橡胶-金属滚动界面摩擦特性与影响因素研究

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橡胶和金属的接触在工业生产中广泛存在,由于橡胶材料的粘弹性和超弹性,使其运动过程中的摩擦特性受速度、介质等诸多因素的影响,运动状态也十分复杂。目前国内外的理论和实验研究主要集中在对橡胶的滑动研究,对橡胶-金属滚动摩擦的研究较少。针对以上问题,本文基于Lugre摩擦模型,提出了可以描述橡胶滚动过程的Lugre平均分布式橡胶模型。橡胶滚动过程中的运动状态分为纯滚动、滚动和滑动并存、纯滑动,在模型中引入滑移率的概念,即滑动成分在滚动过程中所占的比例,推导出了摩擦力与滑移率的表达式。在Matlab中应用遗传算法工具箱,对未知参数进行辨识,确定了合理的辨识参数。建立摩擦系数-滑移率曲线模型,对未知参数进行校核。通过改变输入速度和介质条件,得到了速度、介质对于摩擦力和滑移率影响规律曲线,结果表明:不同速度下的摩擦力变化趋势及峰值所对应的滑移率基本一致,速度越大,摩擦力峰值越大。不同介质对于摩擦力曲线的影响十分明显,为了保证橡胶良好的滚动性能,应将滑移率控制在较低水平0.2以内,可以通过引入介质来减小摩擦力的大小。在Abaqus中建立了橡胶-金属滚动接触有限元模型,通过定义滑移率与摩擦系数的关系,模拟橡胶滚动过程中的不同运动状态。结合流固耦合算法,建立橡胶-水膜(油膜)-金属有限元模型。通过改变输入速度和介质层的材料参数,得到的不同速度、介质下的摩擦力-滑移率曲线规律与数值计算的结果一致,验证了所搭建摩擦模型的可行性。本文构建了描述橡胶-金属滚动的摩擦模型,并分析了影响其摩擦特性和运动状态的因素,对实际工况下减小滚动过程中的滑动成分占比,延长橡胶寿命具有指导性意义。
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