加剧，摩擦系数呈现较大的波动.
作用使摩擦区域的真实接触面积变大，黏着效应增强， 2.2 磨损形貌与体积表征
更多的微凸体产生塑性变形和材料转移，摩擦力增大. 图7(a)和(b)所示为4 h正反向摩擦后磨痕表面形
同时，温升也会导致表面膜生成，微凸体的剪切模量降 貌的三维照片，从磨痕来看，正向摩擦比反向摩擦具
[22]
低，从而降低摩擦力 . 在本试验中的低速低载工况 有更少的黏着点和更小的磨痕宽度；对于悬臂梁支撑
下，温升造成的影响较小，以法向力的影响为主，因此 触头有同样的现象，触头三维表面形貌经曲面展平后

Z/μm Z/μm
(a) S a : 0.237 μm (b) S a : 0.171 μm
0.9 1.2
0.6 0.8
0.3 0.4
0.0
0.0 −0.4
0 −0.3 0 −0.8
200 800 −0.6 200 800 −1.2
−1.6
−0.9
400 600 −1.2 400 600 −2.0
−2.4
400 −1.5 Y/μm 400 −2.8
600 X/μm −1.8 600 X/μm −3.2
Y/μm
200 −2.1 200 −3.6
800 800 −4.0
0 −2.4 0 −4.4
−2.7 −4.8
Z/μm Z/μm
(c) S a : 1.092 μm (d) S a : 0.982 μm 7
8
6
6 5
4
4
400 400 3
600 2 1 200 2
800 600 1
800 0 1 000
600 800 0
1 000 400 X/μm −1 Y/μm 1 000 800 X/μm −1
Y/μm
1 200 200 −4 600 −2
−3
−6 −4

(e)
6.0 Forward Reverse
5.598 6 5.658 2
5.5
log 10 (Volume)/μm 3 5.0 4.673 3 5.080 8 4.690 2 4.935 2

4.5

4.064 5 4.428 9
4.0 Adhesion Wear Adhesion Wear
Contact Track
Fig. 7 Wear results of cantilever beam brush contact and mating commutator ring before and after friction experiments: (a) white
light image of forward friction commutator ring wear scar; (b) micrographs of reverse friction commutator ring wear scar;
(c) micrographs of forward friction brush contact wear scar; (d) micrographs of reverse friction brush contact wear scar;
(e) adhesion volume and wear volume of commutator ring and brush contact after forward and reverse friction
图 7 摩擦试验前后的悬臂梁电刷触头与对磨汇流环磨损结果：(a) 正向摩擦汇流环磨痕白光；(b) 反向摩擦汇流
环磨痕形貌照片；(c) 正向摩擦触头磨痕形貌照片；(d) 反向摩擦触头曲面展平形貌照片；
(e) 正反向摩擦后汇流环与触头的黏着体积与磨损体积