球面銷磨削設(shè)備研制及球面摩擦接觸機(jī)理研究.pdf

1、球面試樣是摩擦學(xué)試驗(yàn)中接觸狀態(tài)最易控制的一種試樣，但加工比較復(fù)雜，常常不得不用規(guī)格有限的球試樣(如軸承的鋼球)代替，給摩擦學(xué)試驗(yàn)研究帶來不便，是摩擦學(xué)試驗(yàn)研究中長(zhǎng)期沒有很好解決的技術(shù)問題；另外，基于球形微凸體的粗糙表面模型是摩擦學(xué)研究中最為常用的表面接觸模型，但由于球試樣加工的困難，目前關(guān)于表面接觸的研究大多僅僅從統(tǒng)計(jì)分布角度進(jìn)行研究，沒有考慮單個(gè)球形微凸體上發(fā)生的變化(接觸、變形、摩擦和磨損)對(duì)摩擦過程的貢獻(xiàn)，使摩擦表面接觸模型研究的

2、發(fā)展受到限制。 該文從研制適合加工多種材料球面銷試樣的高精度球面磨削設(shè)備入手，探討“擺旋法”(工件繞定軸擺動(dòng)并繞自身軸線旋轉(zhuǎn))磨削高精度球面的關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)球面銷磨削設(shè)備，研究球面銷試樣的制備工藝，制備符合摩擦學(xué)試驗(yàn)研究要求的各種材料的球面銷試樣；針對(duì)人工關(guān)節(jié)的表面微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一類問題，試驗(yàn)研究超高分子量聚乙稀(UHMWPE)球面銷試樣的尺寸、接觸應(yīng)力與摩擦學(xué)性能之間的關(guān)系，探討球形微凸體的摩擦接觸機(jī)理。為摩擦學(xué)試驗(yàn)研究提供裝備條

3、件，為球形微凸體粗糙表面模型提供試驗(yàn)依據(jù)，為摩擦表面微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 該文的主要研究成果和創(chuàng)新體現(xiàn)在以下方面： 1.提出了“擺旋法”磨削高精度球面的新方法，確認(rèn)了球面形成的兩個(gè)必要條件，推導(dǎo)了控制球面輪廓誤差的基本公式。 2.研制出摩擦學(xué)球面銷試樣磨削設(shè)備，可以加工各種材料的球面，加工球面尺寸誤差為：≦（10～20）μm，加工球面的表面粗糙度為：Ra（0.09～0.25）μm，獲得中國(guó)實(shí)用新型專利(專利號(hào)

4、：200320116160.X)。 3.研制了利用圓柱孔端面測(cè)量球冠半徑的新型量具和測(cè)量方法。 4.試驗(yàn)研究了UHMWPE球體與鋼盤摩擦的接觸變形與摩擦的規(guī)律，并嘗試從理論上進(jìn)行了分析，得到一些結(jié)論： (1)當(dāng)彈塑性變形同時(shí)存在時(shí)，球體與平面接觸，其壓痕面積^Sd，與載荷W以及曲率半徑R的關(guān)系：^Sd=0.181R0.535W0.463 (2)UHMWPE球體與鋼盤進(jìn)行干摩擦試驗(yàn)時(shí)，摩擦系數(shù)隨載荷和平均接

5、觸應(yīng)力的增大而減小，隨球體半徑的增加而增加。當(dāng)接觸面上的平均接觸應(yīng)力大于材料的屈服極限時(shí)，摩擦系數(shù)為常數(shù)。 (3)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果獲得的摩擦系數(shù)f與平均接觸應(yīng)力Pd的關(guān)系公式： f=17.445p-2.1607d+0.14與由經(jīng)典摩擦二項(xiàng)式公式推導(dǎo)出的公式：f=α·p-1r+β(其中：α-與表面分子特性有關(guān)的參數(shù)，β-與表面機(jī)械特性有關(guān)的參數(shù))具有相同的形式，這證明了試驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論的正確性，也從UHMWPE球形接觸的角度充實(shí)