[发明专利]对金属/陶瓷摩擦副的摩擦系数进行主动控制的方法

说明书

本发明属于机电技术领域，特别涉及对由金属材料和陶瓷材料构成的摩擦副的摩擦性能进行在线和主动控制的技术。

摩擦是一种普遍存在于各种机械设备以及各种运动物体间的自然现象。由于摩擦使机械能转化为热能，引起大量能源的浪费，所以人们一直在不断寻求有效的方法来降低摩擦。另一方面，摩擦也会给人类带来不少益处，如汽车在路面上行走、火车的运行都是利用了车轮与路面或轨道间的摩擦，利用摩擦效应进行驱动或制动在机械设备中应用也十分广泛，在这些场合，为提高可靠性和效率，往往希望摩擦系数要足够大。另外，现代机械装置和设备对运转的平稳性要求愈来愈高，而摩擦状态的不稳定是造成机械装置运转不稳的一个主要因素，为此，需要采取一些技术措施来人为地干预或控制摩擦状态的变化。总之，工程实际中需要各种有效的减摩、增摩和控制摩擦变化的技术。

传统的控制摩擦技术主要是通过摩擦副材料的合理配伍和润滑实现的。随着人们对摩擦现象认识的不断深入，也出现了一些用表面涂层和改变表面形貌的方法改善摩擦特性的技术。这些方法的不足之处是只能通过摩擦副的设计、制造阶段的努力去试图达到摩擦副实际运行时的预期目标，但不能在摩擦副实际工作状态下实时和在线地改变摩擦系数的大小。为了更直接和方便地控制摩擦的大小及其变化，近年来国内外一些研究人员在探索利用电、磁场影响摩擦副的摩擦行为，如日本的山本好夫、国内的齐毓霖等人研究过外加电场对金属摩擦副干摩擦特性的影响；日本的木村好次等人研究了电场对液晶润滑剂边界润滑特性的影响；日本的村上辉夫等人研究了交流电场对生物润滑材料的减摩效应：美国的Tung等人报道了电场对极压添加剂成膜能力的影响。但上述研究工作所报道的摩擦系数的可控制范围均偏小，只有30％左右，而且并未实现真正意义上的摩擦主动控制，即通过外加电场的在线反馈调节使摩擦副的实际摩擦行为按照人们预先指定的模式来变化。

本发明的目的在于，为克服已有技术的不足之处，提出一种实现摩擦主动控制的方法，即利用在摩擦副材料之间施加直流电场的方法改变摩擦的大小。可广泛应用于摩擦驱动、摩擦制动装置中，提高这些装置的可靠性和可控制性。

本发明提出一种对金属/陶瓷摩擦副的摩擦系数进行主动控制的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将金属/陶瓷摩擦副置于润滑剂中，所说的润滑剂采用去离子水和硬

  脂酸锌配制成饱和的微乳液；

2)以摩擦副的金属一侧作为阴极，在摩擦副附近的任意处设置一金属

  辅助电极，作为阳极，保证辅助电极与阴极之间能够通过润滑剂联

  通并不发生直接接触；

3)当摩擦副处于边界润滑或混合润滑状态时，通过改变施加在阳极和

  阴极之间的直流电压来改变摩擦系数的大小；

4)用力传感器在线检测摩擦力的大小或用力矩传感器在线检测摩擦力

  矩的大小，根据实测值与预定目标值之间的差异大小不断反馈调节

  外加电压的大小，就可实现摩擦系数的主动控制。

本方法适用于由金属和陶瓷材料(或表面有陶瓷涂层的其它材料)构成的滑动摩擦副。用去离子水和硬脂酸锌配制成饱和的微乳液作为润滑材料11，以摩擦副的金属12一侧作为阴极(即接地极)，在摩擦副的另一侧13附近设置一金属辅助电极14，作为阳极，辅助电极可以安置于摩擦副附近的任意位置，可以集中放置也可以分布布置，只要保证它与阴极之间能够通过润滑液联通而不发生直接接触就可以，如图1所示。当摩擦副处于边界润滑或混合润滑状态时，通过改变施加在阳极和阴极之间的直流电压，就可以有效地改变摩擦系数的大小。以金属摩擦副作为阴极可以避免由于外加电压引起摩擦副的过度腐蚀。电压的大小可在1--50伏之间，特别是在10--20伏之间最为有效。外加电压所需的功率很小，一般在3--50毫瓦之内。

在进行摩擦的主动控制时，用力(或力矩)传感器在线检测摩擦力(或摩擦力矩)的大小，根据实测值与预定目标值之间的差异大小不断反馈调节外加电压的大小，就可实现摩擦的主动控制。

利用上述方法可以使某些金属材料和陶瓷材料构成的摩擦副的摩擦系数显著增大(达两倍以上)，对某些金属材料与陶瓷材料构成的摩擦副则可明显降低摩擦系数(近一半)。而且摩擦系数的变化是可逆的，即当施加电压时可使摩擦增大或减小，当去掉电压(电压降为零)后，摩擦系数又可恢复为电压变化前的大小。

附图简要说明：

图1为本发明方法示意图。

图2为发明实施例装置示意图。

图3为实施例1的摩擦系数-时间关系示意图。

图4为实施例2的摩擦系数-时间关系示意图。