Analysis of longitudinal tangential contact vibration effect on friction force using Coulomb and Dahl models

• Autorzy: Leus M. , Gutowski P.

Warianty tytułu

PL

Analiza wpływu drgań kontaktowych stycznych wzdłużnych na siłę tarcia przy wykorzystaniu modelu Coulomba i modelu Dahla

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents results of analysis of changes of the friction force in sliding motion affecting a solid body subjected to excited longitudinal tangential contact vibration. The study was conducted using two friction models: firstly, the classical Coulomb model related to rigid body motion on a non-deformable base and secondly, the Dahl model which takes into account tangential contact deformability including the phenomenon of ”pre-sliding displacement”. It was demonstrated that in the case of vibration motion with a low amplitude (i.e. motion in a micro scale, which is exemplified by longitudinal contact vibration), the Coulomb friction model is not adequate to describe the friction force. It was also shown that the friction force can be reduced in one vibration cycle without instantaneous change of the vector sign of this force, which in literature is often quoted as the main reason for friction force reduction at longitudinal tangential contact vibration.

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy zmian siły tarcia w ruchu ślizgowym ciała sztywnego przy występowaniu wymuszonych drgań kontaktowych stycznych wzdłużnych tego ciała. Badania przeprowadzono przy wykorzystaniu dwóch modeli tarcia: klasycznego modelu Coulomba odniesionego do ruchu ciała sztywnego po nieodkształcalnym podłożu oraz modelu Dahla uwzględniającego podatność kontaktową styczną styku. Wykazano, że w przypadku występowania ruchu drgającego o małej wartości amplitudy (ruch w skali mikro, którego przykładem są drgania kontaktowe styczne) model tarcia Coulomba jest nieadekwatny do opisu siły tarcia. Wykazano również, że siła tarcia może ulec obniżeniu bez występowania zjawiska chwilowej zmiany znaku wektora tej siły, które w literaturze często podawane jest za główną przyczynę obniżenia siły tarcia przy występowaniu kontaktowych drgań wzdłużnych.

Słowa kluczowe

EN

friction models; friction force; tangential contact vibration

PL

model tarcia; siły tarcia; wzdłużne drgania kontaktowe

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 46 nr 1
• Strony: 171--184
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Leus M.

autor

Gutowski P.

• Technical University of Szczecin, Faculty of Mechanical Engineering, Szczecin, Poland,

Bibliografia

• 1. Budanov B.V., Kudinov V.A., Tolstoi D.M., 1980, Interaction of friction and vibration, Soviet Journal of Friction and Wear, 1, 79-89
• 2. Bliman P.A., 1992,Mathematical study of the Dahl’s friction model, European Journal of Mechanics, A/Solids, 11, 6, 835-848
• 3. Eaves A.E., Smith A.W., Waterhouse W.J., Sansome D.H., 1975, Review of the application of ultrasonic vibrations to deforming metals, Ultrasonics, 13, 4, 162-170
• 4. Dahl P.R., 1968, A solid friction model, Technical Report TOR-0158H3107–18I-1, The Aerospace Corporation, El Segundo, CA
• 5. Dahl P.R., 1976, Solid friction damping of mechanical vibrations, AIAA Journal, 14, 12, 1675-1682
• 6. Dupont P., Armstrong B., Hayward V., 2000, Elasto-plastic friction model: contact compliance and stiction, Proceedings of the American Control Conference, Chicago: AACC, 1072-1077
• 7. Dupont P., Hayward V., Armstrong B., Altpeter F., 2002, Single state elasto-plastic friction models, IEEE Transactions of Automatic Control, 47, 5, 787-792
• 8. Godfrey D., 1967, Vibration reduces metal to metal contact and causes an apparent reduction in friction, ALSE Transactions, 10, 183-192
• 9. Grudziński K., Kostek R., 2005, Influence of normal micro-vibrations in contact on sliding motion of solid body, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 43, 1, 37-49
• 10. Hess D.P., Soom A., 1991, Normal vibrations and friction under harmonic loads: Part I – hertzian contacts, Journal of Tribology, 113, 80-86
• 11. Katoh K., 1993, Active control of friction using ultrasonic vibration, Japanese Journal of Tribology, 38, 1019-1025
• 12. Kumar V.C., Hutchings I.M., 2004, Reduction of sliding friction of metals by the application of longitudinal or transverse ultrasonic vibration, Tribology International, 37, 833-840
• 13. Kutomi H., Sase N., Fujii M., 1999, Development of friction controller, Proceedings of the International Conference AMPT’99, I, 605-612
• 14. Littmann W., 2006, Private correspondence
• 15. Littmann W., Storck H., Wallaschek J., 2001a, Reduction of friction using piezoelectrically excited ultrasonic vibrations, Proceedings of SPIE’s 8th Annual International Symposium on Smart Structures and Materials, Bellingham, Washington, 302-311
• 16. Littmann W., Storck H., Wallaschek J., 2001b, Sliding friction in the presence of ultrasonic oscillations: superposition of longitudinal oscillations, Archive of Applied Mechanics, 71, 549-554
• 17. Mitskevich A.M., 1968, Motion of a body over tangentially vibrating surface, taking into account of friction, Soviet Physics-Acoustics, 13, 348-351
• 18. Pohlman R., Lehfeldt E., 1966, Influence of ultrasonic vibrations on metallic friction, Ultrasonics, 4, 178-185
• 19. Sase N., Chandy M., Suzuki K., Kumagai T., Fujii H., 1995, Reduction of friction without lubrication, Proceedings of the International Conference AMPT’95, III, 1298-1304
• 20. Sase N., Kurahashi T., Fujii M., Kutomi H., Fujii H., 1997, Control of friction coefficient between metal surfaces, Proceedings of the International Conference AMPT’97, II, 609-615
• 21. Siegert K., Ulmer J., 1998, Reduction of sliding friction by ultrasonic waves, Production Engineering, 5, 9-12
• 22. Siegert K., Ulmer J., 2001, Superimposing ultrasonic waves on the dies in tube and wire drawing, Journal of Engineering Materials and Technology, 123, 517-523
• 23. Skare T., Stahl J.E., 1992, Static and dynamic friction processes under the influence of external vibrations, Wear, 154, 177-192
• 24. Storck H., Littmann W., Wallaschek J., Maik M., 2002, The effect of friction reduction in presence of ultrasonic vibrations and its relevance to traveling wave ultrasonic motors, Ultrasonics, 40, 379-383
• 25. Tolstoi D.M., Borisova G.A., Grigorova S.R., 1973, Friction regulation by perpendicular oscillation, Soviet Phisics-Doklady, 17, 9, 907-909
• 26. Tsai C.C., Tseng C.H., 2006, The effect of friction reduction in presence of in-plane vibrations, Archive of Applied Mechanics, 75, 164-176