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摩擦系数影响摩擦噪声发生的机理研究陈光雄周仲荣摘要 :结合摩擦系数测量和磨痕表面形貌的观察 ,认为摩擦力的波动成分是引发摩擦噪声的主要机理 。对于往复滑动过程 ,在摩擦系数 - 往复循 环次数的关系图上一般有一个驼峰状的变化 。应用 Suh 的理论 ,说明了在摩擦系数的驼峰状上升沿靠顶部的地方既是摩擦力接近最大值 ,又是摩擦 力波动最激烈的地方 ,因而在这地方很容易出现摩擦噪声 。关键词 :摩擦系数 ;尖叫噪声 ;振动 ;往复运动 ;形貌陈光雄 副教授中图分类号 : TH117 . 3文献标识码 :A对摩擦噪声产生机理的研究已有 40 多年的历史 ,但还有许多问题没有解决 ,至今该课题还吸 引着包括摩擦学 、振动力学 、振动测量 、模态实验 力学和有限元运动稳定性等专业学者的研究兴噪声试验发现 ,摩擦噪声在摩擦系数比较大时才会产生5 ,7。Bergman 等5 提出了摩擦系数引发摩擦噪声的阀值性 ,但他们未能满意地解释为什么摩擦噪声总是在摩擦系数比较大时才出现的根本 原因 。本文基于动态摩擦力引起摩擦噪声的理论 ,提出了大摩擦系数引发摩擦噪声的机理 。趣1 6。过去的销 - 盘滑动摩擦噪声和制动摩擦收稿日期 :2002 01 08基金项目 :国家自然科学基金资助项目(50075072)1 试验简介试验在一台从法国引进的材料试验机上进提出适合通用编译器设计的面向对象程序设计方法 : 创建标准代码对象类 ,该类封装了标准代码 (符合 JB3208 - 83 和 JB3832 - 85) 的地址符 、程序 字格式 、语法规则及指令意义等信息 ,并根据语法 规则 ,设置标准代码对象的语义动作 。 以标准 代码对象类为基类 ,派生出各个 NC 系统类 ,并按 照各系统自身特点 ,添加该系统特定的地址符 、程 序字格式 、语法规则 、语义动作及指令意义等声明 或操作 。 词法 、语法分析程序充分利用面向对 象技术多态性特点 ,针对特定 NC 系统进行分析 , 并执行其相应语义动作 。应用此方法实现了同一编译系统针对不同语 言形式的合理应用 ,有效改善了编译系统的可维 护性和可扩充性 。效率 ,具有很高的实际意义 。(3)“分层递进”树型数据处理模式可有效避 免数据冗余 ,确保数据存取的有序性和高效性 ,为 系统运行的稳定性和安全性奠定了基础 。(4) 面向对象的通用编译器实现方法将编译 技术和面向对象技术有效结合 ,实现了同一编译 系统针对不同语言形式的合理应用 ,有效改善了系统的可维护性和可扩充性 。参考文献 :1Lesk M E , Schmidt E. Lex - a Lexical Analyzer Genera2tor. Http :www. cs. ucsb. edu cs160machineslex- docs. txtJohnson S C. YACC : Yet Another Compiler - Compiler. AT&T Bell Laboratories ,Murray Hill ,New J ersey ,07974. Http :www. csc . calpoly. edu gfisher450docyaccpaper. txt吕映芝 ,张素琴 ,蒋维杜. 编译原理. 北京 : 清华大24结论(1) 基于 L EX&YACC 开发的 NC 代码编译器 具有完善的词法分析和语法分析功能 ,可准确高 效地检查 NC 程序中的所有错误 ,并可辅助进行 错误修正工作 ,在编译效果方面比传统 NC 编译 器有很大改善 。(2) NC 代码转换可解决不同 NC 系统格式代 码之间的转换问题 ,节省了编程时间 ,提高了编程766 3学出版社 ,1998(编辑 马尧发)作者简介 :沙智华 ,女 ,1973 年生。大连铁道学院 ( 辽宁省大连市116028) 机械工程系讲师、博士研究生。研究方向为 CADCAM、 虚拟制造及网络制造等。发表论文 4 篇。张生芳 ,男 ,1973 年生。 大连理工大学( 辽宁省大连市 116024) 机械工程学院博士研究生。 葛研军 ,男 ,1962 年生。大连铁道学院机械工程系教授。赵 亮 , 男 ,1944 年生。大连铁道学院机械工程系教授、博士研究生导师。摩擦系数影响摩擦噪声发生的机理研究 陈光雄 周仲荣行 ,试验装置和加速度 、摩擦力的测量方法见文献8 ,9。滑动摩擦副为平面试件 - 球面试件 。平 面试件材料为 45 钢 ( 无热处理) , 初始粗糙度为 Ra = 0 . 25m 。球面试件材料为 GCr15 ,初始粗糙 度为 Ra = 0 . 1m 。与试验机作动器连接的试件 为动试件 ,与力传感器相连的试件为静试件 。作 动器按设定的频率和位移幅值作上下运动 ,带动 球试件上下运动 ,从而实现静动试件之间的摩擦 。 作动器的位移按正弦波的方式运动 ,摩擦副之间 的法向力由重量块产生 。试验的位移幅值为 A =0 . 55 mm ,频率为 f = 0 . 15 Hz ,法向力为 Fn =10 、50 、100 、150 、200 N 。在试验开始之前 ,试件摩 擦面用酒精和丙酮清洗 。图 2 摩擦系数随循环次数的变化及摩擦噪声的发生位置貌 ,由图 3 可以看出 ,尽管对应的试验除了循环次数不同外 ,其它参数都相同 ,但有摩擦噪声的磨痕 表面形貌明显不同于没有摩擦噪声的磨痕表面形貌 。有摩擦噪声的磨痕表面形貌较粗糙 ,而没有 摩擦噪声的磨痕表面形貌相对比较光滑 。2试验结果2. 1摩擦噪声的发生对摩擦系数的依赖性往复滑动摩擦试验发现 ,摩擦噪声总是在摩 擦系数达到比较大的值时才会发生 。在一些试验 条件下 ,摩擦噪声随着循环次数的增加而逐渐消 失 。图 1 是在一个往复滑动摩擦循环里往复位 移 、摩擦振动和摩擦系数的测量结果 ,图中对应摩 擦系数激烈波动的区域有摩擦噪声出现 ,试验条件为 f = 2 Hz , A = 1 mm , Fn = 200 N 。图 2 是对应图 1 试验条件的摩擦系数相对循环次数的关系 图 。(a) 有摩擦噪声的情况 ( N = 1000)(a)( b) 曾有过摩擦噪声但现在没有摩擦噪声的情况( N = 2000)图 3 有和无摩擦噪声状态下磨痕的表面形貌( b)3讨论3 . 1摩擦噪声产生机理在摩擦噪声研究领域 ,普遍认同的噪声产生 机理是 ,摩擦力 - 相对滑动速度关系负斜率机理 。 该机理的文字叙述是 ,当摩擦力 - 相对滑动速度 的负斜率大于系统的阻尼时 ,摩擦力将对摩擦系(c)图 1 往复位移 、振动加速度和 摩擦系数的时间历程记录2. 2磨痕的表面形貌图 3 是对应于图 2 试验条件的磨痕表面形767 中国机械工程第 14 卷第 9 期 2003 年 5 月上半月统作正功从而引起系统的自激振动 。当摩擦力 -相对滑动速度关系的斜率为正时 ,系统将没有自光滑的磨痕形貌特点 ,可以假设两摩擦试件之间的摩擦力也比较平滑 。根据文献 9 ,11 研究 ,摩 擦噪声是摩擦系统的摩擦振动发射的 ,这个摩擦振动的主频是摩擦系统模态振动的主频 ,即摩擦系统的模态振动发射摩擦噪声 。Rhee 等12 提出 了汽车制动摩擦噪声产生机理为类似结构系统模态试验的锤击机理 ,锤击力来自摩擦试件之间的 相互动作用力 。笔者认为 ,这个假设也可以用来说明本文的摩擦噪声发生机理 。可以认为图 3a有摩擦噪声区域的形貌特征的不规则性所引起的 在摩擦试件之间具有波动性的摩擦力激发了摩擦系统的振动从而发出了噪声 。而图 3b 无摩擦噪 声区域的形貌比较光滑 ,引起的摩擦力也比较平 滑 ,因而不能激发摩擦系统的模态振动 ,所以不能 发出摩擦噪声 。3 . 2 摩擦系数影响摩擦噪声发生机理的讨论根据研究 ,在往复滑动循环过程中 ,滑动摩擦 系数与滑动循环次数的关系见图 61 ,13 ,14 。根据文献1 , 摩擦系数由 3 个部分组成 : 微凸体的 变形分量 f d ; 磨损粒子和硬的表面微凸体的犁削分量 f p ; 表面间的粘着分量 f a 。这些分量在 摩擦系数中所占的分量取决于滑动界面的状态 , 并受滑动循环次数 ,材料 ,表面形貌和环境等因素 的影响 。摩擦系数 - 循环次数关系曲线的分段见 图 6 。在阶段 ,由于接触表面有污染 ,摩擦系数 比较小 。在阶段 ,由于粘着力开始增加 ,摩擦系 数缓慢地增大 。在阶段 ,表面材料的脱层脱落 完成 ,接触面间的磨损粒子量增加 ,粘着分量和微 凸体变形分量都增加 , 导致摩擦系数急剧增大 。 在阶段 ,摩擦系数的 3 个分量 f d 、f p 、f a 基本保 持一定 ,所以摩擦系数比较平稳 。在阶段 ,摩擦 表面之间较硬的微凸体被逐渐磨损 ,接触面之间 的磨损第 3 体 - 磨屑在压力的反复碾压下碎化 , 随后被氧化 , 成为一种抛光剂 , 使摩擦表面受到“微抛光”作用 。同时在这个阶段 ,摩擦系数的犁 削分量 f p 下降 ,致使摩擦系数下降 。在阶段 ,磨损表面的“微光滑区”达到最大限度 ,摩擦系数 稳定在某一个值附近 。Suh 是在氩气环境下做的 类似销 盘滑动的摩擦试验 ,对同种材料对磨 ,或 硬的动试件摩擦软的静试件 ,没有图 6 所示的阶 段 和阶段 。对硬的静试件摩擦软的动试件 , 才有阶段 和阶段 。但无论有无图 6 所示的阶 段 和阶段 , Suh 提出的摩擦系数由 3 个分量激振动10 ,11。然而 ,由图 4 可以看出 ,摩擦振动发生在向上行程的加速段 。但在减速段 ,摩擦振动1 . 向上行程 2 . 向下行程图 4 摩擦系数 - 相对速度负斜率关系(对应图 1 的试验条件)不因摩擦力 - 相对滑动速度关系的斜率为正而消失 ,而是持续一段时间 。我们在大量试验中发现 , 有时摩擦振动发生在向上行程的加速段 ,而有时 只发生在减速段 。对只发生在减速段的摩擦振动来说 ,它完全位于摩擦力 - 相对滑动速度正斜率 的区段 ,见图 5 。另外 ,也要注意到在向下行程的1 . 向上行程 2 . 向下行程图 5 摩擦系数 - 相对速度负斜率关系(对应图 1 的试验条件)加速段 ,虽然摩擦力 - 相对滑动速度的关系为负斜率 ,但没有摩擦噪声产生 。因此 ,可推知图 4 和 图 5 所示的摩擦噪声不可能是摩擦力 - 相对滑动 速度关系负斜率机理引起 。由图 3 可以看出 ,有摩擦噪声和无摩擦噪声的磨痕表面形貌有着比较 明显的差别 。根据摩擦起源的理论 ,摩擦力由犁削分量 、微凸体变形分量和粘着分量组成1 。注意到图 3a 有摩擦噪声区域的形貌特征的不规则 性 ,可以合理假设两摩擦试件之间的摩擦力也具 有波动性 。而在图 3b 无摩擦噪声的区域 ,根据较768 1f d 、f p 、f a 组成的理论都是正确的 ,有普遍性。本文的试验是在往复滑动条件下做的 ,用硬摩擦系数影响摩擦噪声发生的机理研究 陈光雄 周仲荣的动试件摩擦软的静试件 ,摩擦系数相对循环次数的关系见图 2 ,有类似图 6 的阶段 和阶段 。 因为 Suh 提出的摩擦系数由 3 个分量 f d 、f p 、f a 组成的理论是一般性理论 ,所以可以用来说明图 2 的变化 。对比图 2 和图 6 可知 ,这两个图是相似 的 ,摩擦噪声发生在类似图 6 的阶段 、和 。 从图 3a 可以看出 ,阶段 的表面形貌粗糙 ,反映 出摩擦系数的激烈变化 。从图 3b 看出 ,阶段 的 表面形貌象受到“微抛光”作用后形成的“微光滑 区”,反映出摩擦系数的变化相对比较平缓 。前者 有摩擦噪声 ,后者没有摩擦噪声 。根据力学知识 , 引起摩擦振动的因素是力而不是摩擦系数 。因 此 ,摩擦噪声之所以发生在摩擦系数比较大的区 域 ,其实质是在这些区域摩擦系数的组成分量中 的犁削分量和微凸体变形分量都比较大 ,引起摩 擦力的变化 ,从而引起摩擦振动和摩擦噪声 。而 在“微光滑区”,摩擦系数的组成分量中的犁削 分量和微凸体变形分量都比较小 ,引起的摩擦力 变化比较平缓 ,所以没有摩擦噪声 。当然 ,这里没 有过多涉及磨损过程中第 3 体 - 磨屑的产生和演 变及其作用 。试验表明 ,试验的环境湿度对摩擦 噪声的产生也很有影响 ,干燥的试验环境比潮湿 环境更容易引发摩擦噪声 ,有关工作将在下一步 研究中开展 。相对滑动速度斜率为负的向下行程的加速段 ,一般没有摩擦噪声 。参考文献 :1Suh N P ,Sin H C. 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Tree structure data management hierarchy and object - oriented general compiler de2 sign method is presented , they can not only maintain system cus2 tomization but also ensure the stability and reliability of the sys2 tem.structure and distributed computing , performance of the system isimproved , and a distributed milling simulation system is built .Key words : virtual manufacturingCORBAmilling simultionOn the Eff iciency of Cooperating Robots Manipulating a Rig2id Loa dZhang Chengxin ( Beijing Polytechnic University ,Beijing ,China) Yu Yueqing p 7792782Abstract :A method is proposed for industrial manipulators. In this method , with the flexibility of manipulators taken into ac2 count , by handling the minimum joint input power as the objec2 tive function and programming the load distribution coefficients and the layout of the manipulators , the efficiency is optimized and other dynamic characteristics of the system are improved. Com2 pared with the results of the conventional objective functions , the factors that affect on the efficiency and the other dynamic charac2 teristics are analyzed through a flexible multiple manipulator sys2 tem with redundant actuation. The effectiveness of the method is demonstrated by numerical analysis.Key words :NC systemL EX & YACCcustomizationcode compileStudy on the Dependence of the Squeal Generation on Fric2Chen Guangxiong ( Southwest Jiaotong Uni2tion Coeff icientversity , Chengdu , China) Zhou Zhongrong p 7662769Abstract : The fluctuation of the friction force is thought to be a main mechanism by which squeal is excited based on mea2 surements of the friction coefficient and observations of the scar topography. Generally , there is a hump - shape configuration in the relation between the friction coefficient and cycles under re2 ciprocating sliding. Applying the theory proposed by Suh , it is il2 lustrated that at a place near the top of the rising side of the hump- shape configuration , there are an approximate largest coeffi2cient of friction and most serious fluctuation of the friction force . Therefore , squeal is excited firstly at this place .re2Key words : flexible manipulatorcooperationdundant actuationpower behaviorA Study on Method of Manufacturing Overhea d Cost Esti2Liu Zixian ( Tianjin Univer2mation f or Mass Customizationsity ,Tianjin ,China) Qi Ershi Li Gang p 7832785Abstract : In this paper Data Envelopment Analysis (DEA) and cost driver theory are combined to estimate the manufacturing overhead according to all kinds of activities and resources used in production. In estimation of manufacture overhead , the paper takes into account the products in given product set and the pro2 duction process factors influenced on the manufacture overhead. A satisfactory result has been obtained by means of actual calcu2 lation.Key words :friction coefficient squealvibrationreciprocating slidingtopographyAn Ada ptive Slicing Algorithm f or Digital Manufacturing ofIdeal Functional Material Components ( IFMC)Yang Rui(Dalian University of Technology ,Dalian ,Liaoning ,China) GuoDongming Xu Daoming Jia Zhenyuan Wang Xiaoming p7702772Abstract : In order to improve the manufacturing efficient , the paper presents an adaptive slicing algorithm , which consid2 ered the information of geometry and material . The algorithm , which is used to calculate the thickness of the layers according to the local gradient of the material and the normal direction of ex2 ternal face , had been proved by an example .Key words : adaptive slicing ideal functional materialKey words : mass customizationcost estimationdata evaluation anal2manufacturing overheadysis (DEA)cost driverInvestigation on Morphology of Metal Particles In - lingt inHigh Speed Arc Spraying Process by Pulse Laser Sheet Zhang Jiaying ( The Institute of Armored Force Engineering ,Bei2 jing , China) Zhu Shaohua Xu Binshi Ma Shining p 7852787Abstract : In this paper , a pulse laser sheet is used to ob2serve the particles in - flight , the sizes and their distribution can be determined by the method. It is of importance on the arc spraying procedure . The experimental results show that the imag2 es are distinct to observe the particles in - flight in aluminum wires arc spraying. The disturbed signals are effectively eliminat2 ed , the images of particles in - flight are clear. From the images , we can get the information about the particles in - flight ,e . g. si2 zes and their distribution , shape ,distribution in space and so on. According to the results , we can adjust the parameters in arc spraying procedure to obtain high properties arc spraying ponentslayered manufacturingFGMResearch on Part Modeling Methods Based on SymbolsDong Yan ( Zhejiang University , Hangzhou ,China) Tan JianrongZhang Shuyou p 7732776Abstract :By abstracting of function surfaces ,the concept of function meta symbol is presented ,link meta symbols connect the function meta symbols in the part and express key geometrical characteristics of the part structure . The symbol expressing ,oper2 ating ,constituting and editing methods of conceptual parts are dis2 cussed ,visually editing of product functions during conceptual de2 sign is realized. Taking the valve body as an example , the part symbolic modeling process is introduced. A new part modeling method to support the designer early in the design process is de2 veloped.Key words :pulse laser sheethigh speed arc sprayingparticles in - flightpar