外加交变电势对摩擦力影响的试验研究＊陈仁际齐毓霖翟文杰（哈尔滨工业大学机电学院哈尔滨１５ ０００１）摘要对（Ｃｕ－４３Ｎｉ）／Ｃｒ，（Ｃｕ－４３Ｎｉ）／ＴｉＮ和（Ｃｕ－４３Ｎｉ ）／ＮｉＰ这３种摩擦副摩擦产生的热电势信号作了频谱分析，并对三者进行了施加不同特性的交 变电势信号的摩擦试验．结果表明，将交变电势施加于３种摩擦副均可降低摩擦力，降低程度与所 加电势的幅值、波形及频率特性有关．关键词频谱图热电势电势信号摩擦力金属摩擦副分类号ＴＧ １１５．５８作者已对９种不同金属摩擦副产生的摩擦力受外加电势的影响作了研究与探讨〔１〕 ，但未涉及摩擦副产生的热电势信号特性．为了更深入认识交变电势控制摩擦力的机理，促进利用 外加交变电势控制摩擦力这一技术的应用，必须了解摩擦产生的热电势信号的特征、频率成分及其 幅值等．因此，首先对３种典型摩擦副摩擦产生的热电势信号作了频谱分析，又对三者在不同交变 电势下进行了摩擦试验，所得结果可作为深入开展这项研究的科学依据．１摩擦热电势信号的频谱 分析摩擦副摩擦产生的热电势信号属于不规则的随机信号，它与滑动速度及摩擦历程密切相关，其 示意图如图１所示〔２〕．由于这种信号属于动态信号，测量所得随时间变化的信号幅度不足以描 述其特性，而有效值和峰值等参数反映的信息量又太少，不能满足更进一步深入研究的要求．为了 了解摩擦产生的热电势信号的有关特性，例如频率成分和各频率成分的信号幅度等，本文作者对（ Ｃｕ－４３Ｎｉ）／Ｃｒ，（Ｃｕ－４３Ｎｉ）／ＴｉＮ和（Ｃｕ－４３Ｎｉ）／ＮｉＰ这３种典 型摩擦副摩擦产生的热电势信号进行了频谱分析〔３，４〕，所得结果如图２所示．图中给出的５ ０Ｈｚ信号为工频干扰信号，明显可见这种信号的幅度远比摩擦产生的热电势信号的主要信号幅度 小．２对摩擦副施加交变电势的试验２．１施加的电势信号试验中采用的３种电势信号为方波、三 角波和正弦波，交变电势信号的频率选取热电Ｆｉｇ１Ｇｒａｐｈｏｆｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｏｌｔａｇｅｉｎｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｉｒ图１摩擦副摩擦产生的热电势信号示意图Ｆｉｇ２ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｇｒａｐｈｏｆｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｖｏｌｔａｇｅｇｅｎｅｒａｔｅ ｄｉｎｆｒｉｃｔｉｏｎｏｆｔｙｐｉｃａｌｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｉｒｓ图２几种典型摩擦副摩 擦产生的热电势信号的频谱图势信号中的３种主要频率（见热电势信号频谱图），交变电势信号的 幅度选为摩擦副热电势信号的基本幅值．施加交变电势信号于摩擦副的装置和方法均与施加直流电 压的相同〔５〕，试验结果如图３所示．应当说明的是，施加的交变电势信号的方向与摩擦产生的 热电势的方向相反，以便于在完全抵消热电势的情况下观察摩擦力Ｆ（以输出电压值μＶ表征）的 变化规律．２．２分析与讨论由试验结果可以发现：①在摩擦副间施加不同特性的且与热电势信号 正负极相反的交变电势信号时，摩擦力都有不同程度的降低；②当施加的交变电势信号频率是摩擦 热Ｆｉｇ３Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｆｒｉｃｔｉｏｎｆｏｒｃｅａｎｄｔｉ ｍｅｏｆｔｙｐｉｃａｌｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｉｒｓｕｎｄｅｒＡＣｓｔａｔｅ图３几种典型摩 擦副材料在交流状态下的摩擦力随试验时间变化的关系曲线电势信号的主频率时，摩擦力的下降幅 度最大，而其它频率的交变电势信号的影响都比较小或不明显；③对同一摩擦副施加同一频率和同 一幅值的交变电势信号时，就降低摩擦力的效果而言，以三角波信号的最好，正弦波信号的次之， 方波信号的最差．这是因为三角波电势信号与热电势信号十分相近．分析认为，产生以上现象的机 理与施加直流电压信号相反的电势于摩擦副以降低摩擦力的机理相似．倘若能设计一种可产生与热 电势随机电势信号相反的电势施加于摩擦副以完全抵消摩擦热电势的电路，估计能更有效地降低摩 擦力，但要实现这一点目前尚有困难．３结论ａ．在３种典型摩擦副摩擦产生的热电势信号中含有 不同频率的电势成分，在常温低速条件下低频成分较多，其波形多呈三角波形．ｂ．对试验的３种 摩擦副材料施加交变电势信号，摩擦力降低的程度与所加交变电势的幅值、波形及频率特性有关． 参考文献１陈仁际，翟文杰，齐毓霖．用外加电压控制摩擦力的机理与技术．Ⅱ．外加电压对摩擦 力影响的研究．摩擦学学报，１９９６，１６（３）：２３５～２３８２鲍登，泰伯著．固体的摩 擦与润滑．陈绍沣，袁汉昌，丁雪加译．北京：机械工业出版社，１９６４．１４３～１４５３张 金弥著．振动测试与动态分析．北京：航空工业出版社，１９９２．１４０～１４５４张思主编． 振动测试与分析技术．北京：清华大学出版社，１９９２．３０５～３１０５陈仁际．用电压控制 摩擦力技术的试验与机理研究：〔学位论文〕．哈尔滨：哈尔滨工业大学机械工程系，１９９６Ｅ ｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙａｂｏｕｔＥｆｅｃｔｓｏｆＶａｒｉｏｕｓＥｌｅｃｔｒｉ ｃＳｉｇｎａｌｓｏｎＦｒｉｃｔｉｏｎＣｈｅｎＲｅｎｊｉＱｉＹｕｌｉｎＺｈａｉＷｅｎｊｉ ｅ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｒｉｎｇＨａｒｂｉｎＩｎｓ ｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＨａｒｂｉｎ１５０００１Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃ ｔＴｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｏｌｔａｇｅｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｉｎｔｈｒｅｅｔｙｐｉｃａｌｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｉｒ ｓｗａｓｃａｒｉｅｄｏｕｔ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｉｓａｎａｌｙｓｉｓ，ｆｒｉｃ ｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｐ－ｐｌｙｉｎｇｖａｒｉｏｕｓｅｌｅｃｔｒｉｃｓｉｇｎ ａｌｓｉｎｔｏｔｈｅｓｅｔｈｒｅｅｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｉｒｓｗｅｒｅｍａｄｅ．Ｔｈｅｒ ｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｖａ－ｒｉｏｕｓｅｌｅｃｔｒｉｃｓｉｇｎａｌｓｈａｖｅ ｖａｒｉｏｕｓｅｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｆｏｒｃｅ．Ｔｈｅｙｍａｋｅｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎｆｏｒｃｅｄｅｃｒｅａｓｅ．Ｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｄｅｇｒｅｅｉｓ ｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅ，ｗａｖｅｓｈａｐｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｒａｃ－ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｈｉｓｗ ｏｒｋｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆｃｏｎｔｒｏｌｉｎｇｆｒｉｃｔｉｏｎｗｉｔｈａｐｐｌｉｅｄｖｏｌｔａｇｅ．Ｋｅｙｗ ｏｒｄｓｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍｃｈａｒｔｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｖｏｌｔａ ｇｅｅｌｅｃｔｒｉｃｓｉｇｎａｌｆｒｉｃｔｉｏｎｆｏｒｃｅｍｅｔａｌｆｒｉｃｔｉｏｎｐ ａｉｒｓＣｌａｓｉｆｙｉｎｇｎｕｍｂｅｒＴＧ１１５．５８外加交变电势对摩擦力影响的试验 研究@陈仁际@齐毓霖@翟文杰$哈尔滨工业大学机电学院频谱图,热电势,电势信号,摩擦力, 金属摩擦副对（Ｃｕ－４３Ｎｉ）／Ｃｒ，（Ｃｕ－４３Ｎｉ）／ＴｉＮ和（Ｃｕ－４３Ｎｉ）／ ＮｉＰ这３种摩擦副摩擦产生的热电势信号作了频谱分析，并对三者进行了施加不同特性的交变电 势信号的摩擦试验．结果表明，将交变电势施加于３种摩擦副均可降低摩擦力，降低程度与所加电 势的幅值、波形及频率特性有关．１陈仁际，翟文杰，齐毓霖．用外加电压控制摩擦力的机理与技 术．Ⅱ．外加电压对摩擦力影响的研究．摩擦学学报，１９９６，１６（３）：２３５～２３８２ 鲍登，泰伯著．固体的摩擦与润滑．陈绍沣，袁汉昌，丁雪加译．北京：机械工业出版社，１９６ ４．１４３～１４５３张金弥著．振动测试与动态分析．北京：航空工业出版社，１９９２．１４ ０～１４５４张思主编．振动测试与分析技术．北京：清华大学出版社，１９９２．３０５～３１ ０５陈仁际．用电压控制摩擦力技术的试验与机理研究：〔学位论文〕．哈尔滨：哈尔滨工业大学 机械工程系，１９９６国家自然科学基金ｎＲｅｎｊｉＱｉＹｕｌｉｎＺｈａｉＷｅｎｊｉｅ（Ｄ ｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｒｉｎｇＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔ ｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＨａｒｂｉｎ１５０００１Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈ ｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｖｏｌ ｔａｇｅｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｉｎｔｈｒｅｅｔｙｐｉｃａｌｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｉｒｓｗａ ｓｃａｒｉｅｄｏｕｔ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｉｓａｎａｌｙｓｉｓ，ｆｒｉｃｔｉｏ ｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｐ－ｐｌｙｉｎｇｖａｒｉｏｕｓｅｌｅｃｔｒｉｃｓｉｇｎａｌｓ ｉｎｔｏｔｈｅｓｅｔｈｒｅｅｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｉｒｓｗｅｒｅｍａｄｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕ ｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｖａ－ｒｉｏｕｓｅｌｅｃｔｒｉｃｓｉｇｎａｌｓｈａｖｅｖａｒ ｉｏｕｓｅｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｆｏｒｃｅ．Ｔｈｅｙｍａｋｅｔｈｅｆｒｉ ｃｔｉｏｎｆｏｒｃｅｄｅｃｒｅａｓｅ．Ｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｄｅｇｒｅｅｉｓｒｅｌ ａｔｅｄｔｏｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅ，ｗａｖｅｓｈａｐｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈａ ｒａｃ－ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｈｉｓｗｏｒｋ ｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃ ｏｎｔｒｏｌｉｎｇｆｒｉｃｔｉｏｎｗｉｔｈａｐｐｌｉｅｄｖｏｌｔａｇｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄ ｓｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍｃｈａｒｔｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｖｏｌｔａｇｅｅｌｅｃｔｒｉｃｓｉｇｎａｌｆｒｉｃｔｉｏｎｆｏｒｃｅｍｅｔａｌｆｒｉｃｔｉｏｎｐａｉｒｓＣｌａｓｉｆｙｉｎｇｎｕｍｂｅｒＴＧ１１５．５８外加交变电势对摩擦力影响的试验研究@陈仁际@齐毓霖@翟文杰$哈尔滨工业大学机电学院频谱图,热电势,电势信号,摩擦力,金属摩
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