1、The 鎵樿繍鍗曞彿鐮 ?The Zhou 悜鐭 FThe Hao 佺 鏈 ?摩擦磨损试验机结构设计摘要先进的摩擦磨损试验机及试验技术对于摩擦学研究的深入开展有着重意义。本文在对摩擦磨损试验机的发展概况、分类、特点，摩擦磨损试验的目的、试验的基本方法等进行综合分析的基础上，建立了摩擦磨损试验机的要求明细表，通过功能分析确定试验机的整体结构，从主机的结构设计、主轴回转结构、多样式装夹、气压加载结构等方面对摩擦磨损试验机结构进行设计。该试验机能实现对摩擦副的轴向加载、径向加载以及往复运动等，结构稳定符合一般实验要求。关键词：摩擦磨损试验机；气压加载；往复运动structural design of
2、 Friction-Wear Tester machine AbstractAdvanced friction and wear tester and test technology for tribological studies have highlighted significant depth. In this paper, friction and wear testing machine on the overview of development, classification, characteristics, friction and wear test purposes,
3、test the basic methods for comprehensive analysis based on the established requirements of friction and wear testing machine schedule, determined by functional analysis of test machines The overall structure of the structural design from the host, Spindle structure, multi-style fixture, air pressure
4、 load structure in terms of friction and wear test machine structure design. The trial function of the friction pair to achieve the axial load, radial load and the reciprocating movement, structural stability and meet the general test requirements.Keywords: Friction-Wear Tester; Pressure load; Recip
5、rocating1 绪论1.1摩擦学概念摩擦学的现象和应用伴随着人类活动的各个方面，钻木取火就是摩擦学古老的应用。而摩擦学作为一个学科研究体系则是由英国H. P. Jost所主持的润滑工程工作组于1966年提出，现代牛津词典中把摩擦学定义为:“研究作相对运动的相互作用表面的科学技术及其有关的各种实际问题”。在机械工程应用领域，摩擦学主要研究的就是相互运动着的物体工作表面上的摩擦、磨损和润滑等课题，从人类原始的很多简单劳动过程到当代的多种复杂工程系统，特别是机械工程系统，乃至日常生活的许多方面，都普遍地存在着种种不同形式的摩擦、磨损和润滑问题，这些问题的研究和解决，对人类创造光辉灿烂的历史文明和
6、高度发达的现代科技都曾经起到了重要作用，并且还将对人类未来的科学技术发展和社会文明进步继续做出重要贡献。1. 2摩擦磨损试验1. 2. 1摩擦磨损试验分类摩擦磨损试验的目的是为了对摩擦磨损现象和本质进行研究，正确地评价各种因素对摩擦磨损性能的影响，从而确定符合使用条件的最优参数。由于摩擦磨损现象十分复杂，实验方法和装置种类繁多，如何准确的获取摩擦磨损过程中的参数变化显得十分重要。摩擦磨损试验可根据实验条件和目的分为两大类:第一类是现场实物摩擦磨损试验;第二类是实验室摩擦磨损模拟试验。 第一类摩擦磨损试验是在实际使用条件下进行的，这种试验的真实性和可靠性较好，但机器零件在实际使用中的磨损一般较慢
7、，因而需要较长的周期才-能得到试验结果，而且磨损量还需要可靠和精确的仪器测量。机器在不同工况下运行，由于运行的条件不固定，因而所取得的测试数据重现性和规律性较差，不便研究摩擦磨损的规律性，也难以进行单项因素对摩擦磨损影响的观察。第二类试验不需要进行整机试验，只需要模拟机器零件和部件在实际使用条件下进行试验，同时可改变各种参数来分别测定其对摩擦磨损的影响，而且测试数据重现性和规律性较好，便于进行对比分析，还可以通过强化试验条件，来缩短使用周期，减少试验费用。但这类试验方法所得到的结果，不能完全反映实际的复杂的摩擦磨损状况，往往不能直接应用，只有精确的模拟试验得到的结果才能有较好的实用性。 实践表
8、明:摩擦磨损试验方法和条件不同，试验结果差别很大。所以在实验室中进行实验时，应当尽可能地模拟实际工矿条件，其中主要的有:滑动速度和表面压力的大小和变化、表面层的温度变化、润滑状态、环境介质条件和表面接触形式等等，对于高速滑动摩擦副的摩擦磨损试验，温度影响是主要问题，应当使试件的散热条件和温度分布接近实际情况。在低速摩擦副的实验中，由于磨合时间较长，为了消除磨合对试验结果的影响，可以预先将试件的摩擦表面磨合，以便形成与使用条件相适应的表面品质;对于未经磨合的试件，通常不采集运转初期的测量数据，因为这些数据可能不稳定。1.2. 2摩擦磨损试验机 摩擦磨损实验机主要用来研究在不同速度、载荷和温度条件
9、下各种材料和润滑剂的性能，也可以用来进行各种磨损形式的机理研究。摩擦磨损实验机试件之间的相对运动方式可以是纯滑动、纯滚动或者滚动伴随滑动，大多数实验机的试件采用旋转运动，也有是往复运动的。试件的接触形式可以分为面接触、线接触和点接触三种，通常面接触试件的单位面积压力为80100MPa，常用于磨粒磨损实验，线接触试件的最大接触压力可达到10001500MPa，适合于接触疲劳磨损实验和粘着磨损实验，点接触试件的表面接触压力更高，最大可达5000MPa，适用于需要很高接触压力的实验，例如胶合磨损或高强度材料的接触疲劳磨损实验。常见的试验机有以下几种形式1：（1）销一盘式磨损试验机:由一个旋转的平圆盘
10、和一个压在盘上的不动的圆柱销组成，销是试件，其端部可做成平面、半球形、锥形等，可进行各种摩擦副及润滑材料的摩擦磨损性能试验，也能进行粘着磨损规律的研究。国内产品型号有MD-240定速摩擦试验机等。（2）滚子式磨损试验机:上下两个母线接触的圆盘为试样，上下试样的转速不同，可获得纯滑动、纯滚动、滚动兼有滑动等运动形式。可对材科及润滑剂进行摩擦及磨损性能试验。适用于研究疲劳磨损等，国产型号有MM-200摩擦磨损试验机，国外型号有阿姆斯勒（Amsler）磨损试验机等。（3）环一块型试验机:国外型号有梯姆肯（Timken）试验机等。试件用被测材料做成约小于1020平方毫米的方形平面，试环硬度非常大，与其
11、它材料特别是塑料复合材料等磨时，可认为是不被磨的。因此可以直接测量试块在摩擦过程中被磨掉的体积。据此决定磨损量的相对值。较多用于快速筛选材料的耐磨损性能试验，试验中如能测出摩擦力的数值可以此计算摩擦系数。（4）四球式试验机:上球卡在夹头内，可以在不同速度下旋转，下面三个球固定，四个标准球均为中12. 7毫米，可从上面或下面施加载荷，主要用来评定润滑剂承载能力，也可测定摩擦副疲劳磨损寿命，国内有MQ-800型，国外有壳牌四球机等型号。（5）端面摩擦磨损试验机: 端面摩擦磨损试验机采用面接触形式，如合肥工业大学摩擦学研究所研制的HDM-10端面摩擦磨损试验机采用上试样（圆环接触面，外径 30 mm
12、，内径 22 mm）旋转，下试样（圆片状）静止的端面接触滑动摩擦形式，在油润滑和无油润滑条件下，对试样的摩擦磨损性能进行试验检测，该试验机特别适合于评定自润滑轴承材料、表面薄层或层状复合材料、固体润滑材料的减摩耐磨特性和综合使用性能。HDM-10端面摩擦试验机在实际使用中，可以在很宽的范围内通过对负荷、转速、时间、温度以及摩擦副配偶材料、光洁度、硬度等参数进行调整选择，考察试验材料在各种影响因素作用下其摩擦磨损性能的变化，并根据不同条件下试验参数的变化和试样表面的磨损状况来评定在干摩擦或油润滑条件下试样材料的摩擦学特性及其综合使用性能。按不同试验要求，试验机又可分为快速磨损试验机、润滑材料性能
13、试验机、高低温摩擦磨损试验机、高低速试验机以及轴承动态特性、齿轮疲劳、润滑油特性等试验机。常见的摩擦磨损试验机摩擦副接触及运动方式在图1. 1中列出，其中（a）图所示的是四球试验机的摩擦副接触及运动方式。（b）图所示的是MM200试验机的摩擦副接触及运动方式。（c）图所示的是往复式试验机的摩擦副接触及运动方式。（d）图所示的是端面试验机的摩擦副接触及运动方式。（e）图PV摩擦磨损试验机摩擦副接触及运动方式。图1.1 摩擦磨损试验机摩擦副接触及运动方式1.2.3摩擦磨损测试技术研究现状机械设备是生产和生活的物质基础，在其运转过程中，可动零部件会按规定的接触表面作相对运动产生摩擦，消耗能量进而造成
14、零部件的磨损。摩擦无处不在。由摩擦引起的磨损、润滑、材料与能源消耗等一系列摩擦学问题普遍存在并对社会、经济的发展产生了巨大影响。有数据表明世界能源的1/31/2消耗于摩擦发热，而大约有80的零件损坏是由于磨损而引起的。根据美国、英国、德国等国的统计，与摩擦、磨损有关的费用约占一国GDP的2%7%。同发达国家相比，我国目前平均生产水平还较低，即以占GDP5%计，我国每年因摩擦、磨损造成的损失就约为580多亿元人民币。这些数字表明，研究摩擦磨损试验机具有重要的意义。机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的，如许多重型机床、精密机床及高效自动化机床，常常由于轴承、导轨及其它重要摩擦副
15、存在缺陷而发生故障或达不到所需要的加工精度与能力，以致长期无法使用。如果能控制和减少磨损，则既减少设备维修次数和费用，又能节省制造零件及其所需材料的费用。另一方面，摩擦磨损会使零件失效，功能降低并有严重损伤或隐患，继续使用会失去可靠性和安全性甚至酿成事故，严重威胁到人们的生命安全和生产的顺利开展。由此可见，随着科学技术的发展，对机械学的分支之一摩擦学进行深入研究成了令人关注的发展趋势；减少摩擦，避免磨损成了延长机械设备使用寿命，提高生产率的关键。在机械工程上，摩擦学是研究作相对运动的、相互作用的材料表面间摩擦行为对机械系统作用的理论和实践的科学。为了了解摩擦、磨损的发生发展机理，寻找各种磨损类型的相互转化以及复合的错综关系，需要对材料表面的磨损全过程进行细微研究观察和记录，对材料的摩擦磨损性能进行测试和研究，所需的试验设备是摩擦磨损试验机。这是材料学、机械学和化学等研究领域从事相关摩擦学研究的重要试验设备，能评定材料间的抗磨损性能及各种润滑剂的极压特性，并计算摩擦系数。摩擦磨损试验机及摩擦学试验技术在正确地评定材料摩擦和磨损特性时是必不可少的，因而对于摩擦学研究的深入开展有着重要意义。试验机本身的精度、稳定性、可靠性、通用性等是现代测控设备的
