摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的影響因素

進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)的目的是要模擬實(shí)際的摩擦系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)室再現(xiàn)摩擦磨損現(xiàn)象及其規(guī)律性，以便通過選定參數(shù)的測量分析考察圖2-1所示的工作運(yùn)轉(zhuǎn)變量、潤滑變量和氣氛變量等對特定摩擦磨損試驗(yàn)系統(tǒng)摩擦元素的影響。因此，摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)就是要依據(jù)這種目的和既定的具體任務(wù)要求，構(gòu)思形成圖2-1所示的基木系統(tǒng)，其工作運(yùn)轉(zhuǎn)變量一般要求在一定范圍內(nèi)可調(diào)，對于測試參數(shù)應(yīng)當(dāng)根據(jù)需要選定.

圖2-1 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的基本系統(tǒng)

1、2 ——摩擦元素 3、——潤滑劑 4——氣氛

2.1試驗(yàn)條件的影響；

（1）運(yùn)動(dòng)形式的影響

運(yùn)動(dòng)形式與試驗(yàn)機(jī)的摩擦副結(jié)構(gòu)有關(guān)，二者都是由所要模擬的摩擦副決定的，試驗(yàn)機(jī)的摩擦副結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式一般是固定的，但也有一些多功能試驗(yàn)機(jī)的摩擦副和運(yùn)動(dòng)形式均可通過添加附件而加以改變。例如，美國FALEX公司的多功能試樣測試機(jī)在添加附件以后，就可以形成球一平面、四球、板一板(面接觸)、液體浸蝕、針一盤和滾動(dòng)四球等多種摩擦副形式。試驗(yàn)機(jī)上摩擦副的zui基本運(yùn)動(dòng)形式一般有以下4種，即滑動(dòng)、滾動(dòng)、自旋和沖擊。在試驗(yàn)機(jī)上，對運(yùn)動(dòng)形式都有明確的規(guī)定，但對運(yùn)動(dòng)的位置精度卻要求不高，因此這方面的要求可忽略。

（2）負(fù)荷的影響

負(fù)荷是摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，其在試驗(yàn)過程中一般應(yīng)當(dāng)保持穩(wěn)定。試驗(yàn)機(jī)對負(fù)荷的精度要求很高，國內(nèi)試驗(yàn)機(jī)負(fù)荷示值的相對誤差為11%。要滿足負(fù)荷精度的要求，就必須考慮在試驗(yàn)機(jī)上減小加載系統(tǒng)的摩擦阻力。目前摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)比較常用加載方式有機(jī)械式、液壓式和電磁式三種。其中，機(jī)械式加載又可分為杠桿加載、彈簧加載和重物直接加載或以上三種加載形式的組合，杠桿加載和重物直接加載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，載荷穩(wěn)定，不存在負(fù)荷保持的問題，加載精度高，但當(dāng)摩擦副運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定時(shí)卻會引起振動(dòng)和沖擊;彈簧加載產(chǎn)生的振動(dòng)比較小，但是，彈簧加載的精度不高，難于實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)整。液壓式加載包括動(dòng)壓加載和靜壓加載兩種，但液壓加載很難保持負(fù)荷穩(wěn)定。電磁加載易于實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的自動(dòng)控制，但其弱點(diǎn)是控制部分的成本較高，而且在已有摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上使用還比較少

（3）恒比壓的影響

目前使用的多種類型的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，對恒比壓有比較高的要求。目前試驗(yàn)機(jī)上實(shí)現(xiàn)恒比壓的方法有:

(a)、從摩擦副的結(jié)構(gòu)上保證摩擦過程中接觸面積不變，借以在負(fù)荷不變的條件下實(shí)現(xiàn)恒比壓(如圖2-2所示):

圖2-2 以摩擦副結(jié)構(gòu)保證恒圧比

(b) 、在 試驗(yàn) 過程中隨著接觸面積的增大，依照一定的規(guī)律增大負(fù)荷以實(shí)現(xiàn)恒比壓。日本東京試驗(yàn)機(jī)制作所生產(chǎn)的理研一大越式高速磨損試驗(yàn)機(jī)就是利用這種方法實(shí)現(xiàn)恒比壓的。

圖 2-3 理研一大越式高速磨損試驗(yàn)機(jī)原理示意圖

1——凸 輪 : 2——搖 桿 : 3, 5 ,8 ——齒 輪 齒 條 : 4——彈 簧 ;

6——旋 轉(zhuǎn) 圓 環(huán) 試 件 ; 7——片 狀 試件。

（c)、同時(shí)測量摩擦副的接觸面積和試驗(yàn)負(fù)荷，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，給出負(fù)荷的控制信號，使負(fù)荷隨著接觸面積的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程中的恒比壓。這種方式先進(jìn)、可靠，然而實(shí)施難度很大。這是因?yàn)樵囼?yàn)過程中摩擦副的接觸面積不易測量，故其至今尚未得到實(shí)際應(yīng)用。

(4)、滑動(dòng)速度的影響；

滑動(dòng)速度的大小對摩擦磨損往往具有關(guān)鍵性的意義。因而也是摩擦磨損試驗(yàn)的一個(gè)重要參數(shù)?；瑒?dòng)速度的方向有單向和往復(fù)兩種，后者又可以分為擺動(dòng)式和往復(fù)直動(dòng)式。在試驗(yàn)機(jī)上既可以用機(jī)械方式(如凸輪機(jī)構(gòu)和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)等)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)，也可以由電機(jī)(如伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī))來實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)。往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)通常是用曲柄滑塊等往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)機(jī)的速度大小一般都要求可調(diào)，所能采用的方式有級調(diào)速和無級調(diào)速兩種。有級調(diào)速是利用變換齒輪或皮帶輪速度比等方法實(shí)現(xiàn)的。無級調(diào)速可通過兩種方式來實(shí)現(xiàn):一種是機(jī)械式無級調(diào)速(如摩擦輪和差動(dòng)輪系等)，但其調(diào)速范圍不大，另一種是使用無級調(diào)速電機(jī)進(jìn)行，這種方式的調(diào)速范圍很大，如直流伺服電機(jī)的調(diào)速范圍可達(dá)1.2000r / min(下限還可以更低)。當(dāng)采用電機(jī)無級調(diào)速時(shí)，一般都要求速度穩(wěn)定，因而常采用速度控制環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)速度的閉環(huán)控制。

(5)、溫度的影響；

溫度是摩擦磨損試驗(yàn)的又一個(gè)重要參數(shù)。有些試驗(yàn)對環(huán)境溫度有其特定的要求，

如高溫條件或低溫條件。高溫試驗(yàn)通常采用電阻絲加熱，也可以借助于高頻加熱等。對于高溫試驗(yàn)機(jī)，既要考慮加熱部件和其他部件的隔熱問題，又要針對加熱溫度很高的特定情況同時(shí)考慮其加熱部件的選材問題。低溫試驗(yàn)機(jī)常采用適當(dāng)?shù)闹评浞椒ㄊ乖嚰車木植凯h(huán)境保持低溫，也可以將摩擦副浸泡在制冷劑中實(shí)現(xiàn)低溫。

(6)、氣氛的影響；

有些試驗(yàn)研究要求對氣氛進(jìn)行控制(如真空試驗(yàn))。在只要求控制濕度的場合，簡易的辦法是將摩擦副部分加一個(gè)有較好密封性能的罩子，再在其中放置一些盛水的盒子即可調(diào)節(jié)濕度。當(dāng)然，濕度調(diào)節(jié)也可以在濕度傳感器控制下自動(dòng)地進(jìn)行。此外，用于真空條件下摩擦磨損研究的試驗(yàn)機(jī)對真空度的要求較高。實(shí)現(xiàn)真空可以使用真空泵，在這里密封問題很重要，尤其動(dòng)密封往往是令人頭疼的問題。為了提高真空度，有些試驗(yàn)機(jī)上采用了磁力傳動(dòng)，借以少用或不用動(dòng)密封。

（7）、試驗(yàn)時(shí)間的影響；

試驗(yàn)時(shí)間一般是依具體情況而定，大多數(shù)試驗(yàn)機(jī)沒有配備定時(shí)裝置。要在試驗(yàn)機(jī)上實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制，可以采用定時(shí)器控制動(dòng)力源，也有的是根據(jù)摩擦力或摩擦力矩的極限值來控制停機(jī)。這種控制方法對試驗(yàn)機(jī)也起著過載保護(hù)作用。

測量參數(shù)的影響

2.2、試驗(yàn)負(fù)荷的影響；

（1）試驗(yàn)機(jī)一般都要對試驗(yàn)負(fù)荷進(jìn)行測量，所采用的測量方式往往隨加載方式的不同而不同。機(jī)械式杠桿一砧碼加載可以直接根據(jù)加載砝碼得到負(fù)荷值(如Timken試驗(yàn)機(jī))，機(jī)械式彈簧加載可以根據(jù)游標(biāo)顯示的彈簧變形確定負(fù)荷值(如AMSLER試驗(yàn)機(jī))，液壓加載可以通過加載油缸的壓力換算得到負(fù)荷值(如MQ-800型四球式摩擦試驗(yàn)機(jī))。然而，不論在哪種加載方式下，都可以利用負(fù)荷傳感器直接測量負(fù)荷值。負(fù)荷傳感器應(yīng)當(dāng)安裝在盡量靠近摩擦副的位置上，以避免或減小導(dǎo)向部分摩擦力引起的測量誤差。

（2）摩擦力(摩擦系數(shù))的影響；

在試驗(yàn)機(jī)上，摩擦力(或摩擦力矩)和摩擦系數(shù)一般只測一項(xiàng)。例如，在已知負(fù)荷P的情況下，只要測出摩擦力F，就可以根據(jù)公式u=F/P求出摩擦系數(shù)的數(shù)值。這可以利用微機(jī)或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)運(yùn)算處理。測量摩擦力常用的方法一般有兩種，即測量作用在驅(qū)動(dòng)軸上的扭矩，或者是借助于彈性元件測定作用在固定件上的力。在采用第二種測量方法測量摩擦力時(shí)，由于固定件在沿摩擦力方向自由運(yùn)動(dòng)時(shí)必然要傳遞法向力，所以當(dāng)將其安裝在滾動(dòng)軸承之類的低摩擦裝置上，以使附加的摩擦力盡可能地減小，從而保證摩擦力的測量精度。摩擦扭矩可以采用扭矩傳感器進(jìn)行測量，其安裝位置既可以是在運(yùn)動(dòng)軸上，也可以是在固定軸上。當(dāng)把扭矩傳感器安裝在運(yùn)動(dòng)軸上時(shí)，需要確保傳感器的信號輸出良好。在試驗(yàn)機(jī)上，通常是將摩擦扭矩轉(zhuǎn)換成拉力或壓力對其進(jìn)行測量（見圖2-4），但要注意使轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)造成的誤差不得超過允許值。

圖2-4將摩擦扭矩轉(zhuǎn)化成拉力或壓力的測量

（3）速度的影響；

在有些試驗(yàn)機(jī)上還要求對速度進(jìn)行測量，可以采用的測速裝置有測速發(fā)電機(jī)和光電傳感器等。記錄轉(zhuǎn)數(shù)zui常用的是機(jī)械式計(jì)數(shù)器。

（4）測溫方法的影響；

摩擦磨損試驗(yàn)需要測定的溫度有環(huán)境溫度、潤滑劑溫度和摩擦副的摩擦面溫度，其中不易測量的是摩擦面溫度(因?yàn)樗槐┞对谕饷?/span>)。在試驗(yàn)機(jī)上常用的測溫方法有熱電偶法和紅外測溫法。用這兩種方法測得的摩擦面溫度都是近似值。這是因?yàn)闊犭娕紵o法安裝在摩擦面上，而只能安裝在靠近摩擦面的位置上;而紅外測溫法則是因?yàn)橹荒軠y得摩擦面邊界上的溫度或試件的體溫。如果能夠知道試件溫度的分布情況，那就可以對測溫結(jié)果進(jìn)行修正，從而使測量誤差減小。為了消除或減少以上原因所產(chǎn)生的誤差，在實(shí)測時(shí)可以把實(shí)際試件之一(或兩件)組合成熱電偶的一部分，這就是所謂的“自然熱電偶”測溫法。這種方法原則上可以直接從摩擦面取得溫度信息，然而這個(gè)信息不僅會受到由于潤滑劑的作用所產(chǎn)生的界面電動(dòng)勢的影響，而且在多觸點(diǎn)的循環(huán)電流對它也有影響L閣。因此，在現(xiàn)有的試驗(yàn)機(jī)上很少使用這種測溫方法。

（5）磨損量的影響；

磨損量是磨損試驗(yàn)中都要測量的一個(gè)參數(shù)。目前，磨損量的在線檢測尚有困難，以往都是將試件取下再測量磨痕或稱量失重而得之。現(xiàn)在，有人采用電測法或光柵對摩擦副在磨損過程中的相對位移進(jìn)行測量，以此實(shí)現(xiàn)磨損量的在線檢測。

（6）重復(fù)性和再現(xiàn)性；

摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)能否給出重復(fù)性和再現(xiàn)性都比較好的試驗(yàn)結(jié)果，取決于每次試驗(yàn)用的試桿和試驗(yàn)環(huán)境條件(包括儀器的工作狀態(tài))是否都能保持一致。西德Optimol公司的SRV型標(biāo)準(zhǔn)化微動(dòng)式摩擦磨損測試機(jī)之所以能夠給出較好重復(fù)性和再現(xiàn)性的試驗(yàn)結(jié)果，就是因?yàn)樗年P(guān)鍵部件一振動(dòng)系統(tǒng)和力監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)非常穩(wěn)定。為了使試驗(yàn)條件穩(wěn)定，就要從動(dòng)力源和試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)上保證負(fù)荷及速度等T礦穩(wěn)定，同時(shí)還需要測試系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)能準(zhǔn)確地測出工礦參數(shù)，以便于調(diào)整。此外，合理的摩擦副接觸形式也是取得較好重復(fù)性和再現(xiàn)性試驗(yàn)結(jié)果的重要因素之一。一般說來，點(diǎn)接觸比面接觸受外界的影響小，因而在相同條件下，點(diǎn)、線接觸有利于再現(xiàn)摩擦副的接觸狀態(tài)。