涂油降噪理論與實(shí)踐

前言

工程中由摩擦自激振動(dòng)引發(fā)的顫振和噪聲，污染環(huán)境，危害人們健康，降低設(shè)備工作性能、生產(chǎn)效率與使用壽命。隨著越來(lái)越多機(jī)械產(chǎn)品的進(jìn)一步高速化、精密化和重載化，摩擦自激振動(dòng)問(wèn)題變得更加突出。當(dāng)滑動(dòng)摩擦在機(jī)械系統(tǒng)中充當(dāng)重要角色時(shí)，其非線性特點(diǎn)使振動(dòng)和噪聲問(wèn)題變得更加復(fù)雜：不僅理論上難以求解，而且實(shí)踐處理也很困難。工程中的許多動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，如機(jī)械裝備滑動(dòng)部件的爬行、金屬切削加工中的顫振、輪軌間的尖叫以及齒輪中的高頻噪聲等，其共性特征之一在于，系統(tǒng)中普遍存在滑動(dòng)摩擦力隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度增加而下降的現(xiàn)象。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，人們習(xí)慣于認(rèn)為摩擦力的下降特性產(chǎn)生負(fù)阻尼，由此引發(fā)摩擦自激振動(dòng)，以至有人稱此振動(dòng)為負(fù)阻尼振動(dòng)。本書立足于系列實(shí)驗(yàn)手段和所獲得的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從摩擦力下降特性與振動(dòng)的關(guān)系人手，對(duì)系統(tǒng)中的正、負(fù)阻尼進(jìn)行理論分析與計(jì)算，由此嘗試通過(guò)爬行和顫振的有限實(shí)例，分析、探索和揭示摩擦自激振動(dòng)的基本現(xiàn)象、共性特征、發(fā)生及發(fā)展的普遍規(guī)律，進(jìn)而推介有效實(shí)用的控制方法。本書是作者將摩擦學(xué)潤(rùn)滑理論和機(jī)械振動(dòng)學(xué)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究的成果，其核心內(nèi)容涉及涂油控制噪聲，從潤(rùn)滑起源的斷想開始，介紹潤(rùn)滑材料和方法，從而對(duì)研究對(duì)象即工程中的摩擦自激振動(dòng)的特征進(jìn)行介紹與分析，論證涂油降噪的理論依據(jù)。降噪涂油不同于一般的減摩涂油，為此對(duì)降噪油的配制設(shè)備和方法進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，最后介紹了涂油降噪與抗磨的應(yīng)用效果。前人在長(zhǎng)期實(shí)踐中所形成的摩擦自激振動(dòng)成因理論，的確為早期自激振動(dòng)研究提供了理論依據(jù)。但是隨著實(shí)驗(yàn)研究的深入，人們逐漸發(fā)現(xiàn)前人的負(fù)阻尼理論存在許多不合理的地方。在此基礎(chǔ)上有所發(fā)現(xiàn)、有所修正進(jìn)而有所創(chuàng)新和發(fā)展，這正是科學(xué)研究不斷進(jìn)步的趨勢(shì)所在。作者先后主持了兩項(xiàng)廣西壯族自治區(qū)自然科學(xué)基金資助課題，通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)論證與分析，仿效前人等效阻尼的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的“摩擦伴生阻尼”是消耗系統(tǒng)外部能源的主體，其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)任何負(fù)阻尼，因此認(rèn)為導(dǎo)致各類系統(tǒng)摩擦自激振動(dòng)的不是負(fù)摩擦或負(fù)阻尼，而是受相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，特別是相對(duì)加速度支配的摩擦力的周期性激勵(lì)。作者受英國(guó)學(xué)者鮑登觀點(diǎn)的啟發(fā)，認(rèn)為金屬切削過(guò)程實(shí)際也是摩擦過(guò)程；通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，認(rèn)為齒輪傳動(dòng)中兩倍于嚙合頻率的噪聲成分來(lái)自輪齒嚙入與嚙出時(shí)的摩擦激勵(lì)。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了自然界和工程中的各種摩擦自激振動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)各種摩擦自激振動(dòng)產(chǎn)生的原因、頻率特征以及由此引發(fā)的噪聲特點(diǎn)進(jìn)行了分析。其中，引出了“摩擦伴生阻尼”和“微凸體油膜彈性支承效應(yīng)”等新概念；對(duì)摩擦系統(tǒng)消耗能源的正阻尼與負(fù)阻尼進(jìn)行了定性和定量分析；定量分析了相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和加速度支配下的摩擦力對(duì)系統(tǒng)的周期性激勵(lì)狀況；介紹了降噪油的配制方法和涂油控制強(qiáng)烈摩擦噪聲的實(shí)際效果。    本書可供企業(yè)設(shè)備管理人員、工程技術(shù)人員、環(huán)境保護(hù)人員、從事各級(jí)工程教育的教師以及機(jī)械類專業(yè)的本科高年級(jí)學(xué)生和研究生參考。

書籍目錄

序前言第1章  涂油潤(rùn)滑的起源與傳承  1.1  摩擦的二重性    1.1.1  摩擦對(duì)整個(gè)自然界具有重要意義    1.1.2  人類減少摩擦負(fù)面影響的努力永無(wú)止境  1.2  大自然界固有的潤(rùn)滑系統(tǒng)  1.3  涂油潤(rùn)滑的起源與發(fā)展    1.3.1  潤(rùn)滑起源于涂油的斷想    1.3.2  涂油潤(rùn)滑的歷史傳承    1.3.3  涂油技術(shù)的發(fā)展展望  參考文獻(xiàn)第2章  涂油潤(rùn)滑材料與方法  2.1  潤(rùn)滑的功能    2.1.1  潤(rùn)滑的減摩功能    2.1.2  潤(rùn)滑的抗磨功能    2.1.3  潤(rùn)滑的防蝕功能    2.1.4  潤(rùn)滑的冷卻功能    2.1.5  潤(rùn)滑的降噪功能  2.2  潤(rùn)滑的類型    2.2.1  干摩擦或無(wú)潤(rùn)滑    2.2.2  完全液體潤(rùn)滑    2.2.3  邊界潤(rùn)滑    2.2.4  混合潤(rùn)滑  2.3  涂油潤(rùn)滑材料    2.3.1  潤(rùn)滑材料的分類    2.3.2  常用的基礎(chǔ)油    2.3.3  添加劑  2.4  潤(rùn)滑方法    2.4.1  選擇潤(rùn)滑方法的影響因素    2.4.2潤(rùn)滑方法及其分類  參考文獻(xiàn)第3章  自激振動(dòng)類型、特征與分析  3.1  自激振動(dòng)實(shí)例    3.1.1  自激振動(dòng)概念    3.1.2  自然界中的自激振動(dòng)    3.1.3  日常生活中的自激振動(dòng)    3.1.4  工程中的自激振動(dòng)  3.2  自激振動(dòng)的特征    3.2.1  自激振動(dòng)的形成條件    3.2.2  自激振動(dòng)的特征  3.3  摩擦自激振動(dòng)及其特征    3.3.1  摩擦自激振動(dòng)的普遍性    3.3.2  自激振動(dòng)系統(tǒng)中的摩擦力特性    3.3.3  摩擦自激振動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)模型    3.3.4  負(fù)阻尼理論及其缺陷  參考文獻(xiàn)第4章  滑動(dòng)摩擦副中的自激振動(dòng)  4.1  滑動(dòng)摩擦副中的能量損耗特征    4.1.1  滑動(dòng)摩擦過(guò)程與滑動(dòng)摩擦力    4.1.2  機(jī)械能在摩擦中的損耗過(guò)程    4.1.3  摩擦過(guò)程中的能量損耗機(jī)理  4.2  摩擦伴生阻尼概念    4.2.1  摩擦副中的負(fù)阻尼與正阻尼    4.2.2  摩擦伴生阻尼的計(jì)算  4.3  滑動(dòng)摩擦中的自激振動(dòng)分析    4.3.1  爬行現(xiàn)象分析    4.3.2  靜-動(dòng)摩擦過(guò)程分析    4.3.3  爬行臨界條件分析    4.3.4  靜動(dòng)摩擦力差與爬行的關(guān)系    4.3.5  爬行運(yùn)動(dòng)的圖解分析  參考文獻(xiàn)第5章  輪軌問(wèn)的摩擦自激振動(dòng)與噪聲  5.1  地鐵彎道噪聲及其危害  5.2  輪軌接觸應(yīng)力分析    5.2.1  輪軌接觸應(yīng)力的計(jì)算特點(diǎn)    5.2.2  重型鋼軌矯直工藝    5.2.3  矯直輥磨損狀況對(duì)矯直噪聲的影響    5.2.4  矯直輥接觸應(yīng)力計(jì)算  5.3  輪軌自激振動(dòng)中的噪聲特點(diǎn)    5.3.1  鐵路輪軌噪聲簡(jiǎn)介    5.3.2  鋼軌矯直噪聲分析    5.3.3  鋼軌矯直系統(tǒng)固有頻率分析    5.3.4  鐵路輪軌噪聲控制現(xiàn)狀  參考文獻(xiàn)第6章  金屬切削中的摩擦自激振動(dòng)  6.1  金屬切削的摩擦本質(zhì)  6.2  切削噪聲及其特征    6.2.1  切削噪聲及危害    6.2.2  摩擦條件對(duì)切削噪聲的影響    6.2.3  切削噪聲的頻率特征    6.2.4  切削噪聲的傳播途徑  6.3  切削顫振成因分析    6.3.1  再生效應(yīng)理論    6.3.2  負(fù)阻尼特性理論    6.3.3  振型耦合理論    6.3.4  進(jìn)給切人效應(yīng)  6.4  動(dòng)態(tài)切削力的數(shù)學(xué)描述  參考文獻(xiàn)第7章  漸開線齒輪傳動(dòng)中的摩擦自激振動(dòng)  7.1  齒輪機(jī)構(gòu)振動(dòng)力學(xué)模型與振動(dòng)方程  7.2  齒輪嚙合傳動(dòng)中的振動(dòng)頻率特征    7.2.1  齒輪扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率    7.2.2  齒輪本體軸向振動(dòng)的固有頻率    7.2.3  齒輪本體固有頻率的測(cè)試實(shí)例    7.2.4  齒輪箱體的振動(dòng)頻率特征  7.3  齒輪傳動(dòng)中的摩擦特性  參考文獻(xiàn)第8章  涂油降噪的理論基礎(chǔ)  8.1  噪聲及其控制途徑概述    8.1.1  噪聲及其評(píng)價(jià)    8.1.2  噪聲的危害    8.1.3  機(jī)械噪聲的分類與控制途徑    8.1.4  涂油降噪的性質(zhì)與適用范圍  8.2  潤(rùn)滑對(duì)摩擦副接觸應(yīng)力特性的影響    8.2.1  不考慮切向摩擦力時(shí)的接觸應(yīng)力計(jì)算    8.2.2  考慮切向摩擦力時(shí)的接觸應(yīng)力計(jì)算    8.2.3  涂油改善接觸強(qiáng)度實(shí)例  8.3  潤(rùn)滑劑的油膜效應(yīng)    8.3.1  懸臂微凸體油膜彈性支承效應(yīng)    8.3.2  油膜對(duì)微觀彈性勢(shì)能積蓄的抑制效應(yīng)    8.3.3  潤(rùn)滑油膜獲得良好效應(yīng)的條件  8.4  油膜彈性支承效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證    8.4.1  刨切實(shí)驗(yàn)基本條件    8.4.2  刨切實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析    8.4.3  微凸體油膜強(qiáng)化因子經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式  參考文獻(xiàn)第9章  降噪潤(rùn)滑油的配制與實(shí)驗(yàn)  9.1  潤(rùn)滑油配制常用輔助實(shí)驗(yàn)裝置    9.1.1  爬行模擬實(shí)驗(yàn)裝置    9.1.2  一種摩擦系數(shù)測(cè)定儀    9.1.3  摩擦擺實(shí)驗(yàn)裝置    9.1.4  滾動(dòng)副摩擦性能測(cè)試  9.2  正交實(shí)驗(yàn)法及其應(yīng)用    9.2.1  正交實(shí)驗(yàn)法與正交表    9.2.2  正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法    9.2.3  正交實(shí)驗(yàn)法應(yīng)用實(shí)例  9.3  潤(rùn)滑降噪油的配制與實(shí)驗(yàn)    9.3.1  配制潤(rùn)滑降噪劑的主要原料    9.3.2  降噪油的正交配制實(shí)驗(yàn)法  參考文獻(xiàn)第10章  涂油降噪實(shí)踐案例  10.1  涂油控制鋼軌矯直噪聲的實(shí)踐案例    10.1.1  重型鋼軌立式矯直噪聲及特征    10.1.2  涂油降噪及其效果  10.2  降噪油抗磨實(shí)踐案例    10.2.1  問(wèn)題的提出    10.2.2  抗磨實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證    10.2.3  相似實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論  10.3  涂油控制切削噪聲實(shí)踐案例    10.3.1  金屬切削中的振動(dòng)    10.3.2  切削參數(shù)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)    10.3.3  涂油控制切削噪聲實(shí)踐  10.4  涂油控制齒輪摩擦噪聲實(shí)踐案例    10.4.1  實(shí)施齒輪潤(rùn)滑降噪的依據(jù)    10.4.2  控制齒輪摩擦激勵(lì)噪聲的實(shí)踐  10.5  降噪油的推廣實(shí)例  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：最適合用“一分為二”觀點(diǎn)審視的自然現(xiàn)象當(dāng)首推摩擦。摩擦是兩個(gè)相互接觸的物體具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在接觸處產(chǎn)生阻力的現(xiàn)象[1]。1.1.1  摩擦對(duì)整個(gè)自然界具有重要意義自然界中，摩擦無(wú)處不在，它確保了自然界的平衡與和諧。沒有摩擦，從低等到高等、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種植物都無(wú)法根植于巖石縫隙或泥土之中；沒有摩擦，任何動(dòng)物甚至人類都無(wú)法在地球上立足。簡(jiǎn)言之，地球上的任何生命形式無(wú)不從摩擦中獲益。摩擦使自然界千奇百怪的生命形式得以形成、發(fā)展和演繹。地球上具有最高生命形式的人類早就懂得摩擦的重要作用，并盡可能合理地利用它來(lái)為自己服務(wù)。在最簡(jiǎn)單的生產(chǎn)活動(dòng)中，人們通過(guò)世代相傳從小就懂得用最原始的方法來(lái)增加摩擦。例如，向手心吐些口水，可以得心應(yīng)手地握緊鋤頭和鐮刀等生產(chǎn)工具。在古代狩獵活動(dòng)或者野蠻的相互爭(zhēng)斗沖突中，采用同樣的方法可以有效地握緊棍棒或刀槍等武器。由此增加的摩擦有利于生產(chǎn)勞動(dòng)工效的提高或者狩獵的成功與爭(zhēng)斗的勝出。人們今天的生活豐富多彩，遠(yuǎn)非古人所能想象。但是在今天的日常生活中，人們通過(guò)某些原始方法來(lái)充分利用摩擦的事例仍然比比皆是。不少人翻書或清點(diǎn)鈔票時(shí)，常將手指伸人口中沾些唾液以增加手指與紙面間的摩擦力。雖然這是很不衛(wèi)生的習(xí)慣，但操作起來(lái)確也簡(jiǎn)便有效。銀行的營(yíng)業(yè)柜臺(tái)上總擺放著含水海綿盒以方便顧客蘸水點(diǎn)鈔。不難想象，若是盒中不放含水海綿而是放置含有動(dòng)植物油或礦物油的棉紗，那點(diǎn)鈔的效果就適得其反了。火是促進(jìn)人類進(jìn)化與社會(huì)進(jìn)步的一個(gè)極為重要的因素。但是人類學(xué)會(huì)使用并且有效控制和掌握火必定經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。在取火的實(shí)踐中，摩擦作用居功至偉。古人類鉆木取火是小學(xué)生們都知道的常識(shí)，那是因?yàn)殂@木時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱易于使枯草干葉燃燒。今天的取火已變得極為簡(jiǎn)便和容易，取火的方法也更加豐富而多樣、快速而先進(jìn)。但是摩擦取火的方式仍然方便和實(shí)用，取火的摩擦原理至今還有很強(qiáng)的生命力。例如，劃火柴和使用帶火石的打火機(jī)都離不開摩擦的參與。利用凸鏡的聚焦原理從太陽(yáng)光中取火雖然與摩擦無(wú)直接關(guān)系，但是若不經(jīng)過(guò)摩擦過(guò)程，凸鏡的制造就是一句空話。

編輯推薦

《涂油降噪理論與實(shí)踐》是作者將摩擦學(xué)潤(rùn)滑理論和機(jī)械振動(dòng)學(xué)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究的成果，其核心內(nèi)容涉及涂油控制噪聲，從潤(rùn)滑起源的斷想開始，介紹潤(rùn)滑材料和方法，從而對(duì)研究對(duì)象即工程中的摩擦自激振動(dòng)的特征進(jìn)行介紹與分析，論證涂油降噪的理論依據(jù)。降噪涂油不同于一般的減摩涂油，為此對(duì)降噪油的配制設(shè)備和方法進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，最后介紹了涂油降噪與抗磨的應(yīng)用效果?！锻坑徒翟肜碚撆c實(shí)踐》可供企業(yè)設(shè)備管理人員、工程技術(shù)人員、環(huán)境保護(hù)人員、從事各級(jí)工程教育的教師以及機(jī)械類專業(yè)的本科高年級(jí)學(xué)生和研究生參考。

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