汽車(chē)異響中通常遇到的摩擦異響種類如squeak，creak，click，還有ting noise等都是由于兩個(gè)相互接觸的部件之間發(fā)生黏滑運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生。其實(shí)用一個(gè)簡(jiǎn)單單自由度彈簧-滑塊模型可以宏觀的解釋它的力學(xué)特性。

由以上模型不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們?cè)噲D用作用在兩個(gè)摩擦表面之間的摩擦力F來(lái)模擬兩個(gè)摩擦表面之間的黏滑摩擦?xí)r，會(huì)很快發(fā)現(xiàn)黏滑現(xiàn)象不僅取決于F，而且還取決于系統(tǒng)的其他參數(shù)，如運(yùn)動(dòng)部件的慣量、剛度（K）和質(zhì)量（M）?？紤]到摩擦表面本身的特性，黏滑的一個(gè)充分條件是靜摩擦力fs（啟動(dòng)滑動(dòng)所需的力）大于動(dòng)摩擦力fk（滑動(dòng)過(guò)程中的力）。其實(shí)從下圖的接觸面之間的相對(duì)位移與摩擦力的二維圖中也可以一目了然地看出從粘滯到滑動(dòng)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)變情況。

圖片來(lái)源：MOHSEN BAYANI，Squeak and Rattle Prediction for Robust Product Development

首先是在粘滯（Sticking phase）狀態(tài)下儲(chǔ)存彈性應(yīng)變能，當(dāng)靜摩擦力系數(shù)超過(guò)動(dòng)摩擦系數(shù)時(shí)彈性應(yīng)變能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，然后在滑動(dòng)（Slipping phase）狀態(tài)釋放動(dòng)能，從而產(chǎn)生異響（Squeak/squeal/creak）。

黏滑運(yùn)動(dòng)在不同的材料、接觸條件和接觸形式下的特性是不相同的。從材料接觸面微觀和介觀的角度來(lái)分析分有以下三類：

（a）粗糙表面黏滑模型（Topography）

該模型描述了當(dāng)其中一個(gè)接觸面在相互接觸的表面上，由于滑動(dòng)前的互鎖而“粘滯”一段時(shí)間后再滑過(guò)另一個(gè)接觸表面上的微凸體頂部時(shí)發(fā)生快速滑動(dòng)的情況，此類黏滑現(xiàn)象主要是取決于接觸面的粗糙屬性，也是我們平時(shí)最熟悉的一類。

圖片來(lái)源：Hisae Yosbizawa and Jacob Israelachvili

從微觀表面角度分析，接觸面之間的接觸形式如上圖所示。粗糙峰的高度、坡度、驅(qū)動(dòng)速度和接觸面的材料特性等因素決定了界面運(yùn)動(dòng)中黏滯和滑動(dòng)的狀態(tài)。

舉一個(gè)我們最熟悉的例子，如儀表上相互接觸的材料之間在扭轉(zhuǎn)或顛簸振動(dòng)的工況下材料之間相互摩擦產(chǎn)生的squeak摩擦異響，其微觀的黏滑摩擦運(yùn)動(dòng)形式就如以上模型所描述的那樣。

粗糙表面黏滑模型認(rèn)為，黏滑運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)長(zhǎng)度和頻率決定于表面粗糙度和材料的機(jī)械性能，并未考慮相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、表面間黏附力等因素對(duì)黏滑現(xiàn)象的影響。

如果再深究一些，高分子非金屬材料之間的摩擦接觸面之間由于黏滑運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生squeak noise其頻譜特征如下所示：

我們可以看到，摩擦異響Squeak在頻譜圖上具有變頻成分，其實(shí)與squeal相比通常發(fā)生在相對(duì)較低的頻帶上，與creak相比又具有較少的脈沖特性。當(dāng)然這類模型產(chǎn)生的摩擦異響不止在非金屬接觸面，在金屬接觸面之間也是經(jīng)常可見(jiàn)的。比如電動(dòng)汽車(chē)的底盤(pán)鋁鎂合金部件的連接表面，只不過(guò)這時(shí)候產(chǎn)生的異響類型如click，在這就不進(jìn)一步展開(kāi)解釋，接下來(lái)我們看第二類黏滑模型。

（b）特征距離黏滑模型（Distance-dependent）

這類模型描述的是當(dāng)兩個(gè)表面接觸后隨著附著強(qiáng)度的增加，在微觀特征距離和時(shí)間尺度的變化關(guān)系。在剪切過(guò)程中，表面在滑動(dòng)發(fā)生之前蠕變特征距離。從以下5副示意圖我們可以觀察到，當(dāng)相互接觸的兩個(gè)表面在發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)是，滑塊上的微凸體（asperity）緩慢的爬行過(guò)特征距離Dc，然后再滑動(dòng)分離。

這類模型是由麻省理工學(xué)院的Ernest Rabinowicz教授于1965提出來(lái)的，所以也叫Rabinowicz模型。這類模型下產(chǎn)的異響類型有我們最熟悉的如密封條與車(chē)身之間的，可以通過(guò)密封條臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試出這個(gè)蠕動(dòng)的特征距離：

密封條在在蠕動(dòng)過(guò)程中到達(dá)最大靜摩擦力處對(duì)應(yīng)的位移作為密封條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特征距離，控制該參數(shù)是控制密封條異響的一個(gè)重要因素，可以用臺(tái)架測(cè)試的方法獲得該參數(shù)。測(cè)試的結(jié)果如下圖所示：

從這個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)我們就可以清晰地知道這個(gè)距離是多少，我們把這個(gè)特征距離也叫做密封條的最小異響位移。同時(shí)，還可以結(jié)合CAE計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)比，分析密封條發(fā)生異響的風(fēng)險(xiǎn)，從而在設(shè)計(jì)前期可以進(jìn)行優(yōu)化。

（c）速度相關(guān)的黏滑模型（Velocity-dependent）-相變模型（Phase transition）

該模型描述的是在邊界潤(rùn)滑的條件下發(fā)生的黏滑現(xiàn)象，當(dāng)滑動(dòng)開(kāi)始后，界面間的微凸體或潤(rùn)滑膜處于熔化的狀態(tài)，接觸界面處的最大靜摩擦力大于滑動(dòng)摩擦力的狀態(tài)，而黏滑運(yùn)動(dòng)可以視為接觸面之間“固化一熔化”的循環(huán)。

這類黏滑模型與前兩類模型的一個(gè)根本的區(qū)別在于，（a）和（b）都是在干摩擦條件下產(chǎn)生黏滑運(yùn)動(dòng)，而速度相關(guān)的黏滑模型是在潤(rùn)滑狀態(tài)下發(fā)生的。這時(shí)你可能會(huì)問(wèn)，怎么潤(rùn)滑條件下也會(huì)產(chǎn)生異響呢？從下面一個(gè)案例中我們就可以了解到黏滑運(yùn)動(dòng)確實(shí)在潤(rùn)滑狀態(tài)下也會(huì)發(fā)生，而且會(huì)產(chǎn)生異響。如驅(qū)動(dòng)軸端面與軸承表面接觸區(qū)域：

由于軸的旋轉(zhuǎn)，潤(rùn)滑劑被“拖入”接觸區(qū)，從而減少表面間的相互作用，導(dǎo)致摩擦力下降。隨著速度的增加，接觸區(qū)中的潤(rùn)滑膜也增加，摩擦力進(jìn)一步下降。當(dāng)接觸表面被潤(rùn)滑劑完全分離時(shí)，摩擦力降至最低。如果速度繼續(xù)增加超過(guò)這一點(diǎn)，摩擦力就會(huì)隨著潤(rùn)滑油膜的增加而再次增加，并產(chǎn)生粘性阻力。在這樣反復(fù)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中接觸表面就會(huì)產(chǎn)生周期性的粘滯和滑動(dòng)，從而產(chǎn)生類似ting noise這類的異響。

以上三種黏滑摩擦模型從不同的角度對(duì)微觀的黏滑現(xiàn)象進(jìn)行解釋，也給我們提供了解決類似異響的思路，而不是采用“一招鮮”的辦法解決所有的黏滑摩擦異響問(wèn)題。