相对滑动的橡胶表面与钢表面间模型粒子的行为V.ACoveney¿,C.MengerUniversityofthewestofEngland(2000)摘要发生在相对滑动的橡胶表面与钢表面之间的磨损可能是两者直接作用引起的，也可能是由于外来粒子的介入引起的。前人已经做了许多关于橡胶磨损的工作，现在我们引入后续补充方法：建立模型粒子（低碳钢圆柱形粒子，六边形柱状钢及石英粒子）短期以及长期的运动模型（有限元方法）并用实验的方法进行研究。有限元分析显示（已被实验验证）：一个圆柱形模型粒子将会在相对滑动的橡胶和钢表面之间滚动。低载条件下粒子的切向速度符合橡胶块的速度；重载条件下切向速度会超过橡胶块的速度。对于六边形的钢和石英模型粒子，初始时粒子将会在被氧化的钢表面滑动--水平力和竖直力的比例较低（¿0.10-0.14.）。但随着滑动的继续将会产生光洁金属表面，由此橡胶和钢配合面间将会产生高磨擦系数（¿0.20-0.25）的粒子滚动。对磨损的不规则石灰石粒子进行实验可以得到相似的粒子行为。然而，对于边缘锋利的不规则石英粒子，更可能会立即发生振动。有限元方法成功的模拟了六边形粒子的滚动并预测了发生滚动所需的近似摩擦系数（钢/粒子）—实测的摩擦系数略低于预测值。这些发现表明：当橡胶和低碳钢相对滑动时（接触界面存在离子和氧化），接触界面上的粒子运动方式会多种多样；由此，橡胶压力也会不同，这主要取决于粒子与钢接触界面间磨损的类型。关键字：橡胶，钢，磨损1．前言对相对滑动的橡胶与硬质材料的磨损研究，主要集中在两主体材料间的磨损。另外，也进行了叶片研磨机的持续单向滑动实验。通过这个相对简单的实验发现了橡胶的strikingridged（波状）磨损形式[1-4]。尽管这种磨损形式对于磨损的产生还缺少确定性[1-3，5]，磨损理论还是得到了进一步发展。相对滑动的橡胶与钢界面间产生的磨损，可能是两者之间直接相互作用的结果，也可能是由于粒子的介入引起的。粒子可能来自于钢渣、橡胶表层或外部。对于这种可能存在的复杂情况的研究相对较少[6]。两个相对较硬表面间的三体磨损在实验和理论的层面上已被广泛研究[7-9]，从中发现粒子的运动模式对磨损现象产生类型的影响很大。本文的目的是阐明在有粒子介入的情况下哪种运动模式比较容易发生。本文做了关于三维不规则粒子的实验；对于柱状模型粒子则分别进行实验及有限元分析。2．材料，实验设备及方法2.1实验实验布置如图1所示。此装置可以工作在恒载荷及恒位移两种模式。竖直及水平力通过一个六自由度的力/力矩转换器作用在上方的低碳钢表面（冷轧）。转换器的最大加载量为400N（Fh），800N（Fv），400Nm。转换器与ISA总线接收板（JR3，1523）配合，并通过A/D转换器(Amplicon,PC-74)、标准PC（Taran486SX25）及自定义程序进行载荷采集，采集频率为140Hz。图1实验设备橡胶样品宽20mm厚20mm，硫化时与钢后垫板结合在一起。表1给出了橡胶成分。加装后垫板的橡胶被贴在线性滑移台上，滑移台由液压伺服控制系统控制的液压缸驱动，液压缸的位移由LVDT监测。实验用了三种类型的模型粒子：直径5mm的圆柱形低碳钢粒子，六边形低碳钢柱状粒子（平行边距离6mm）及六边形光洁石英晶体粒子（平行边距离7mm）。Allthreemodelparticleswereusedassupplied--otherthanwipingwithacleancloth.每种情况，粒子的旋转、转移分别通过一个增量式光学编码器及LVDT监测。另外，实验还用了两种不规则磨粒（三维）。一种是磨损的石灰石粒子（最大直径8mm）；另一个是边缘锋利的石英粒子（最大直径8.5mm）。首先用柱状钢粒子分别在竖直载荷为5-60N（定载实验）及初始竖直载荷（Fv0）5-150N（定位移实验）做了行程为45mm的短期实验。滑动速度在2.3mm/s与30mm/s间变化。（滑移台的位移-时间曲线为三焦函数关系）。在相似实验条件下对六边柱状钢粒子进行实验。接下来对六边形及不规则粒子进行10000次循环的长时间实验作为短期实验的补充。在长时间实验中滑移台的位移--时间曲线是幅值为3mm速度为±20mm/s的三角函数。另外，在载荷为90N及定位移（相似初始载荷）条件下分别进行长时间实验。每一个长时间实验都是新橡胶表面与钢表面接触。用光学显微镜和触针...
