摩擦磨損的案例
【科研分享】鋼摩擦片的可行性及磨損研究
粘附磨損如圖3所示：
圖3 粘附磨損示意圖
粘附磨損表示一個摩擦面的表面一部分由于原子間的相互吸引粘附到另一個摩擦擦面上，這常見于較軟摩擦面中弱約束區域。但是粘附摩擦力和粘附磨損沒有直接的關系，即：較大的粘附摩擦力也可能具有較小的粘附磨損，反之亦然。粘附磨損的公式為V=KNd/H. V 為磨損的體積，K為磨損系數，d為累積滑移位移，H為較軟摩擦表面的硬度。K值對于不同材料組成的摩擦系統取值較小，而對于相似的材料取值較大。這就解釋了盡管表面硬度近似相同的半硬盒黃銅與低碳鋼摩擦的磨損要比低碳鋼與低碳鋼的摩擦帶來的磨損小的多。
除了粘附磨損外，還有就是磨粒磨損。如下圖所示：
圖4 磨粒磨損
磨粒磨損是由于犁溝效應引起，即犁溝效應產生的小硬顆粒在兩摩擦面之間滑動,進而加速磨損。
文章所進行試驗的摩擦試件均由鋼材組成，摩擦系統構成如圖5所示：
圖5測試的摩擦系統
且不同等級的鋼材摩擦片可假定具有相似的兼容性。因此，當摩擦面開始滑移時，由于摩擦面表面存在氧化物，所以有效接觸面積較小，因此粘附摩擦力較小。隨著摩擦的進行，摩擦表面的氧化物剝落，摩擦表面的有效接觸面積大大提高，進而粘附摩擦力也大為提高，并進入了穩定的摩擦階段，且此階段的摩擦特征取決于摩擦片材料的力學特征和隨后的磨損機制。盡管不同等級鋼材存在不同的晶體構造和合金元素可能影響摩擦材料的兼容性，但這些影響被證實是微小的。
對于不同等級鋼材制作的摩擦片,一個顯著不同是材料的硬度，這可能會對改善摩擦性能有積極作用。在摩擦學應用中，兩摩擦面材料應選擇不同表面硬度的材料制作。這樣的組合可以較好地改善摩擦的性能。學者指出，較硬的摩擦更加耐磨，可以降低摩擦表面的粘附磨損。
展開 有沒有球和平面摩擦磨損的實例
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什么是空氣軸承，真的能無摩擦磨損嗎？
優點
非接觸軸承，低摩擦
寬范圍的轉速操作能力：從0rpm至350000rpm以上
這些主軸具特有的高剛性和高負載能力，可液體冷卻，僅產生低動態偏心。
高旋轉精度，低主軸移動誤差
由于非接觸表面而具有較長的使用壽命
低產熱
缺點
制造過程中要求高幾何精度
需要潔凈且干燥的加壓空氣供應
空氣軸承的最大缺點，大概就是對精度要求高、生產技術難度大了吧，這也是為什么這種在設計負載內，能做到無摩擦、無磨損的軸承沒有普及了。
空氣軸承真的能無摩擦，無磨損嗎？
優點
非接觸軸承，低摩擦
寬范圍的轉速操作能力：從0rpm至350000rpm以上
這些主軸具特有的高剛性和高負載能力，可液體冷卻，僅產生低動態偏心。
高旋轉精度，低主軸移動誤差
由于非接觸表面而具有較長的使用壽命
低產熱
缺點
制造過程中要求高幾何精度
需要潔凈且干燥的加壓空氣供應
空氣軸承的最大缺點，大概就是對精度要求高、生產技術難度大了吧，這也是為什么這種在設計負載內，能做到無摩擦、無磨損的軸承沒有普及了。
【5/17更新】空氣軸承真的能無摩擦、磨損嗎？
有沒有一種軸承，只要不超過它的設計負載，軸承就不會產生摩擦和磨損？答案是有的，就是空氣軸承。
今天我們就來聊聊空氣軸承是什么，以及為什么要使用空氣軸承。
什么是空氣軸承？
大多數人在說到軸承時，通常會想到滾珠軸承。在此類軸承中，固定表面和移動表面被一系列潤滑滾珠隔離。這些滾珠沿著特殊軌道或滾道運動。也許最常見的應用，是一個軸在固定的輪轂內旋轉，例如汽車或自行車前輪上的驅動軸。
在空氣軸承中，滾珠由氣墊代替?？諝廨S承最為人熟知的應用之一或許是氣墊船。
巨大的風扇在氣墊船下方吹動空氣，通過彈性橡膠 “裙邊” 阻止空氣的逸出。氣墊船下方所產生的高氣壓能夠支撐船體重量，因而使其漂浮在氣墊上。巨大的氣墊不僅起到支撐船體重量的作用，而且還作為一個軟彈簧使船體平穩地漂浮在粗糙的陸地表面或水面上。
可將同樣的原理運用在轉軸軸承。將高壓空氣注入轉軸和固定軸承之間的空隙中。該空隙非常小（約為 0.01 毫米），從而使得空隙中的空氣壓力保持不變。而且，這一狹小的空隙也顯著降低了氣墊的“彈性”，從而使軸非常精確地固定，即僅可產生低動態偏心。由于摩擦力很低，軸便可以自由地旋轉，而且空氣壓力可確保轉軸不與固定軸承表面相接觸。
空氣軸承最常用的氣體介質是空氣，根據不同需要也可以是氮氣、氫氣、氦氣、二氧化碳等等。如今在一些先進的機械設備中，需要更高精度、更長使用壽命和更大承載能力的軸承，空氣軸承就能滿足這樣的要求。
為什么使用空氣軸承？
展開 基于ABAQUS的AlN絕緣涂層磨損機理仿真研究
Bortoleto等[4]采用增強拉格朗日-歐拉（ALE）與Archard磨損模型結合的方法，分析了在銷-盤式摩擦試驗中，銷的干摩擦滑動磨損。Rezaei等[5]采用二維應變有限元模型和Archard磨損模型，分析了軸承徑向滑動的磨損。張志宏等[6]采用Archard磨損模型，分析了槍管涂層的磨損量和磨損狀態的分布。李靜等[7]基于Archard磨損模型開發了用于自潤滑軸承磨損子程序，分析了自潤滑軸承在運行過程中襯套的長時間磨損情況。周旭等[8]基于軸承力學分析模型和Archard磨損模型，分析了軸承的磨損特性并提出了一種用于軸承磨損壽命的分析方法。B.Subramanian等[9]采用直流反應磁控濺射法在低碳鋼上制備了氮化鋁涂層，通過環塊法摩擦磨損實驗分析了涂層的摩擦磨損性能。Lin等[10]采用非平衡磁控濺射法制備了CrN/AlN超晶格涂層，通過球盤式摩擦磨損實驗測試了涂層的耐磨性能，分析了分子層周期與涂層性能的關系。
本文采用Archard磨損模型與Johnson-Holmquist陶瓷損傷模型，基于ABAQUS構建了有限元模型來模擬氮化鋁涂層的摩擦磨損。通過摩擦磨損實驗數據對模型進行修正，結合仿真與實驗結果分析了氮化鋁涂層的磨損去除機理，對以后的研究和生產應用具有重要意義，對絕緣軸承技術的發展具有促進作用。
1 有限元模型
1.1 幾何模型
為了保證有限元分析的計算效率，對實驗進行了適當的簡化，為了便于模型的建立，將滾動摩擦簡化為滑動摩擦，見圖1，為了減少運算時間，利用ABAQUS軟件僅建立了滾動體的1/8和涂層材料基體。滾動體材料為Gcr15軸承鋼，直徑為3 mm。氮化鋁材料尺寸20mm×20mm×2mm。按照摩擦磨損試驗臺的實際裝配情況，基體完全固定，滾動體只保留摩擦方向的自由度。
展開 考慮摩擦生熱時的磨損有限元仿真 ￥100
本例為上一例的延續，在進行磨損仿真時，考慮摩擦產熱及摩擦系數、磨損系數隨溫度的變化，需進行熱/結構仿真，可拓展應用于剎車制動等領域。
本例所設置摩擦系數隨溫度變化曲線如下
磨損系數隨溫度變化曲線如下
磨損深度變化動畫如下
滑塊溫度變化動畫如下，可見在接觸位置由于摩擦不斷產生熱量，由接觸位置逐漸向其他位置擴散。
ANSYSWorkbench 19.0 Archard磨損分析 ￥15
ANSYS workbench摩擦磨損案例，在此有根據前面介紹的磨損模型安全，感謝之。
工況說明：軸在孔中轉動90°的摩擦磨損（軸孔過盈量為0.01mm）
1.先建立靜力學模塊，進入DM中建立模型
2.再進入Mechanical頁面進行相應的邊界、網格等設置
注意：
（1）材料都是默認的結構鋼；
（2）網格是隨便映射劃分的，因為筆者筆記本電腦是非常垃圾的，在此網格尺寸建議小點，更能捕捉到接觸的每個節點及單元；
（3）接觸設置是摩擦接觸，Behavior是非對稱，接觸算法是拉格朗日乘子項，接觸探測方法是基于節點探測，在Help文檔中關于Archard Wear的描述中，為了提高收斂性，推薦使用增廣拉格朗日接觸算法，
3.在摩擦接觸中插入Command激活摩擦磨損的本構模型
說明：
此處K,H，m，n數值參考官方案例
下圖是對每個參數的說明以及摩擦磨損Command
結果
接觸壓力
磨損體積
附件包括兩個磨損分析模型和介紹損傷的一個pdf和一個文檔。注：計算時要先用US單位制，即最后一個單位，才可計算正確。
展開 PEEK摩擦學研究分享
將PEEK與其他材料進行共混改性，可提高其耐熱性能和耐摩擦磨損性能，PEEK的主要改性方法有如下幾種方式：1）無機填料改性；2）纖維類增強改性；3）聚合物共混改性及表面改性等。接下來，將對以上三類的研究進行分享。
一、無機填料改性
王齊華等[1]使用納米SiC改性PEEK的耐磨性能，其研究結果表明，該種復合材料在于金屬對磨時會產生輕微的黏著轉移和疲勞磨損。納米顆粒尺寸的不同會造成不同的摩擦效果，粒徑較小會形成性能優良的轉移膜，耐磨性也更好。
適當的使用無機填料改性PEEK材料，無機填料不僅可以提高材料的熱穩定性而且能提高摩擦面的聚合物轉移膜效果。但是，無機填料的逐步增加耐磨性會出現先增加后減小的趨勢，同時過多的無機填料也會使得PEEK改性材料表現出更明顯的脆性，使用上會出現一定的限制。
摩擦磨損實驗
二、纖維類增強改性
碳纖維和玻璃纖維與PEEK之間表現了優良的親和性，成為纖維增強PEEK的代表。纖維增強PEEK不僅可以提高材料的力學性能，同時還可以改善材料的摩擦學性能。
南京理工大學吳欣鑫[2]研究了碳纖維增強PEEK材料的熱力學性能和摩擦磨損性能。其結果表明在PEEK粉末中加入不同添加量和種類的碳纖維(Unoxidized或Oxidized )均能有效的提高復合材料的耐磨損性能，并且隨著添加量的增加CF/PEEK復合材料磨損率的變化趨勢基本相同，均是先逐漸減小后增加，只是變化的幅度不同。
展開 ANSYS摩擦磨損仿真 ￥49
磨損量統計
基于COMSOL軟件的摩擦磨損數值仿真 ￥1000
<p>本案例建立了一簡化軌道和半球體結構，基于<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/comsol" rel="noopener noreferrer" target="_blank">COMSOL軟件</a>仿真了半球體結構在軌道中往復移動過程中，對軌道的摩擦應力以及對軌道的磨損量進行了計算，仿真結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/deca87c7b6dd4068b89a69ae1a930016.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>軌道摩擦受到的應力動態分布</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/53899b728aff47d1b153b6396e2c1308.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>軌道上凸起結構的磨損量分布</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作</p><p><br></p>
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ANSYS workbench 摩擦磨損案例 ￥5
ANSYS workbench 摩擦磨損案例
尋找指導abaqus仿真制動盤摩擦磨損
幫指導abaqus仿真磨損相關問題，有償
Abaqus輪-軌接觸摩擦磨損(UMESHMOTION子程序)仿真案例講解 ￥600
[圖片]
帶你來了解，無油軸承
由于設備重、環境溫度高，粉塵大或空氣中含酸性腐蝕氣體CO，SO2等，對設備的潤滑帶來很多問題，摩擦磨損嚴重。
截止目前為止，國內上述企業大部分仍沿用傳統的油、脂潤滑，而事實上這些工礦條件已超出了油、脂潤滑的范圍，極易發生軸承及其他摩擦副的咬傷或咬死，引起嚴重的零件磨損和損壞，經常性地導致設備停運。
為了生產連續運行，除在原始設計上要求安裝多臺設備輪修外，還須投入大量維修人員。嚴重地限制著生產率的提高，備品備件和能源消耗極大，已成為發展生產的重要障礙。
汽車制造、水泥生產、石油化工等企業都提出了提供復雜工況條件下特種潤滑材料要求。為此，對鑲嵌式自潤滑復合材料研究，在材料配方和制備工藝上突出自身特色，材料性能已達到了國際先進水平，為企業解決了特殊工況下的潤滑問題，并帶來了明顯的經濟和社會效益。但由于多種原因國內更多的企業尚未采用，上述狀況依然存在。
關鍵技術原理
鑲嵌式自潤滑復合材料是一種新型的抗極壓固體潤滑材料，由金屬底材與嵌入底材的孔或槽中的固體潤滑劑膏體構成。在摩擦過程中金屬底材承擔了絕大部分負荷。
經摩擦，孔或槽中的固體潤滑劑向摩擦面轉移或反轉移，在摩擦面上形成潤滑良好、牢固附著并均勻覆蓋的固體轉移膜，大幅度降低了摩擦磨損。隨摩擦的進行，嵌入的固體潤滑劑不斷提供于摩擦面，保證了長期運行時的良好潤滑。
應用領域
軸承對材料的基本要求在很大程度上取決于軸承的工作性能。選擇制造滾動軸承的材料是否合適，對其使用性能和壽命將有很大影響。
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