摩擦振动噪声现象广泛存在于具有摩擦副的机械系统中,如:汽车刹车系统,齿轮传动系统,丝杆传动系统和动力总成系统等。它的存在对系统的平稳运行工作产生负面影响,增大摩擦副界面磨损,减少机械系统的使用寿命,所产生的噪声形成了恶劣的环境污染。考虑到摩擦振动噪声源于界面的不稳定振动,许多研究从摩擦副的表面形貌的角度出发,对界面摩擦振动噪声行为进行深入的研究,但是由于微观表面形貌复杂,影响因素众多,这导致试验重复性差,关于微观形貌和摩擦振动噪声之间的关系无法形成统一定论。目前,表面织构凭借其优异的摩擦学性能得到了研究者的广泛关注,但是关于表面织构与摩擦振动噪声之间的关系在文献中鲜见报道。利用表面织构化处理技术,可以加工出表面规则的且重复性很好的摩擦副表面,这有利于对摩擦振动噪声的产生机理和界面行为特性展开深入研究与分析。同时,通过表面织构化技术可以实现对摩擦接触界面的调控,进而构建表面织构和摩擦振动噪声二者之间的内在联系,研究结论不仅丰富了摩擦振动噪声的研究理论体系,同时为改善摩擦噪声的摩擦副表面设计和机械结构设计提供理论指导依据。本研究从摩擦学角度出发,系统研究了沟槽型织构化表面对界面摩擦振动噪声特性的直接调控行为和间接调控行为,主要开展的工作和得到的主要结论有:(1)结合试验研究和有限元分析技术,研究表面沟槽对界面摩擦振动噪声行为的影响,并对沟槽型织构化表面直接调控界面摩擦振动噪声的作用机理进行系统分析,从而建立起接触状态—摩擦磨损—摩擦振动噪声三者的内在联系。采用机械加工方式在摩擦盘试样表面加工出不同尺寸和不同排布的沟槽型表面织构,在销—盘接触式摩擦试验机上进行摩擦噪声试验。结果表明沟槽在一定程度上能够降低界面摩擦尖叫噪声强度,界面沟槽能够收集和储存在摩擦过程中产生的磨屑,从而避免摩擦界面出现磨屑堆积的现象,改善界面的磨损状态。在摩擦盘试样表面加工出特殊排布的沟槽型表面织构(T-45织构表面:沟槽方向和局部线速度方向成45度角),具有更加显著的减振降噪的效果。有限元计算结果表明沟槽型织构化表面通过周期性耦合和周期性解耦的方式来改变摩擦系统振动特性,进而改变摩擦噪声行为。此外,界面沟槽的存在能够有效改变摩擦片表面的接触应力分布情况,使得摩擦过程中界面接触应力一直处于不连续分布和重新分布的动态过程,从而降低界面摩擦尖叫噪声。(2)设计加工出具有时变接触特性的特殊表面,通过对这类表面进行摩擦振动噪声试验研究和数值模拟分析,验证界面沟槽收集磨屑的行为是改善界面摩擦振动噪声的重要原因之一。通过对沟槽型织构化表面的沟槽进行不同材料的填充,从而加工出一类具有时变接触特性的特殊表面。摩擦振动噪声试验结果表明在界面沟槽中添加铝材料会增大摩擦系统不稳定振动强度,促使系统产生高频摩擦尖叫噪声。相反地,在沟槽中加入钢材料可以减少摩擦系统的不稳定振动强度,并降低系统产生的摩擦噪声的倾向和强度。此外,当摩擦接触界面磨损严重并出现大量磨屑堆积时,将会促使摩擦系统产生摩擦尖叫噪声,并增大振动噪声强度。以上结果也验证了界面沟槽通过收集磨屑的行为避免界面磨屑堆积,从而改善界面摩擦振动噪声。(3)阐明在不同接触模式下,沟槽型织构化表面对界面摩擦磨损和摩擦振动噪声的影响,揭示了不同接触模式下界面沟槽对摩擦振动噪声行为的作用机理。对比研究了在球—面和面—面两种接触模式下,沟槽型织构化表面影响界面摩擦振动噪声的作用机理。结果显示无论是在球—面接触模式还是面—面接触模式,界面沟槽都能对界面磨损和摩擦振动噪声产生一定的影响。此外,在两种接触模式下,沟槽对界面摩擦振动噪声的影响作用机理完全不同。对于球—面接触模式,对磨球和沟槽棱边的撞击行为打断界面连续接触,扰乱系统持续的自激振动,从而抑制界面尖叫噪声的产生。而对于面—面接触模式,摩擦片和沟槽棱边没有出现明显的撞击行为,沟槽的存在使得接触界面和界面应力分布出现连续变化,避免界面出现应力集中,进而改善摩擦振动噪声。(4)开展沟槽型织构化表面对界面摩擦振动噪声间接调控的研究,系统地探讨了橡胶阻尼部件(SBR)界面摩擦振动特性的间接调控行为和作用机理。在摩擦系统中引入具有不同沟槽型织构化表面的橡胶阻尼部件(SBR),研究结果显示SBR的存在使得摩擦副之间形成良好均匀的接触,从而减弱或消除摩擦盘端面跳动的影响。此外,具有沟槽型织构化表面的SBR部件使得摩擦接触界面呈现出更加均匀且相对较低的接触应力值,因此能够进一步降低系统摩擦振动强度,抑制振动主频。SBR部件表面不同区域的沟槽在改变界面摩擦振动行为方面起到不同的作用。中间区域的沟槽能够降低界面振动强度,但是无法抑制系统振动频率。而两侧区域的沟槽能够消除系统摩擦振动的高阶次频率,但是无法对界面的振动强度进行抑制。(5)以Mn-Cu阻尼合金为研究对象,系统地研究该阻尼部件对界面摩擦磨损和摩擦振动噪声特性的间接调控行为,并讨论了阻尼合金、摩擦振动噪声和摩擦磨损三者之间的内在联系。在摩擦系统中引入具有不同沟槽型织构化表面的Mn-Cu阻尼合金部件进行摩擦振动噪声试验,结果显示Mn-Cu阻尼合金能有效地改善界面摩擦振动噪声行为,且具有沟槽型织构化表面的阻尼合金在降低系统摩擦振动强度,抑制振动主频方面具有更加显著的效果。有限元分析结果表明,Mn-Cu阻尼合金部件的变形可以改善摩擦片表面的应力集中现象,通过建立时变的接触应力,使得摩擦片表面接触应力分布更加均匀,从而改善界面摩擦振动噪声。此外,由于沟槽型织构化表面的阻尼合金部件变形更大,因此其在改善界面摩擦振动噪声方面效果更加显著。界面应力分布的改善可以抑制界面摩擦振动噪声的恶化,同时界面摩擦振动噪声强度的减小对改善界面磨损状态也有很重要的意义。