直流磁場(chǎng)下銷(xiāo)盤(pán)摩擦副接觸面的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁吸力分析

韓紅彪　高云凱　吳育兵　張永振　杜三明

1.西北工業(yè)大學(xué),西安,710072　　2.河南科技大學(xué),洛陽(yáng),471003

直流磁場(chǎng)下銷(xiāo)盤(pán)摩擦副接觸面的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁吸力分析

韓紅彪1,2高云凱2吳育兵2張永振1,2杜三明2

1.西北工業(yè)大學(xué),西安,7100722.河南科技大學(xué),洛陽(yáng),471003

為了研究磁場(chǎng)對(duì)材料摩擦磨損性能的影響，通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)了銷(xiāo)盤(pán)接觸時(shí)的磁吸力，利用電磁場(chǎng)有限元軟件分析計(jì)算了銷(xiāo)盤(pán)摩擦副在接觸區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和分布及磁吸力的大小。試驗(yàn)和仿真結(jié)果表明:磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁吸力都隨線圈電流的增大和氣隙的縮小而增大，并且與材料的磁化特性有關(guān)；銷(xiāo)盤(pán)上的磁場(chǎng)分布不均勻，當(dāng)盤(pán)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)時(shí)，盤(pán)上各點(diǎn)將產(chǎn)生動(dòng)態(tài)磁化現(xiàn)象；由于銷(xiāo)和盤(pán)之間的微凸峰接觸存在漏磁,故在磁場(chǎng)仿真時(shí)可用一個(gè)極小的間隙來(lái)表示其實(shí)際磁接觸狀態(tài)；在銷(xiāo)和盤(pán)接觸時(shí),可用試驗(yàn)得到的最大磁吸力值根據(jù)麥克斯韋公式計(jì)算出接觸面的平均磁感應(yīng)強(qiáng)度。

直流磁場(chǎng);銷(xiāo)盤(pán)摩擦副;仿真;磁感應(yīng)強(qiáng)度;磁吸力

0　引言

由于機(jī)電一體化和機(jī)械裝備的多樣化、復(fù)雜化,電磁特性對(duì)機(jī)械設(shè)備摩擦副中的零部件(如勵(lì)磁電機(jī)中的碳刷、電磁制動(dòng)離合器[1-2]等)性能的影響越來(lái)越大,相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦副在磁場(chǎng)作用下進(jìn)行干滑動(dòng)摩擦?xí)r會(huì)產(chǎn)生諸如動(dòng)態(tài)磁化、磁致伸縮、物體間磁吸力以及表面氧化等現(xiàn)象，從而影響零部件的表面硬度、耐磨性以及使用壽命。

20世紀(jì)40年代以來(lái)，人們已經(jīng)開(kāi)始研究磁場(chǎng)對(duì)摩擦副摩擦磨損性能的影響。印度[3]、日本[4]、法國(guó)[5-6]等國(guó)家的學(xué)者的研究表明:磁場(chǎng)能夠改變鐵磁性材料的摩擦學(xué)性能,在一定程度上能減小鐵磁性材料的磨損。國(guó)內(nèi)一些學(xué)者[7-9]也開(kāi)展了磁場(chǎng)對(duì)材料摩擦磨損特性的研究，并獲得了相似的結(jié)論。

大多數(shù)學(xué)者在研究時(shí)主要考慮了施加的外部磁場(chǎng)強(qiáng)度H的大小,而對(duì)摩擦副接觸面上實(shí)際的磁感應(yīng)強(qiáng)度B及其分布、磁吸力Fd、相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象等研究較少。而摩擦主要是兩個(gè)物體表面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相互作用,接觸面的磁感應(yīng)強(qiáng)度及其分布影響了接觸面的表面特性、表面膜的流變性；磁感應(yīng)強(qiáng)度決定了磁吸力的大小,而磁吸力則影響了摩擦副之間載荷的大小；磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化和摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,影響了摩擦接觸表面的溫度和氧化反應(yīng)等，從而影響材料的摩擦磨損性能。所以,研究磁場(chǎng)對(duì)材料摩擦磨損性能的影響時(shí)應(yīng)研究摩擦副接觸面的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和分布。本文主要研究HY-100型磁場(chǎng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上的銷(xiāo)盤(pán)摩擦副接觸區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁吸力的大小及其關(guān)系，便于進(jìn)一步分析它們對(duì)材料摩擦磨損性能的影響。

1　銷(xiāo)盤(pán)摩擦副接觸和磁場(chǎng)施加原理

1.主軸　2.銅盤(pán)　3.盤(pán)試樣　4.銷(xiāo)試樣　5.鐵芯　6.線圈　7.不銹鋼底板　8.力傳感器　9.彈性機(jī)構(gòu)　10.滑臺(tái)　11.電機(jī)　12.絲杠圖1　磁場(chǎng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)原理圖

圖1為磁場(chǎng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的原理圖。控制系統(tǒng)控制電機(jī)11和絲杠12旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)滑臺(tái)10沿X方向水平移動(dòng),通過(guò)滑臺(tái)10上安裝的彈性機(jī)構(gòu)9將銷(xiāo)試樣壓到盤(pán)試樣3上，并利用拉壓力傳感器8實(shí)現(xiàn)加載壓力的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)閉環(huán)控制。盤(pán)試樣3在主軸1的帶動(dòng)下做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),從而進(jìn)行銷(xiāo)-盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn)。在線圈6上可施加直流電或交流電,從而產(chǎn)生直流穩(wěn)恒磁場(chǎng)或交變磁場(chǎng)。銷(xiāo)試樣4安裝在鐵芯5上，從而在銷(xiāo)試樣4和盤(pán)試樣3的接觸面上產(chǎn)生垂直磁場(chǎng)。為了減小磁場(chǎng)對(duì)傳感器及其他設(shè)備的影響，將盤(pán)試樣安裝在抗磁性材料紫銅制成的銅盤(pán)2上，將線圈和鐵芯安裝在不銹鋼底板7上。

由于本試驗(yàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不對(duì)稱(chēng),線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)沒(méi)有形成閉合的磁路,纏繞線圈的鐵芯的磁導(dǎo)率為非線性,而電磁鐵的電磁吸力計(jì)算是基于閉合磁路進(jìn)行的,所以針對(duì)閉合磁路的解析計(jì)算方法無(wú)法計(jì)算出銷(xiāo)和盤(pán)之間的磁感應(yīng)強(qiáng)度值和磁吸力值。銷(xiāo)和盤(pán)接觸時(shí)的磁吸力可通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)，但它們之間的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小及分布卻無(wú)法測(cè)量,只能用Maxwell場(chǎng)論的方法進(jìn)行分析。因此本文從試驗(yàn)檢測(cè)和三維有限元分析兩方面出發(fā)，研究銷(xiāo)和盤(pán)之間的磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁吸力的大小及關(guān)系。

2　磁場(chǎng)下銷(xiāo)盤(pán)摩擦副的磁吸力測(cè)量

2.1檢測(cè)方法

如圖1所示,在磁吸力檢測(cè)時(shí),先使銷(xiāo)試樣4接觸到盤(pán)試樣3上,隨后在線圈上通直流電，待磁場(chǎng)穩(wěn)定后控制電機(jī)11反轉(zhuǎn)，由絲杠12帶動(dòng)滑臺(tái)10使銷(xiāo)試樣4緩慢后退。在銷(xiāo)試樣4退回的過(guò)程中，力傳感器8可檢測(cè)到銷(xiāo)試樣4和盤(pán)試樣3之間的磁吸引力值，其中最大的吸力值就是銷(xiāo)和盤(pán)之間接觸時(shí)的磁吸力值。

試驗(yàn)中所用的銷(xiāo)試樣材料為45鋼和紫銅,直徑10 mm,伸出長(zhǎng)度10.65 mm;盤(pán)試樣是45鋼,內(nèi)環(huán)直徑100 mm,外環(huán)直徑200 mm,厚度11.5 mm;線圈匝數(shù)為800,線圈上通直流電,電流從0.118 A依次增大到5 A。試驗(yàn)時(shí)要先對(duì)銷(xiāo)試樣和盤(pán)試樣進(jìn)行消磁處理,并對(duì)銷(xiāo)和盤(pán)的接觸平面依次用400號(hào)、1000號(hào)砂紙進(jìn)行打磨。

2.2檢測(cè)結(jié)果

圖2　銷(xiāo)盤(pán)的最大接觸磁吸力隨電流變化的曲線

在不同電流下分別檢測(cè)到45鋼銷(xiāo)/45鋼盤(pán)和紫銅銷(xiāo)/45鋼盤(pán)的最大接觸磁吸力,如圖2所示。當(dāng)電流小于1.3 A時(shí),45鋼銷(xiāo)與45鋼盤(pán)間的磁吸力Fd隨電流的增大而變化顯著,電流大于2.5 A后,磁吸力隨電流的變化緩慢,電流為5 A時(shí)銷(xiāo)盤(pán)的最大接觸磁吸力值是128 N。該曲線與45鋼的B-H曲線的變化趨勢(shì)類(lèi)似，這說(shuō)明隨電流的不斷增大,45鋼的磁導(dǎo)率開(kāi)始時(shí)增大,達(dá)到最大值后就減小,磁場(chǎng)由不飽和逐漸達(dá)到了飽和，銷(xiāo)盤(pán)間的磁吸力也隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化而相應(yīng)變化。而紫銅銷(xiāo)與45鋼盤(pán)之間的磁吸力隨電流的增大變化很小，在5 A時(shí)只有5 N，這是因?yàn)樽香~的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)小于45鋼的磁導(dǎo)率。這說(shuō)明銷(xiāo)與盤(pán)之間的磁吸力與材料的磁化特性有很大關(guān)系。

3　銷(xiāo)盤(pán)摩擦副的磁場(chǎng)有限元分析

有限元分析軟件ANSYS中的ANSOFT Maxwell軟件可進(jìn)行二維或三維的電磁場(chǎng)分析,考慮到設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不對(duì)稱(chēng)，本文建立了試驗(yàn)設(shè)備的三維有限元靜磁場(chǎng)模型，分析了銷(xiāo)盤(pán)接觸區(qū)域的電磁場(chǎng)分布，研究不同電流下改變銷(xiāo)盤(pán)的間隙對(duì)銷(xiāo)盤(pán)之間的磁吸引力和磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響。

3.1建立有限元模型

在ANSOFT前處理模塊中,建立銷(xiāo)盤(pán)等試驗(yàn)設(shè)備的三維實(shí)體有限元模型。考慮到彈性機(jī)構(gòu)、軸承支座及試驗(yàn)機(jī)床本身的復(fù)雜性，建模時(shí)將其簡(jiǎn)化為鋼板裝置。考慮到空氣中的漏磁，將整個(gè)模型用空氣單元封閉起來(lái)，使模型表面與空氣接觸的區(qū)域自動(dòng)定義成邊界條件[10]。在初始設(shè)計(jì)時(shí)整個(gè)模型按單元邊長(zhǎng)手動(dòng)劃分網(wǎng)格，仿真計(jì)算時(shí)，軟件內(nèi)部的自適應(yīng)調(diào)節(jié)網(wǎng)格程序自動(dòng)優(yōu)化網(wǎng)格劃分。線圈和銅盤(pán)的材料為紫銅,相對(duì)磁導(dǎo)率為0.999 999; 床身簡(jiǎn)化后的鋼板裝置的材料為Q235,銷(xiāo)試樣、盤(pán)試樣及鐵芯等的材料為退火45鋼,其磁導(dǎo)率為非線性,將其B-H曲線導(dǎo)入到材料屬性中。

3.2有限元磁場(chǎng)分析

(a) 45鋼銷(xiāo)與45鋼盤(pán)

(b)紫銅銷(xiāo)與45鋼盤(pán)圖3　仿真計(jì)算出的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量圖

在電流5 A和間隙1 μm時(shí),分別仿真計(jì)算出45鋼銷(xiāo)/45鋼盤(pán)和紫銅銷(xiāo)/45鋼盤(pán)情況下模型內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量分布,如圖3所示。在圖3a中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布不均勻,主要集中在45鋼銷(xiāo)中和銷(xiāo)盤(pán)接觸區(qū)域(達(dá)到2.1 T)。線圈產(chǎn)生的磁力線通過(guò)鐵芯的一極進(jìn)入銷(xiāo)中,又以垂直于銷(xiāo)盤(pán)接觸面的方向透過(guò)氣隙進(jìn)入盤(pán)中,一部分從盤(pán)中出來(lái)后通過(guò)空氣返回到鐵芯的另一極，一部分通過(guò)主軸、床身和加載機(jī)構(gòu)返回到鐵芯的另一極。在圖3b中,由于紫銅是抗磁性材料,磁導(dǎo)率比空氣的磁導(dǎo)率還小,所以磁場(chǎng)主要集中在鐵芯內(nèi),銷(xiāo)盤(pán)接觸區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度較小(只有0.2 T)。這說(shuō)明磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布和大小與銷(xiāo)材料的磁特性有關(guān)。

在電流1 A和間隙為0時(shí),45鋼銷(xiāo)/45鋼盤(pán)情況下盤(pán)試樣表面上45鋼銷(xiāo)的回轉(zhuǎn)中心線上磁感應(yīng)強(qiáng)度的試驗(yàn)值和仿真值如圖4所示。磁感應(yīng)強(qiáng)度值是用HT201高斯計(jì)測(cè)量得到的, 仿真值

(a)盤(pán)試樣上銷(xiāo)的回轉(zhuǎn)中心線

(b)磁感應(yīng)強(qiáng)度的試驗(yàn)值和仿真值圖4　盤(pán)試樣回轉(zhuǎn)中心線上磁感應(yīng)強(qiáng)度的試驗(yàn)值和仿真值

是用試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行有限元分析的計(jì)算結(jié)果。由圖4a可見(jiàn),在盤(pán)試樣上銷(xiāo)的回轉(zhuǎn)中心線上，以銷(xiāo)試樣中心為零點(diǎn)在不同回轉(zhuǎn)角度上進(jìn)行測(cè)量。由圖4b可知,回轉(zhuǎn)中心線上磁感應(yīng)強(qiáng)度的試驗(yàn)值和仿真值的變化趨勢(shì)相同,在銷(xiāo)盤(pán)接觸區(qū)的±30°內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度值為正,且在銷(xiāo)盤(pán)接觸區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度值最大;而在盤(pán)表面其他位置磁感應(yīng)強(qiáng)度值變化微小且為負(fù)。這說(shuō)明當(dāng)盤(pán)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，盤(pán)上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向都將發(fā)生周期性的變化，從而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)磁化現(xiàn)象。

圖5所示是45鋼銷(xiāo)與45鋼盤(pán)在不同間隙和電流時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值的仿真計(jì)算結(jié)果。磁感應(yīng)強(qiáng)度值隨著電流的增大而增大,隨著間隙δ的增大而減小,說(shuō)明間隙增大后漏磁增多。比較圖5中的4條曲線發(fā)現(xiàn),它們與鐵磁性材料45鋼的B-H曲線比較相似,呈非線性變化；在電流2.5～5 A時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值變化較小。這說(shuō)明此時(shí)鐵芯和銷(xiāo)的磁化基本達(dá)到飽和狀態(tài)，使磁場(chǎng)也幾乎接近飽和；這說(shuō)明影響磁場(chǎng)大小和分布的主要因素是線圈電流、銷(xiāo)盤(pán)間的氣隙和材料的磁性等，磁場(chǎng)強(qiáng)度H沒(méi)有考慮磁場(chǎng)中的材料，而磁感應(yīng)強(qiáng)度B考慮了磁場(chǎng)中材料的磁性,所以研究磁場(chǎng)強(qiáng)弱對(duì)摩擦磨損的影響時(shí)采用磁感應(yīng)強(qiáng)度B比采用磁場(chǎng)強(qiáng)度H更加合適。

圖5　不同間隙時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度值隨電流變化的曲線

4　磁吸力仿真計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

為了驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果和有限元模型的正確性，本文對(duì)45鋼銷(xiāo)/45鋼盤(pán)在不同電流和小間隙時(shí)的磁吸力試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果和仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，如圖6所示，圖中實(shí)線是試驗(yàn)檢測(cè)值，虛線是仿真值。在試驗(yàn)時(shí)用塞規(guī)尺來(lái)確保銷(xiāo)盤(pán)間的間隙δ(最小0.06 mm),δ=0時(shí)的磁吸力為銷(xiāo)盤(pán)接觸時(shí)測(cè)到的最大磁吸力值。

圖6　不同電流時(shí)磁吸力的試驗(yàn)值和仿真結(jié)果隨間隙的變化

由圖6可知，銷(xiāo)和盤(pán)的磁吸力隨著間隙的增大迅速減小，隨著電流的增大而增大。不同電流時(shí)磁吸力的試驗(yàn)值和仿真結(jié)果隨間隙變化的趨勢(shì)相同，且在小間隙時(shí)試驗(yàn)值與仿真結(jié)果非常接近，但整體的仿真結(jié)果略小于試驗(yàn)結(jié)果，這是由于試驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)磁回路較多，而在有限元建模時(shí)對(duì)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，忽略了某些導(dǎo)磁回路，所以造成在間隙較大時(shí)磁場(chǎng)仿真模型中會(huì)有部分漏磁，致使磁吸力的仿真結(jié)果小于試驗(yàn)值。而在間隙較小時(shí)，銷(xiāo)和盤(pán)之間磁阻很小，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)幾乎都通過(guò)了銷(xiāo)和盤(pán)的接觸面，磁吸力的試驗(yàn)值和仿真結(jié)果誤差很小，這說(shuō)明所建立的三維靜磁場(chǎng)模型接近實(shí)際，在小間隙情況下磁吸力和磁感應(yīng)強(qiáng)度的仿真計(jì)算結(jié)果基本正確。

由圖6可知,δ=0時(shí)磁吸力的仿真值比試驗(yàn)的最大磁吸力值偏大，說(shuō)明銷(xiāo)盤(pán)在實(shí)際的磁接觸時(shí)是有漏磁的。如表1所示,45鋼銷(xiāo)/45鋼盤(pán)在δ=0.003 mm、不同電流時(shí)的磁吸力仿真值接近于銷(xiāo)盤(pán)接觸時(shí)的最大磁吸力試驗(yàn)值,這說(shuō)明銷(xiāo)盤(pán)試樣的接觸表面是不光滑的，實(shí)際接觸狀態(tài)為微凸峰接觸，實(shí)際接觸面積小于名義接觸面積，部分接觸表面之間存在縫隙和漏磁。所以仿真時(shí)要用一個(gè)小間隙來(lái)代替銷(xiāo)盤(pán)的實(shí)際接觸狀態(tài)，本文在仿真時(shí)取接觸間隙0.003 mm來(lái)表示銷(xiāo)和盤(pán)的磁接觸狀態(tài)進(jìn)行仿真計(jì)算。這個(gè)接觸間隙的大小應(yīng)該與銷(xiāo)和盤(pán)的表面粗糙度有關(guān)。

表1　不同電流時(shí)銷(xiāo)盤(pán)的最大磁吸力試驗(yàn)值與δ=0.003 mm的仿真結(jié)果對(duì)比

在間隙較小時(shí)磁吸力的計(jì)算公式為麥克斯韋公式：

(1)

式中,Fd為兩個(gè)磁性物體間的磁吸力,N;B為兩個(gè)物體間平行平面間的磁感應(yīng)強(qiáng)度,T;S為兩個(gè)物體間平行平面的面積,m;μ0為真空磁導(dǎo)率,μ0=4π×10-7H/m。

在間隙為0～0.1 mm時(shí),仿真獲得的磁感應(yīng)強(qiáng)度值和磁吸力值基本滿足式(1),說(shuō)明小間隙時(shí)該公式正確，所以可用試驗(yàn)的最大磁吸力值計(jì)算得到銷(xiāo)盤(pán)接觸時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值,便于研究不同磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)材料摩擦磨損性能的影響。例如表1中，在δ=0.003 mm時(shí)不同電流情況下仿真獲得的銷(xiāo)盤(pán)間的磁感應(yīng)強(qiáng)度值與磁吸力Fd值基本滿足式(1),將最大磁吸力試驗(yàn)值代入式(1)得出的磁感應(yīng)強(qiáng)度值與仿真的磁感應(yīng)強(qiáng)度值也基本相同。

5　結(jié)論

(1)研究磁場(chǎng)強(qiáng)弱對(duì)材料摩擦磨損的影響時(shí),用摩擦副之間的磁感應(yīng)強(qiáng)度B作為參數(shù)更加合理。

(2)盤(pán)上的磁感應(yīng)強(qiáng)度B分布不均勻,當(dāng)盤(pán)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)時(shí),盤(pán)上各點(diǎn)的磁場(chǎng)發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)磁化現(xiàn)象。

(3)銷(xiāo)試樣和盤(pán)試樣之間的微凸峰接觸存在漏磁，所以在磁場(chǎng)仿真時(shí)，銷(xiāo)和盤(pán)的磁接觸狀態(tài)可用一個(gè)極小的間隙來(lái)表示。

(4)在銷(xiāo)試樣和盤(pán)試樣接觸時(shí)，可用試驗(yàn)得到的最大磁吸力值根據(jù)麥克斯韋公式計(jì)算出接觸區(qū)的平均磁感應(yīng)強(qiáng)度。

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(編輯蘇衛(wèi)國(guó))

Magnetic Flux Density and Magnetic Attraction Force on Contact Surface of Pin-disk Friction Pair under DC Magnetic Field

Han Hongbiao1,2Gao Yunkai2Wu Yubing2Zhang Yongzhen1,2Du Sanming2

1.Northwestern Polytechnical University,Xi’an,710072 2.Henan University of Science and Technology,Luoyang,Henan,471003

In order to study the effects of magnetic field on the friction and wear properties,the magnetic attraction force between pin and disk in contact was tested,and a finite element analysis software of electromagnetic field was used to calculate the magnetic flux density and magnetic attraction force in the contact area of pin-disk friction pair.The experimental and simulation results show that the magnetic flux density and magnetic attraction force increase along with the enlargement of coil current and the reduction of gap,and they are also associated with the magnetization characteristics of materials.The distribution of magnetic field on the pin and disk is uneven,and dynamic magnetization phenomenon will appear on the disk when the disk is rotating during the friction and wear experiments.Due to the magnetic flux leakage in asperities contact surface of pin and disk,the actual magnetic contact state can be substituted for a minimum gap in the simulation of magnetic field.When the pin contacts with the disk, the average magnetic flux density of the contact area can be calculated by the maximum magnetic attraction force between pin and disk according to the Maxwell formula in experiments.

DC magnetic field;pin-disk friction pair;simulation;magnetic flux density;magnetic attraction force

2013-12-16

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51375146)；河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(122300413209)

TH117.1< class="emphasis_italic">DOI

：10.3969/j.issn.1004-132X.2015.04.014

韓紅彪,男,1971年生。西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院博士研究生,河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授。主要研究方向?yàn)榇艌?chǎng)摩擦學(xué)、自動(dòng)檢測(cè)和數(shù)控技術(shù)。發(fā)表論文20余篇。高云凱,男,1991年生。河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院碩士研究生。吳育兵,男,1989年生。河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院碩士研究生。張永振,男,1963年生。河南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授,西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院博士研究生導(dǎo)師,中原學(xué)者。杜三明,男,1970年生。河南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授。