等腰梯形压电黏滑直线驱动器设计与试验研究

提出了一种等腰梯形压电黏滑直线驱动器,通过粘贴在等腰梯形柔性机构柔性斜梁两侧的4片矩形压电陶瓷片使驱动足驱动滑块,以达到基于黏滑运动的高分辨率和大行程线性运动。调整等腰梯形柔顺机构斜梁的角度,可使驱动足产生横向运动,基于有限元方法,获得了柔性梁的适当角度。通过等腰梯形柔性铰链驱动足的横向运动,可增加使滑块前进的静摩擦力,减少回退动摩擦力。搭建了试验测试系统并进行了一系列试验,结果表明,该样机在4 N锁定力下最大输出速度为601.803μm/s,最大输出力为2.8 N,最小步进距离为0.026μm。采用压电陶瓷片作驱动源,易于小型化,拓宽了压电陶瓷片的应用领域。     

雨刮器非线性黏滑振动及其对刮刷效果的影响

建立基于黏滑振动理论的雨刮器2自由度非线性动力学模型,通过数值计算的方法,利用分岔图和相轨迹证实刮刷过程中普遍存在的黏滑振动现象,并分析不同刮刷速度下的非线性黏滑振动特性;采用时间历程和等高线图分析黏滑振动的时空分布,通过占空比及对刮痕数量的定量统计,对刮刷效果进行评价分析.研究发现:不同刮刷速度下黏滑现象的发生及其振动特性具有复杂的非线性特征;当名义刮刷线速度大于0.725m·s-1时,无黏滑振动现象;提高刮刷速度能有效抑制黏滑振动的发生,减轻刮痕分布的不均匀性对刮刷效果的影响.     

位置闭环黏滑特性实验方法

提出了一种基于直线电机位置闭环伺服系统的黏滑特性实验方法.该方法采用弹簧质量块的模型,与传统黏滑实验设备中的参数被等效至位置闭环伺服系统控制程序中的变量不同,可以在不改变硬件装置的条件下任意改变弹簧刚度、输入端速度等参数,方便地实现不同刚度和运动速度时摩擦副黏滑特性的测试.与传统黏滑实验方法相比,此方法具有适应性好、测量精度高、成本低等优点.利用直线电机位置闭环伺服系统,通过仿真与实验验证分析了工作台质量、弹簧刚度、动静摩擦系数差及弹簧自由端拉伸速度等因素对黏滑现象的影响,得到减小质量、增大弹簧刚度、减小动静摩擦系数差及增大拉伸速度等都可以抑制黏滑现象的结论,同时也证明了此方法的可行性.     

模态耦合及摩擦系数速度斜率与黏滑运动的关系

摩擦尖叫的理论目前主要有摩擦系数-速度负斜率、模态耦合、黏-滑运动和锁-滑理论,但没有一种理论可以完全解释摩擦尖叫等现象.因此,深入探讨各个理论之间的内在联系对于统一摩擦振动和噪声机理的认识至关重要.以摩擦系数及其速度特性为切入点,基于考虑摩擦系数及其速度斜率的单点接触集总参数柔体-刚体组成的二自由度非线性摩擦振动动力学模型,通过理论推导和数值计算研究摩擦系数-速度斜率对模态耦合不稳定的影响,并根据摩擦系数及其速度斜率的符号形成4个区域,分析了4个区域的黏-滑运动的特点和极限环及工况依赖性,并指出在摩擦系数-速度正斜率情况下系统参数改变会导致Hopf分岔.     

地面驱动螺杆泵负载扭矩波动机制

地面驱动螺杆泵采油技术在大庆油田深井、三元复合驱油井应用时,负载扭矩出现大幅度周期波动,出现系统杆断、脱胶等问题,免修期很短。建立螺杆泵系统黏滑物理模型,推导黏滑发生的临界速度,提出防治措施并分析现场实施效果。研究表明:螺杆泵负载扭矩波动是由于金属转子和橡胶定子静摩擦系数明显大于动摩擦系数或者在动摩擦系数随时间的变化率在某个转速下为负值时,系统在恒定驱动扭矩及转速下产生的一种黏滑现象;螺杆泵系统黏滑现象对现场设备危害大,可以通过降低黏滑发生的临界速度解决。     

基于瞬态接触特性的科隆蛋扣件轨道波磨形成机理

为从轮轨瞬态接触黏滑振动角度探究地铁线路上钢轨波磨的形成机理,该文首先根据现场波磨情况建立了三维轮轨滚动接触有限元模型并论证其有效性;然后,分析了车轮运行过程中的接触黏滑状态,并讨论了轮轨接触黏滑特性与波磨生成的关系;最后,研究了轮轨系统固有特性和钢轨纵向磨耗特征。结果表明：凹坑缺陷改变了轮轨滚动接触黏滑分布,导致轮轨界面发生滑移并诱发轮轨系统失稳,且滑移会进一步引起钢轨磨耗,以致最终可能形成波磨。综合轮轨接触黏滑特性和复模态分析的结果,可将钢轨波磨的形成机理归为轨面缺陷激励引发的轮轨系统的固有不稳定振动,且该不稳定振动表现为钢轨相对于轨道板的垂向弯曲振动。当车轮经过凹坑缺陷时,会产生瞬态纵向波动磨耗,且磨耗的特征波长为40～50 mm,这与实测线路上的波磨波长情况相符,从而进一步验证了钢轨波磨的形成机理。     

干摩擦下含间隙碰撞振动系统的动力学行为分析

建立干摩擦下含间隙的双自由度碰撞振动系统的动力学模型,分析系统中存在的滑动、黏滑、擦切及碰撞等运动,分别给出其运动方程和衔接条件,并采用数值迭代方法求解和分析系统的复杂动力学行为,同时分析了干摩擦和激励振幅对系统动力学行为的影响。     

车轮型面对轮轨黏滑特性影响

利用非Hertz滚动接触理论和数值程序CONTACT分析了LM,LMA,S1002和XP55四种车轮型面与我国CHN60钢轨匹配时的轮轨黏滑特性.数值结果表明:四种车轮型面与CHN60钢轨匹配时的轮轨接触斑黏滑特性明显不同,车轮型面对轮轨接触斑面积、黏滑区分布、轮轨摩擦功等有较大影响;LM型面与CHN60匹配时的蠕滑区面积和轮轨摩擦功较大,且接触斑更容易达到饱和状态;LMA型面与CHN60匹配时的黏滑特性较佳,其接触斑面积、黏着区面积较大;S1002型面与CHN60匹配时的黏滑特性较XP55型面要好.     

考虑粗糙表面接触的连接面黏滑摩擦建模

基于Kragelsky-Demkin粗糙接触理论和Iwan迟滞非线性模型,建立了一种考虑界面粗糙度参数的连接界面非线性力学模型。首先建立了连接界面恢复力分布与表面粗糙度参数之间的关系,导出了临界滑移力的分布密度函数;然后结合连续Iwan迟滞非线性唯象模型,导出了连接界面切向载荷与切向相对位移之间的关系,以及界面单位周期能量耗散与切向振荡载荷幅值之间的关系;最后研究了粗糙度参数对界面宏观力学行为的影响。结果表明:建立的模型能够直接反映界面宏观力学响应与表面粗糙度参数之间的关系;连接界面切向恢复力与相对位移之间为非线性关系,切向连接刚度随相对位移增大而减小;激励幅值相同时,表面粗糙度参数越大,则切向连接刚度越大,单位周期的能量耗散越小;当激励幅值不足以引起宏观滑动时,单位周期能量耗散与激励幅值之间为幂函数关系。     

原子力显微镜探针与样品的微观接触及黏滑数

原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)的扫描探针、针尖以及样品组成了一个微观接触、弹性变形、相对运动和摩擦的系统. 采用微尺度黏着接触理论的M-D模型, 研究了微探针针尖和样品表面的弹性接触和相对运动, 探究了扫描过程中能量的转换和耗散过程. 推导出了无量纲的黏滑数, 模拟出了不同黏滑数下的AFM侧向力信号: η＜1时, AFM侧向力信号十分微弱, 没有剧烈突变; η = 1时, 出现针尖跳跃现象(对应微观黏滑现象), 但没有能量损耗; η＞1时, 针尖跳跃滞后加强, 黏滑现象明显, 并且伴随能量耗散. 该无量纲参数揭示了微观黏滑现象产生的机理, 统一地表示了探针刚度、结构参数、黏着接触表面、载荷、样品形貌以及扫描参数的综合作用和影响, 并与现有的AFM测试结果吻合良好. 最后, 提出了从AFM侧向力信号中定量提取摩擦力信号的分析方法.