摩擦磨損試驗機的影響因素

進行摩擦磨損試驗的目的是要模擬實際的摩擦系統(tǒng)，在實驗室再現(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所示的工作運轉(zhuǎn)變量、潤滑變量和氣氛變量等對特定摩擦磨損試驗系統(tǒng)摩擦元素的影響。因此，摩擦磨損試驗機的設(shè)計就是要依據(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 摩擦磨損試驗機的基本系統(tǒng)

1、2 ——摩擦元素 3、——潤滑劑 4——氣氛

2.1試驗條件的影響；

（1）運動形式的影響

運動形式與試驗機的摩擦副結(jié)構(gòu)有關(guān)，二者都是由所要模擬的摩擦副決定的，試驗機的摩擦副結(jié)構(gòu)和運動形式一般是固定的，但也有一些多功能試驗機的摩擦副和運動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、針一盤和滾動四球等多種摩擦副形式。試驗機上摩擦副的zui基本運動形式一般有以下4種，即滑動、滾動、自旋和沖擊。在試驗機上，對運動形式都有明確的規(guī)定，但對運動的位置精度卻要求不高，因此這方面的要求可忽略。

（2）負荷的影響

負荷是摩擦磨損試驗機的一個重要參數(shù)，其在試驗過程中一般應(yīng)當(dāng)保持穩(wěn)定。試驗機對負荷的精度要求很高，國內(nèi)試驗機負荷示值的相對誤差為11%。要滿足負荷精度的要求，就必須考慮在試驗機上減小加載系統(tǒng)的摩擦阻力。目前摩擦磨損試驗機比較常用加載方式有機械式、液壓式和電磁式三種。其中，機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，不存在負荷保持的問題，加載精度高，但當(dāng)摩擦副運動不穩(wěn)定時卻會引起振動和沖擊;彈簧加載產(chǎn)生的振動比較小，但是，彈簧加載的精度不高，難于實現(xiàn)負荷調(diào)整。液壓式加載包括動壓加載和靜壓加載兩種，但液壓加載很難保持負荷穩(wěn)定。電磁加載易于實現(xiàn)負荷的自動控制，但其弱點是控制部分的成本較高，而且在已有摩擦磨損試驗機上使用還比較少

（3）恒比壓的影響

目前使用的多種類型的摩擦磨損試驗機，對恒比壓有比較高的要求。目前試驗機上實現(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，借以在負荷不變的條件下實現(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 過程中隨著接觸面積的增大，依照一定的規(guī)律增大負荷以實現(xiàn)恒比壓。日本東京試驗機制作所生產(chǎn)的理研一大越式高速磨損試驗機就是利用這種方法實現(xiàn)恒比壓的。

圖 2-3 理研一大越式高速磨損試驗機原理示意圖

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

(4)、滑動速度的影響；

滑動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的一個重要參數(shù)?；瑒铀俣鹊姆较蛴袉蜗蚝屯鶑?fù)兩種，后者又可以分為擺動式和往復(fù)直動式。在試驗機上既可以用機械方式(如凸輪機構(gòu)和曲柄搖桿機構(gòu)等)實現(xiàn)擺動，也可以由電機(如伺服電機和步進電機)來實現(xiàn)擺動。往復(fù)直線運動通常是用曲柄滑塊等往復(fù)直線運動機構(gòu)實現(xiàn)。試驗機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現(xiàn)的。無級調(diào)速可通過兩種方式來實現(xiàn):一種是機械式無級調(diào)速(如摩擦輪和差動輪系等)，但其調(diào)速范圍不大，另一種是使用無級調(diào)速電機進行，這種方式的調(diào)速范圍很大，如直流伺服電機的調(diào)速范圍可達1.2000r / min(下限還可以更低)。當(dāng)采用電機無級調(diào)速時，一般都要求速度穩(wěn)定，因而常采用速度控制環(huán)節(jié)實現(xiàn)速度的閉環(huán)控制。

(5)、溫度的影響；

溫度是摩擦磨損試驗的又一個重要參數(shù)。有些試驗對環(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。對于高溫試驗機，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考慮其加熱部件的選材問題。低溫試驗機常采用適當(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現(xiàn)低溫。

(6)、氣氛的影響；

有些試驗研究要求對氣氛進行控制(如真空試驗)。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地進行。此外，用于真空條件下摩擦磨損研究的試驗機對真空度的要求較高。實現(xiàn)真空可以使用真空泵，在這里密封問題很重要，尤其動密封往往是令人頭疼的問題。為了提高真空度，有些試驗機上采用了磁力傳動，借以少用或不用動密封。

（7）、試驗時間的影響；

試驗時間一般是依具體情況而定，大多數(shù)試驗機沒有配備定時裝置。要在試驗機上實現(xiàn)時間控制，可以采用定時器控制動力源，也有的是根據(jù)摩擦力或摩擦力矩的極限值來控制停機。這種控制方法對試驗機也起著過載保護作用。

測量參數(shù)的影響

2.2、試驗負荷的影響；

（1）試驗機一般都要對試驗負荷進行測量，所采用的測量方式往往隨加載方式的不同而不同。機械式杠桿一砧碼加載可以直接根據(jù)加載砝碼得到負荷值(如Timken試驗機)，機械式彈簧加載可以根據(jù)游標(biāo)顯示的彈簧變形確定負荷值(如AMSLER試驗機)，液壓加載可以通過加載油缸的壓力換算得到負荷值(如MQ-800型四球式摩擦試驗機)。然而，不論在哪種加載方式下，都可以利用負荷傳感器直接測量負荷值。負荷傳感器應(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；

在試驗機上，摩擦力(或摩擦力矩)和摩擦系數(shù)一般只測一項。例如，在已知負荷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。這可以利用微機或數(shù)字電路實現(xiàn)運算處理。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，由于固定件在沿摩擦力方向自由運動時必然要傳遞法向力，所以當(dāng)將其安裝在滾動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行測量，其安裝位置既可以是在運動軸上，也可以是在固定軸上。當(dāng)把扭矩傳感器安裝在運動軸上時，需要確保傳感器的信號輸出良好。在試驗機上，通常是將摩擦扭矩轉(zhuǎn)換成拉力或壓力對其進行測量（見圖2-4），但要注意使轉(zhuǎn)換機構(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；

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

（4）測溫方法的影響；

摩擦磨損試驗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(因為它不暴露在外面)。在試驗機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。這是因為熱電偶無法安裝在摩擦面上，而只能安裝在靠近摩擦面的位置上;而紅外測溫法則是因為只能測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，在實測時可以把實際試件之一(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，然而這個信息不僅會受到由于潤滑劑的作用所產(chǎn)生的界面電動勢的影響，而且在多觸點的循環(huán)電流對它也有影響L閣。因此，在現(xiàn)有的試驗機上很少使用這種測溫方法。

（5）磨損量的影響；

磨損量是磨損試驗中都要測量的一個參數(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?，F(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行測量，以此實現(xiàn)磨損量的在線檢測。

（6）重復(fù)性和再現(xiàn)性；

摩擦磨損試驗機能否給出重復(fù)性和再現(xiàn)性都比較好的試驗結(jié)果，取決于每次試驗用的試桿和試驗環(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)化微動式摩擦磨損測試機之所以能夠給出較好重復(fù)性和再現(xiàn)性的試驗結(jié)果，就是因為它的關(guān)鍵部件一振動系統(tǒng)和力監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)非常穩(wěn)定。為了使試驗條件穩(wěn)定，就要從動力源和試驗機結(jié)構(gòu)上保證負荷及速度等T礦穩(wěn)定，同時還需要測試系統(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)性試驗結(jié)果的重要因素之一。一般說來，點接觸比面接觸受外界的影響小，因而在相同條件下，點、線接觸有利于再現(xiàn)摩擦副的接觸狀態(tài)。