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喷砂处理表面对滑动摩擦振动噪声的影响

王安宇  
【摘要】:摩擦噪声是接触界面摩擦激发物体发生振动时,能量通过周围介质向外扩散而产生的不稳定的声音。摩擦振动噪声对摩擦系统的精度、可靠性及正常运行具有严重的影响,并会导致严重的噪声污染。摩擦噪声的根源是摩擦界面的摩擦作用,摩擦界面特征是影响摩擦噪声的关键因素,但目前国内外从摩擦界面角度对摩擦噪声进行深入研究的报道较少。此外,考虑到界面磨损因素的复杂性和随机性,目前研究对于控制摩擦尖叫噪声触发和演变规律的关键界面因素的认识尚不足。因此,系统研究喷砂处理后具有不同粗糙度的表面如何影响摩擦振动噪声特性并揭示其作用机理,将对深入认识影响摩擦尖叫噪声的界面因素、尖叫噪声产生的机理,及其如何利用表面喷砂处理方法来控制摩擦噪声及减轻尖叫噪声具有重要指导意义。 本文采用不同结构及系统刚度的试验装置,对光滑表面和不同喷砂处理表面进行滑动摩擦噪声对比试验,研究喷砂处理表面在不同试验装置上的摩擦尖叫噪声特性及其对摩擦尖叫噪声的影响规律和作用机理。结论主要如下: (1)喷砂处理表面对摩擦尖叫噪声的产生时间及强度有重要影响。尽管相同表面在两种具有不同结构及系统刚度的试验装置中体现出来的摩擦噪声特性有所不同,但采用两种试验装置所进行的摩擦噪声试验均得出了一致的规律:喷砂表面的粗糙度越大,摩擦尖叫噪声产生的时间越晚,其强度越弱。因此,本研究在考察喷砂处理表面对摩擦尖叫噪声特性影响规律时排除来自系统结构的影响,得出喷砂表面粗糙度是影响界面尖叫噪声产生及演变的重要影响因素。 (2)对于光滑表面和喷砂处理表面,在摩擦系统产生噪声时,摩擦力都存在剧烈波动,同时摩擦系统产生自激振动。产生摩擦噪声表面的摩擦力、振动加速度和噪声信号的主频都相同,并且和摩擦系统的某阶自然频率十分接近。此外,摩擦力和振动加速度、声压和振动加速度在主频处的相干性很高。这表明摩擦噪声是因摩擦力主频与系统自然频率耦合引起的摩擦系统自激振动而产生。 (3)磨损表面的磨屑堆积、粘着剥落和犁沟等摩擦界面特征是引起界面摩擦力剧烈波动,诱发摩擦系统自激振动并最终产生高频尖叫噪声的主要因素。光滑表面磨损后极易形成明显的磨屑堆积和粘着剥落等“不平顺”特征,其粘着撕裂作用很容易引起摩擦力高频波动,并较早产生高强度的尖叫噪声。相比之下,喷砂处理表面微凸体磨损后所形成的真实接触面积明显较小,具有明显的不连续性,且主要以“接触平台”形式存在。由于“接触平台”表面主要以犁沟为特征,而犁沟效应引起的摩擦力波动能量较弱,因此,喷砂处理表面产生尖叫噪声的时间明显较晚且强度较低。 (4)提出了喷砂处理表面影响摩擦噪声的机理:对于喷砂处理表面,表面粗糙度越大微凸体的分布越分散,磨损过程中真实接触面积越小且不连续性更明显,真实接触表面磨屑堆积和粘着剥落现象越轻,越不易引起的摩擦力高频波动及尖叫噪声。此外,喷砂表面“接触平台”表面主要以犁沟为磨损特征,相比磨屑堆积和粘着剥落等特征,犁削效应引起的摩擦力波动能量越弱,产生的尖叫噪声的时间越晚,强度越低。总的来说,相比光滑表面,喷砂处理表面能有效减缓磨屑堆积和粘着剥落等磨损特征的形成,削弱了界面效应引起摩擦力高频成分形成可能性,由此达到抑制和降低尖叫噪声强度的效果。


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