摩擦力的研究与应用毕业论文

摩擦力的研究与应用毕业论文内容摘要：

足以使胎面和路面间脱离接触。 粘性滑水的产生较动力滑水更为频繁，且对汽车的操纵稳定性构成更为严重的问题。 粘性滑水的产生速度均低于动力滑水。 当路面微观粗糙度被磨成圆滑状时，微弹流润滑便可能在圆滑微凸体顶端产生。 湿路面上轮胎的摩擦试验数据，提供了有关轮胎牵引力的各种重要影响因素的许多有用资料。 使用 Delft 轮胎试验用拖车， Dijks 提出了一种试验方法，证实了 Albert 等人的重要发现，认为影响湿路面轮胎牵引力的主要因素是速度、路面粗糙度和胎面沟纹。 其中，胎面沟纹对湿路牵引的作用是显而易见的，但其作用机理却鲜为人知。 在轴承技术中，特殊形状和 尺寸的沟槽经过专门设计，在膜内产生流体动压，达到支承载荷之目的。 而轮胎设计者必须仔细论证，以保证用于排水和降低润滑作用的胎面沟纹没有起到同轴承型槽一样的作用，这就要求对轮胎的表面变形作详细分析。 由此可见，湿路面的摩擦现象远比干燥路面复杂。 目前，在理解滑水现象上已取得显著进展。 Daughaday 等的研究表明，当速度低于完全滑水对应的临界速度时，“接地面”可粗略地分成 3 个区段 (见图 1)：①入口区或挤压膜区，区内水和轮胎产生接触，并开始产生流体动压；②覆盖区，区内渗入的流体膜逐渐变薄，直到成为非连续膜；③牵引区， 区内胎面单元的法向平衡得到维摩擦力的研究与应用 第 6 页 共 14页 , 6 持，并产生有用的牵引力。 Browne 对动力滑水的研究表明，动力滑水同其它 EHL 分析一样，主要的问题是正确表达入口条件。 通过对光滑表面的分析，他预测在动力滑水中存在轮胎骨架的大变形，该变形导致了弹流动压马蹄形的特征形，对接地面上膜厚的数值计算得到了试验的验证。 对 EHL 效应的建模取决于流体膜力和轮胎弹性力之间的相互关系。 尽管对试验表面在工作环境下的研究很有价值，但尚需作艰巨的系统研究 [7]。 冰雪路面轮胎的摩擦和润滑也是轮胎摩擦学的重要内容 [6]。 特别对有漫长冬季的地区和国家来讲，改 善轮胎的牵引力将对提高汽车的安全性和操纵平稳性产生积极影响。 冰面上的摩擦强烈地依赖温度。 Roberts 等应用光学法研究了橡胶块试件和冰面间形成的摩擦界面，发现当冰温低于 15℃时，界面上存在 Schallamach 波，橡胶和冰面间产生极强粘着力；而当冰温高于 10℃时，冰的流动性能产生了实质性变化，若滑速较低则 Schallamach 波在界面逐渐消失。 随着温度继续升高，冰层将更易屈服而导致摩擦显著下降。 应用热平衡原理，确认了一定条件下冰面水膜的存在，建立了预测冰面上汽车牵引力的新模型，该模型比已有模型更接近实际。 并从摩擦学角度系统地分析了速度、法向载荷、材料性能和冰本体温度等对牵引力的影响，认为建立涉及轮胎挠性、胎面结构和路面粗糙度的冰面牵引力模型更具有实际意义。 影响雪地牵引力的基本因素可归纳为 3 类：轮胎参数、雪性能和工作条件。 其中轮胎参数对雪地牵引力的产生及控制极为重要，它包括胎面花纹、胎面胶和骨架结构。 雪地温度对牵引机理、牵引力大小产生很大影响。 较高温度会使压实雪面上形成一层水膜，从而大大降低牵引力；而松散雪地上较高温度可使雪更快地被车辆辗散。 基于雪团动力学，提出了汽车在雪地上的牵引性能预测模型，理论值同试验 结果吻合较好。 由于不同机理产生的牵引力大小受工作条件的影响，所以没有一个单一的办法可在所有工作条件下均获得最大牵引力值。 胎面磨损是一种复杂现象，同许多因素有关，如轮胎参数、路面条件、轮胎作用力、驱动轮的侧偏等，其中最主要的是产生切向滑移的总量和接地面的局部温度。 文献中关于胎面磨损的研究课题主要包括橡胶磨损机理；轮胎结构和操纵 (速度、转弯、制动 )激烈程度等对磨损的影响；对胎面磨损随行程的增加以回归函数的形式进行非因果关系的描述。 由于磨损过程极为复杂，因此到目前为止还不能对轮胎在实际行驶条件下的磨损率做出令人满 意的预测。 可以肯定，驾驶员的正确操纵对降低轮胎磨损有重要影响。 轮胎对道路的牵引要求摩擦学本质上作为统一学科 —— 包含各种不同的子学科，如粘着、摩擦、润滑及表面变形等 —— 加以应用。 在过去近 30 年中，橡胶粘着和干摩擦的研究取得了相当进展，还包括滚动接触力学、润滑理论各个分支的研究都取得了长足进步。 然而，这些发展对轮胎和道路的设计改进所起作用不大，建立牵引模型所需的不同力学子学科和摩擦学间存在极其复杂的关系，在研究这种关系时存在诸多障碍。 急待研究的主要课题如下： (1)建立轮胎的弹性响应模型。 这需要以 FEA 和试验辨识法为基础，建立必需的影响函数。 (2)对干燥路面牵引力的摩擦学弹性问题做出数学分析，研究开发一种简单实用的热模型，并作为子模型应用于摩擦学分析中。 (3)边界润滑 (BL)条件下，需作些试验来建立摩擦基本定律，借此分析湿路面轮胎的牵引特性，并区分 BL 和 micro— EHL 牵引问题的摩擦条件。 (4)对 EHL 牵引问题，应就 partial— EHL 问题作大量的理论和试验研究工作，以找到一个处理不同形式 EHL 问题 (惯性、粘性和 micro— EHL)的统一方法，最终研究出降低润滑作用的机 理。 同时研究摩擦简单和复杂几何特征的影响，以得出通用准则来关联表面形貌和表面润滑性能。 (5)研究滑移机理对 EHL 的影响，进而建立准确的牵引力 — 滑移模型具有极其重要的意义，因为牵引力的控制实质取决于对湿路面上轮胎牵引特性准确预测的能力。 (6)冰面或压实雪地上轮胎产生滑移，很大程度上归结于界面形成的具有强润滑作用的水膜。 为防止冰雪面轮胎的大规模滑移甚至空转或掉尾现象，应建立包括胎面挠性和表面特征等参数的力学模型和热模型，为优化轮胎结构和选材创造条件。 随着先进微电子学和控制技术的快速应用，通过控制牵引力 来控制汽车力学特性的工作已取得初步成果，如 ABS(防抱死制动系统， Anti— locked Braking System)、牵引控制和四轮转向等。 显然建立准确的轮胎摩擦模型是实现对汽车动力学特性控制的重要保障。 鉴于机敏材料所具有的传感功能和执行功能，摩擦力的研究与应用 第 7 页 共 14页 , 7 完全有理由相信不久的将来，会出现用机敏材料制造的复合材料轮胎，使车辆操纵稳定性和使用寿命大大提高。 1. 摩擦力的研究现状与前景 摩擦学是一门十分复杂的学科，迄今发现的与摩擦有关的因素多达上百个．在一般的基础物理教材中很少谈及摩擦的起因和本质问题，只给出一些经验规律．事 实上目前也确实还没有建立起十分。