本书是有关微动磨损基本现象、理论和最新研究进展的专著。在详细分析工业领域中常见微动损伤现象和失效形式的基础上，本书归纳了九类典型微动损伤失效形式。首先，介绍了运行工况微动图和材料响应微动图的二类微动图建立方法和过程，阐述了切向微动磨损条件下微动磨损的运行行为和损伤机理。随后，介绍了其他微动磨损形式（包括径向微动磨损、扭动微动磨损、转动微动磨损、双向复合微动磨损、扭转复合微动磨损）的运行行为和损伤机理，以及微动白层的最新研究进展。最后，根据总结的微动磨损理论，本书提出了微动磨损的防护准则，并结合工程应用实际范例，对抗微动磨损防护的表面工程设计方法进行了概述。
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第1章 绪论 1
1.1 微动摩擦学概述 1
1.1.1 微动摩擦学的相关概念 1
1.1.2 微动摩擦学的分类 3
1.1.3 微动的运动状态及其力学分析 4
1.2 微动磨损理论的发展 16
1.2.1 微动磨损的发展过程 16
1.2.2 微动磨损的早期理论 18
1.2.3 微动运动调节机理和三体理论 21
1.2.4 微动图理论 23
1.3 微动磨损的试验模拟 25
1.3.1 微动磨损试验装置的发展现状 25
1.3.2 微动驱动方式的对比 28
1.3.3 微动磨损试验系统的发展趋势 29
1.4 微动摩擦学理论体系 29
参考文献 30
第2章 工业领域的典型微动损伤现象 36
2.1 各种可拆分式联接 37
2.1.1 螺纹联接 37
2.1.2 铆接 41
2.1.3 销联接 42
2.1.4 卡扣联接 43
2.2 过盈配合 44
2.2.1 轮轴配合 44
2.2.2 其他过盈配合 47
2.3 各种紧配合 48
2.3.1 榫槽配合 48
2.3.2 键配合与花键配合 50
2.3.3 紧固与夹持配合 52
2.4 间隙配合 53
2.4.1 蒸汽发生器传热管 53
2.4.2 控制棒驱动机构 55
2.4.3 接触网定位钩/钩环结构 56
2.5 回转配合 57
2.5.1 销轴 57
2.5.2 心盘 58
2.5.3 球窝接头 58
2.5.4 球阀 60
2.5.5 人工关节 61
2.6 弹性支撑机构 62
2.6.1 燃料组件的弹性支撑 62
2.6.2 扣件系统 63
2.7 柔性机构 64
2.7.1 钢缆 64
2.7.2 电缆 66
2.7.3 接触网柔性机构 68
2.7.4 海底复合管缆 70
2.8 电接触部件 71
2.9 运输过程中防护不当的零部件 74
参考文献 75
第3章 切向微动磨损及微动图理论 80
3.1 切向微动磨损试验方法 80
3.1.1 接触模式 80
3.1.2 切向微动磨损试验装置 81
3.2 运行工况微动图 83
3.2.1 摩擦力-位移幅值曲线 83
3.2.2 微动区域的定义 86
3.2.3 微动区域的影响因素 91
3.2.4 运行工况微动图分析 99
3.3 材料响应微动图 100
3.3.1 表面磨损 100
3.3.2 微动裂纹 102
3.3.3 材料响应微动图分析 104
3.4 微动磨损与微动疲劳 106
3.4.1 微动疲劳条件下的微动图 106
3.4.2 微动磨损与微动疲劳的关系 107
参考文献 109
第4章 径向微动磨损 110
4.1 力学分析 111
4.1.1 径向微动磨损的弹性力学分析 111
4.1.2 Hertz弹性接触理论的局限性 113
4.2 径向微动磨损的实现 114
4.2.1 径向微动磨损模式分析 114
4.2.2 径向微动磨损试验装置 114
4.2.3 两种径向微动磨损试验的模拟 115
4.2.4 微滑产生的条件 117
4.3 径向微动磨损的运行机理 120
4.3.1 载荷-位移幅值曲线 121
4.3.2 位移随循环周次的变化 128
4.3.3 加载速度的影响 129
4.3.4 表面粗糙度的影响 130
4.4 径向微动磨损的损伤机理 131
4.4.1 Fe-C合金 131
4.4.2 2091Al-Li合金 133
参考文献 135
第5章 扭动微动磨损 136
5.1 扭动微动磨损的实现 137
5.1.1 扭动微动模式分析 137
5.1.2 扭动微动磨损的试验装置 139
5.1.3 扭动微动的实现及相关参数 141
5.2 扭动微动磨损的运行行为 143
5.2.1 摩擦扭矩-角位移幅值曲线 143
5.2.2 摩擦扭矩时变曲线 144
5.2.3 摩擦耗散能的变化 149
5.2.4 接触刚度的变化 151
5.2.5 扭动微动磨损的区域特性 152
5.2.6 扭动微动磨损的运行工况微动图 155
5.3 扭动微动磨损的损伤机理 156
5.3.1 磨痕形貌及损伤的影响因素 156
5.3.2 材料响应微动图的建立 162
5.3.3 扭动微动磨损的损伤机制和物理模型 163
5.4 不同材料的扭动微动磨损 165
5.4.1 铝合金 165
5.4.2 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 171
5.4.3 超高分子量聚乙烯(UHMWPE) 180
参考文献 183
第6章 转动微动磨损 186
6.1 转动微动磨损的实现及试验装置 186
6.2 转动微动磨损的运行行为 186
6.2.1 摩擦力-角位移幅值曲线 186
6.2.2 运行工况微动图的建立 190
6.2.3 摩擦系数时变曲线 191
6.2.4 摩擦耗散能的变化 193
6.3 转动微动磨损的损伤机理 195
6.3.1 试验参数对转动微动磨损的影响 195
6.3.2 接触方式对转动微动磨损的影响 201
6.3.3 材料性质对转动微动磨损的影响 212
参考文献 220
第7章 双向复合微动磨损 221
7.1 双向复合微动磨损的实现 221
7.1.1 双向复合微动磨损的试验装置 222
7.1.2 双向复合微动试验 225
7.2 双向 复合微动磨损的运行机理 228
7.2.1 准梯形型F-D曲线 228
7.2.2 椭圆型F-D曲线 234
7.2.3 直线型F-D曲线 237
7.3 双向复合微动磨损的损伤过程 238
7.3.1 阶段Ⅰ的损伤 238
7.3.2 阶段Ⅱ的损伤 240
7.3.3 阶段Ⅲ的损伤 243
7.3.4 小结 247
7.4 双向复合微动磨损的损伤机理 248
7.4.1 微动模式转变 248
7.4.2 位移协调机制和物理模型 250
7.4.3 从切向微动到复合微动，再到径向微动 253
参考文献 254
第8章 扭转复合微动磨损 255
8.1 扭转复合微动磨损的实现 255
8.1.1 扭转复合微动的试验装置 255
8.1.2 试验过程中动态力学特性获取及其复合过程分析 257
8.2 扭转复合微动磨损的运行行为 259
8.2.1 切向力-角位移幅值曲线 259
8.2.2 材料运行微动图的建立 262
8.2.3 等效摩擦系数时变曲线 265
8.2.4 摩擦耗散能的变化 266
8.3 扭转复合微动磨损的损伤机理 269
8.3.1 两种复合微动磨损的典型形貌对比 269
8.3.2 磨痕形貌及损伤的影响因素 270
8.3.3 微动磨损模式的转变 275
8.4 扭转复合微动条件下的局部疲劳与磨损行为 280
8.4.1 微动运行区域的影响 280
8.4.2 微动分量控制程度对疲劳裂纹行为的影响 286
8.5 两类不同的局部隆起 289
8.5.1 两类隆起的形貌特征 289
8.5.2 两类隆起的影响因素 290
8.5.3 两类隆起的硬度和化学成分分布特性 290
8.5.4 两类隆起的形成机理 292
参考文献 293
第9章 微动白层 295
9.1 摩擦学白层研究中的争论 295
9.1.1 摩擦学白层的特征 296
9.1.2 白层的形成条件 298
9.1.3 白层的形成机制 299
9.1.4 白层对磨损过程的影响 301
9.2 摩擦学白层的最新研究进展 302
9.2.1 磨屑层与白层的区别 303
9.2.2 摩擦学白层的纳米结构 303
9.2.3 摩擦学白层的化学成分 304
9.2.4 摩擦学白层的力学性能 305
9.2.5 轮轨摩擦学白层 308
9.3 微动白层的形成 313
9.3.1 切向微动磨损的白层 314
9.3.2 扭动微动磨损的白层 316
9.3.3 径向微动磨损的白层 318
9.3.4 双向复合微动磨损的白层 319
9.3.5 扭转复合微动磨损的白层 320
9.3.6 微动白层的形成条件 323
9.4 微动白层的演变和对材料损伤过程的影响 324
参考文献 327
第10章 微动磨损理论及其应用 333
10.1 微动磨损理论综述 333
10.2 微动磨损的防护准则 344
10.2.1 消除滑移区和混合区 345
10.2.2 增加接触表面强度 346
10.2.3 降低摩擦系数 346
10.2.4 材料的选用和匹配 347
10.3 抗微动磨损的表面工程设计方法及范例 348
10.3.1 表面工程设计方法 348
10.3.2 实际问题的分析方法 351
10.3.3 连杆与连杆盖齿形配合面损伤机理分析(案例失效分析) 352
10.3.4 连杆齿形配合面表面工程设计 358
参考文献 365
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