基于摩擦振动奈奎斯特曲线的磨合系统的稳定性分析

摘要-I-基于摩擦振动奈奎斯特曲线的磨合系统的稳定性分析摘要本文利用摩擦振动的奈奎斯特曲线研究磨合过程的稳定性。奈奎斯特稳定性标准是使用频率特性来评估系统的稳定性。所以，当点（-1，j0）在奈奎斯特曲线内时，闭环系统是不稳定的。在盘销式试验机上对柴油发动机汽缸的活塞环进行磨合和磨损测试试验。分析结果表明：当磨合试验仅在活塞环表层进行时，点（-1，j0）不在奈奎斯特曲线内，试验过程是稳定的；当磨合在严重磨损阶段进行时，点（-1，j0）在奈奎斯特曲线内，试验过程是不稳定的；当磨合在稳定的磨损阶段进行时，点（-1，j0）不在奈奎斯特曲线内并且磨合过程是稳定的。这个方法可以用于预测磨合过程的进展和识别磨合状态。关键词：奈奎斯特曲线；摩擦振动；磨合系统；稳定性Abstract-II-StabilityAnalysisofRunning-inSystemBasedonNyquistCurveofFrictionVibrationAbstractThispaperexaminesthestabilityoftherunning-inprocessusingaNyquistcurveanalysisofthevibrationduetofriction.TheNyquiststabilitycriterionusesthefrequencycharacteristictoassessthestabilityofsystems;sowhenthe(-1,j0)pointisenclosedbyNyquistcurve,theclosed-loopsystemisunstable.Running-inandweartestsofapistonringagainstadieselenginecylinderwereconductedonapin-on-disctester.Theanalysisshowedwhentherunning-inisconfinedtothesurfacelayers,thepoint(-1,j0)isnotenclosedbytheNyquistplotandtheprocessisstable;Whentherunning-inisintheseverewearstage,thepoint(-1,j0)isenclosedbytheNyquistplot,thesystemisunstable;Whenrunning-inisinthestablewearstage,thepoint(-1,j0)isnotenclosedbytheNyquistplotandtheprocessisstable.Thismethodcouldbeusedtopredicttheprogressoftherunning-inprocessandidentifytherun-instate.Keywords:frictionvibration;Nyquistcure;running-insystemstability目录摘要............................................................................................................................IAbstractIVAbstract........................................................................................................................III目录..........................................................................................................................II第1章引言.................................................................................................................1第2章试验.................................................................................................................22.1试验条件.........................................................................................................22.2材料准备.........................................................................................................32.3试验方法.........................................................................................................4第3章稳定性分析方法.............................................................................................53.1磨合动态系统分析.........................................................................................53.2奈奎斯特曲线.................................................................................................6第4章结果与分析.....................................................................................................84.1信号的噪声控制.............................................................................................84.2稳定性分析.....................................................................................................84.2.1磨损阶段的表面...................................................................................94.2.2严重磨损阶段.....................................................................................114.2.3稳定磨损阶段....................................................................................12第5章结论...............................................................................................................13致谢.............................................................................................................................14参考文献.....................................................................................................................15第1章引言1第1章引言磨合是通过摩擦和在稳定的低磨损率下达到动态平衡状态的磨损来匹配加工表面的过程[1]。为了识别磨合过程和磨合状态，研究人员把系统理论应用在磨合研究上[2,3]。Huetal[4]通过经典的磨损公式和分子机器理论研究出磨合和磨损动态模型。他们研究发现磨合过程是自我适应、自我调整的动态系统过程，就是这个过程从不稳定状态趋向稳定平衡状态。Zhuetal[5]认为磨合过程是磨合吸引子形成的过程。磨合吸引子的形成是混沌行为的轨迹在摩擦系统中从不平衡状态到平衡状态的过程。当磨合吸引场形成时，摩擦副达到磨合状态。因此，可以看出系统理论方法的应用为磨合问题的研究提供了一个新的解决方法。在磨合过程中，会出现很多摩擦学特性，比如，摩擦力、摩擦力矩、摩擦系数磨损特性、润滑油状态、磨损颗粒以及摩擦副的表面形态。磨合系统所显现的摩擦特性还需进一步的研究分析。在磨合系统中，摩擦和摩擦副磨损产生摩擦振动，摩擦振动是磨合系统的特性。这表明摩擦振动也可以解释磨合系统的特性。奈奎斯特稳定性准则是一种可以通过频域特性来判断系统的稳定性，它使用了开环奈奎斯特曲线来判断闭环系统的稳定性。它广泛应用在系统稳定性研究，因为它极大地方便性和直观的应用程序特性[6-10]。在本文中，磨合系统的稳定性通过应用奈奎斯特稳定性准则进行分析，和磨合过程的稳定性特性揭示由摩擦振动奈奎斯特曲线的变化。第2章试验2第2章试验2.1试验条件往复活塞式空压机具有压力高、效率高、排量变化范围广、结构简单、操作维护方便等优点，因而特别适用于海军舰船小排量高压压气机。到目前为止，往复活塞式空压机仍然是海军舰船用高压空压机的主要型式。分析国内外高压空压机发展情况，有如下发展动向[17]：提高压力和转数；降低噪声和减小振动；型式多样化；需要高压无油空压机；提高气阀寿命，改进辅助部件。在温度293K，相对湿度45％的实验室条件下，使用编号为MMW-1的模型进行摩擦和磨损试验，示意图见图1。图1.MMW-1型试验机的示意图：⑴电机；⑵主动系统；⑶重物；⑷摩擦力矩传感器；⑸信号采集装置；⑹主轴线；⑺螺杆；⑻专用夹具；⑼销试样；⑽盘试样；⑾盘试样支承；⑿定位销；⒀油盒；⒁加速度传感器；⒂前端数据采集系统Fig.1.SchematicillustrationofMMW-1-typetester:(1)electromotor(2)activesystem;(3)weight;(4)frictionmomentsensor;(5)dataacquisitionsystem;(6)principalaxis;(7)screw;(8)specialjig;(9)pinsample;(10)discsample;(11)supportofdiscsample;(12)thelocatingpin;(13)oilbox;(14)accelerationsensorand(15)front-enddataacquisitionsystem.第2章试验3图2.磨合系统动态特性图Fig.2.Running-indynamicsystemcharacteristicsdiagram.如图1所示，主轴线（6）与销盘测试仪的电动机连接。上部是一个专用的夹具（8）。在夹具和样品盘（10）中间，有一个销样（9），用于固定夹具，以致于可以随着主轴旋转。因此，当测试仪的电动机运行时，销样品同步旋转。在测试过程中，在销样品在圆盘上滑动。另一个特殊的夹具，