涂油降噪理論與實踐

前言

工程中由摩擦自激振動引發(fā)的顫振和噪聲，污染環(huán)境，危害人們健康，降低設備工作性能、生產(chǎn)效率與使用壽命。隨著越來越多機械產(chǎn)品的進一步高速化、精密化和重載化，摩擦自激振動問題變得更加突出。當滑動摩擦在機械系統(tǒng)中充當重要角色時，其非線性特點使振動和噪聲問題變得更加復雜：不僅理論上難以求解，而且實踐處理也很困難。工程中的許多動力學問題，如機械裝備滑動部件的爬行、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)中普遍存在滑動摩擦力隨相對運動速度增加而下降的現(xiàn)象。半個多世紀以來，人們習慣于認為摩擦力的下降特性產(chǎn)生負阻尼，由此引發(fā)摩擦自激振動，以至有人稱此振動為負阻尼振動。本書立足于系列實驗手段和所獲得的大量實驗數(shù)據(jù)，從摩擦力下降特性與振動的關系人手，對系統(tǒng)中的正、負阻尼進行理論分析與計算，由此嘗試通過爬行和顫振的有限實例，分析、探索和揭示摩擦自激振動的基本現(xiàn)象、共性特征、發(fā)生及發(fā)展的普遍規(guī)律，進而推介有效實用的控制方法。本書是作者將摩擦學潤滑理論和機械振動學結合起來進行研究的成果，其核心內(nèi)容涉及涂油控制噪聲，從潤滑起源的斷想開始，介紹潤滑材料和方法，從而對研究對象即工程中的摩擦自激振動的特征進行介紹與分析，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，為此對降噪油的配制設備和方法進行了重點介紹，最后介紹了涂油降噪與抗磨的應用效果。前人在長期實踐中所形成的摩擦自激振動成因理論，的確為早期自激振動研究提供了理論依據(jù)。但是隨著實驗研究的深入，人們逐漸發(fā)現(xiàn)前人的負阻尼理論存在許多不合理的地方。在此基礎上有所發(fā)現(xiàn)、有所修正進而有所創(chuàng)新和發(fā)展，這正是科學研究不斷進步的趨勢所在。作者先后主持了兩項廣西壯族自治區(qū)自然科學基金資助課題，通過系統(tǒng)的實驗論證與分析，仿效前人等效阻尼的計算，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，其值遠遠超過任何負阻尼，因此認為導致各類系統(tǒng)摩擦自激振動的不是負摩擦或負阻尼，而是受相對運動速度，特別是相對加速度支配的摩擦力的周期性激勵。作者受英國學者鮑登觀點的啟發(fā)，認為金屬切削過程實際也是摩擦過程；通過對實驗結果的分析，認為齒輪傳動中兩倍于嚙合頻率的噪聲成分來自輪齒嚙入與嚙出時的摩擦激勵。

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現(xiàn)象，對各種摩擦自激振動產(chǎn)生的原因、頻率特征以及由此引發(fā)的噪聲特點進行了分析。其中，引出了“摩擦伴生阻尼”和“微凸體油膜彈性支承效應”等新概念；對摩擦系統(tǒng)消耗能源的正阻尼與負阻尼進行了定性和定量分析；定量分析了相對運動速度和加速度支配下的摩擦力對系統(tǒng)的周期性激勵狀況；介紹了降噪油的配制方法和涂油控制強烈摩擦噪聲的實際效果。    本書可供企業(yè)設備管理人員、工程技術人員、環(huán)境保護人員、從事各級工程教育的教師以及機械類專業(yè)的本科高年級學生和研究生參考。

書籍目錄

序前言第1章  涂油潤滑的起源與傳承  1.1  摩擦的二重性    1.1.1  摩擦對整個自然界具有重要意義    1.1.2  人類減少摩擦負面影響的努力永無止境  1.2  大自然界固有的潤滑系統(tǒng)  1.3  涂油潤滑的起源與發(fā)展    1.3.1  潤滑起源于涂油的斷想    1.3.2  涂油潤滑的歷史傳承    1.3.3  涂油技術的發(fā)展展望  參考文獻第2章  涂油潤滑材料與方法  2.1  潤滑的功能    2.1.1  潤滑的減摩功能    2.1.2  潤滑的抗磨功能    2.1.3  潤滑的防蝕功能    2.1.4  潤滑的冷卻功能    2.1.5  潤滑的降噪功能  2.2  潤滑的類型    2.2.1  干摩擦或無潤滑    2.2.2  完全液體潤滑    2.2.3  邊界潤滑    2.2.4  混合潤滑  2.3  涂油潤滑材料    2.3.1  潤滑材料的分類    2.3.2  常用的基礎油    2.3.3  添加劑  2.4  潤滑方法    2.4.1  選擇潤滑方法的影響因素    2.4.2潤滑方法及其分類  參考文獻第3章  自激振動類型、特征與分析  3.1  自激振動實例    3.1.1  自激振動概念    3.1.2  自然界中的自激振動    3.1.3  日常生活中的自激振動    3.1.4  工程中的自激振動  3.2  自激振動的特征    3.2.1  自激振動的形成條件    3.2.2  自激振動的特征  3.3  摩擦自激振動及其特征    3.3.1  摩擦自激振動的普遍性    3.3.2  自激振動系統(tǒng)中的摩擦力特性    3.3.3  摩擦自激振動系統(tǒng)力學模型    3.3.4  負阻尼理論及其缺陷  參考文獻第4章  滑動摩擦副中的自激振動  4.1  滑動摩擦副中的能量損耗特征    4.1.1  滑動摩擦過程與滑動摩擦力    4.1.2  機械能在摩擦中的損耗過程    4.1.3  摩擦過程中的能量損耗機理  4.2  摩擦伴生阻尼概念    4.2.1  摩擦副中的負阻尼與正阻尼    4.2.2  摩擦伴生阻尼的計算  4.3  滑動摩擦中的自激振動分析    4.3.1  爬行現(xiàn)象分析    4.3.2  靜-動摩擦過程分析    4.3.3  爬行臨界條件分析    4.3.4  靜動摩擦力差與爬行的關系    4.3.5  爬行運動的圖解分析  參考文獻第5章  輪軌問的摩擦自激振動與噪聲  5.1  地鐵彎道噪聲及其危害  5.2  輪軌接觸應力分析    5.2.1  輪軌接觸應力的計算特點    5.2.2  重型鋼軌矯直工藝    5.2.3  矯直輥磨損狀況對矯直噪聲的影響    5.2.4  矯直輥接觸應力計算  5.3  輪軌自激振動中的噪聲特點    5.3.1  鐵路輪軌噪聲簡介    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  參考文獻第6章  金屬切削中的摩擦自激振動  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  再生效應理論    6.3.2  負阻尼特性理論    6.3.3  振型耦合理論    6.3.4  進給切人效應  6.4  動態(tài)切削力的數(shù)學描述  參考文獻第7章  漸開線齒輪傳動中的摩擦自激振動  7.1  齒輪機構振動力學模型與振動方程  7.2  齒輪嚙合傳動中的振動頻率特征    7.2.1  齒輪扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率    7.2.2  齒輪本體軸向振動的固有頻率    7.2.3  齒輪本體固有頻率的測試實例    7.2.4  齒輪箱體的振動頻率特征  7.3  齒輪傳動中的摩擦特性  參考文獻第8章  涂油降噪的理論基礎  8.1  噪聲及其控制途徑概述    8.1.1  噪聲及其評價    8.1.2  噪聲的危害    8.1.3  機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  潤滑對摩擦副接觸應力特性的影響    8.2.1  不考慮切向摩擦力時的接觸應力計算    8.2.2  考慮切向摩擦力時的接觸應力計算    8.2.3  涂油改善接觸強度實例  8.3  潤滑劑的油膜效應    8.3.1  懸臂微凸體油膜彈性支承效應    8.3.2  油膜對微觀彈性勢能積蓄的抑制效應    8.3.3  潤滑油膜獲得良好效應的條件  8.4  油膜彈性支承效應的實驗驗證    8.4.1  刨切實驗基本條件    8.4.2  刨切實驗結果與分析    8.4.3  微凸體油膜強化因子經(jīng)驗計算式  參考文獻第9章  降噪潤滑油的配制與實驗  9.1  潤滑油配制常用輔助實驗裝置    9.1.1  爬行模擬實驗裝置    9.1.2  一種摩擦系數(shù)測定儀    9.1.3  摩擦擺實驗裝置    9.1.4  滾動副摩擦性能測試  9.2  正交實驗法及其應用    9.2.1  正交實驗法與正交表    9.2.2  正交實驗數(shù)據(jù)處理方法    9.2.3  正交實驗法應用實例  9.3  潤滑降噪油的配制與實驗    9.3.1  配制潤滑降噪劑的主要原料    9.3.2  降噪油的正交配制實驗法  參考文獻第10章  涂油降噪實踐案例  10.1  涂油控制鋼軌矯直噪聲的實踐案例    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  降噪油抗磨實踐案例    10.2.1  問題的提出    10.2.2  抗磨實驗設計及驗證    10.2.3  相似實驗結果及討論  10.3  涂油控制切削噪聲實踐案例    10.3.1  金屬切削中的振動    10.3.2  切削參數(shù)的測試實驗    10.3.3  涂油控制切削噪聲實踐  10.4  涂油控制齒輪摩擦噪聲實踐案例    10.4.1  實施齒輪潤滑降噪的依據(jù)    10.4.2  控制齒輪摩擦激勵噪聲的實踐  10.5  降噪油的推廣實例  參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：最適合用“一分為二”觀點審視的自然現(xiàn)象當首推摩擦。摩擦是兩個相互接觸的物體具有相對運動或具有相對運動趨勢時，在接觸處產(chǎn)生阻力的現(xiàn)象[1]。1.1.1  摩擦對整個自然界具有重要意義自然界中，摩擦無處不在，它確保了自然界的平衡與和諧。沒有摩擦，從低等到高等、從簡單到復雜的各種植物都無法根植于巖石縫隙或泥土之中；沒有摩擦，任何動物甚至人類都無法在地球上立足。簡言之，地球上的任何生命形式無不從摩擦中獲益。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為自己服務。在最簡單的生產(chǎn)活動中，人們通過世代相傳從小就懂得用最原始的方法來增加摩擦。例如，向手心吐些口水，可以得心應手地握緊鋤頭和鐮刀等生產(chǎn)工具。在古代狩獵活動或者野蠻的相互爭斗沖突中，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)勞動工效的提高或者狩獵的成功與爭斗的勝出。人們今天的生活豐富多彩，遠非古人所能想象。但是在今天的日常生活中，人們通過某些原始方法來充分利用摩擦的事例仍然比比皆是。不少人翻書或清點鈔票時，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)生的習慣，但操作起來確也簡便有效。銀行的營業(yè)柜臺上總擺放著含水海綿盒以方便顧客蘸水點鈔。不難想象，若是盒中不放含水海綿而是放置含有動植物油或礦物油的棉紗，那點鈔的效果就適得其反了?；鹗谴龠M人類進化與社會進步的一個極為重要的因素。但是人類學會使用并且有效控制和掌握火必定經(jīng)歷了一個漫長的過程。在取火的實踐中，摩擦作用居功至偉。古人類鉆木取火是小學生們都知道的常識，那是因為鉆木時產(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便和容易，取火的方法也更加豐富而多樣、快速而先進。但是摩擦取火的方式仍然方便和實用，取火的摩擦原理至今還有很強的生命力。例如，劃火柴和使用帶火石的打火機都離不開摩擦的參與。利用凸鏡的聚焦原理從太陽光中取火雖然與摩擦無直接關系，但是若不經(jīng)過摩擦過程，凸鏡的制造就是一句空話。

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《涂油降噪理論與實踐》是作者將摩擦學潤滑理論和機械振動學結合起來進行研究的成果，其核心內(nèi)容涉及涂油控制噪聲，從潤滑起源的斷想開始，介紹潤滑材料和方法，從而對研究對象即工程中的摩擦自激振動的特征進行介紹與分析，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，為此對降噪油的配制設備和方法進行了重點介紹，最后介紹了涂油降噪與抗磨的應用效果?！锻坑徒翟肜碚撆c實踐》可供企業(yè)設備管理人員、工程技術人員、環(huán)境保護人員、從事各級工程教育的教師以及機械類專業(yè)的本科高年級學生和研究生參考。

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