雙工位往復(fù)式襯墊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)

1.試驗(yàn)機(jī)總體設(shè)計(jì)及工作原理

通過(guò)該試驗(yàn)機(jī)可獲得試驗(yàn)過(guò)程中的摩擦力、摩擦系數(shù)磨損量隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)。試驗(yàn)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)框圖如試驗(yàn)機(jī)詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖2圖3 所示。調(diào)速電動(dòng)機(jī)16 帶動(dòng)偏心盤15心盤151411成的曲柄連桿機(jī)構(gòu)將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為試件安裝板的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)[”。

試件固定在試件安裝板上,隨著試件安裝板做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。加在試件上的力由砝碼重力產(chǎn)生。摩擦頭采用鋼制滾珠試驗(yàn)前調(diào)整平衡塊,使得摩擦頭與試件處于無(wú)壓力接觸狀態(tài)再放上砝碼加載。加載夾具7與平衡塊2之間采用測(cè)力傳感器相連接測(cè)力傳感器內(nèi)部的應(yīng)變片在摩擦力作用下產(chǎn)生變形,利用應(yīng)變片的伸長(zhǎng)或者縮短,將應(yīng)變片電阻轉(zhuǎn)化為電壓的變化,電壓變化的峰值經(jīng)標(biāo)定后可轉(zhuǎn)化為摩擦力的變化(10。在測(cè)力傳感器上表面安裝電渦流位移傳感器,其垂直方向的位移量經(jīng)換算后可以得到磨損量的變化。

1.1 摩擦系數(shù)測(cè)量原理

如圖4 所示.施加在試件上的正壓力下由砝碼重力產(chǎn)生.作用在摩擦頭與試件之間的摩擦力為f.假設(shè)兩者之間的摩擦系數(shù)為μ,則根據(jù)計(jì)算公式μ=f/F可知,只須測(cè)出兩者之間摩擦力f,即可計(jì)算出摩擦系數(shù)μ。

試件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí).當(dāng)摩擦行程的中點(diǎn)通過(guò)磨頭中心時(shí)速度最大,其他狀態(tài)下為加速或減速,故測(cè)得的摩擦力是一個(gè)變化的數(shù)值。為克服測(cè)量過(guò)程的不確定性,可以取采樣周期內(nèi)的最大值作為讀數(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)摩擦力的測(cè)量,需要對(duì)測(cè)力傳感器進(jìn)行標(biāo)定。采用彈簧秤進(jìn)行標(biāo)定。將試驗(yàn)裝置調(diào)節(jié)平衡后,用細(xì)銅線連接摩擦頭與彈簧秤。設(shè)定好儀器后,沿摩擦副運(yùn)動(dòng)方向逐漸增加拉力至3 kg,每隔0.5 kg 記錄下相應(yīng)電壓值。到達(dá)3kg 后按照同樣間隔逐漸減少拉力,記錄相應(yīng)電壓值。

從標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果可以看出,相應(yīng)拉力的電壓值基本保持一致,取其平均值作為一次標(biāo)定值。然后沿相反方向也進(jìn)行同樣的測(cè)量結(jié)果相差不大.取兩次標(biāo)定的平均值作為摩擦力和相應(yīng)電壓的標(biāo)定值。

經(jīng)計(jì)算得到回歸方程 Y= 2.34031+999.49701X。標(biāo)定結(jié)果顯示,摩擦力與電壓值之間具有良好的線性關(guān)系,而且重復(fù)性很好,因此可以利用線性插值法由電壓值求得相應(yīng)的摩擦力。這說(shuō)明摩擦力測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功,根據(jù)試驗(yàn)中加載的載荷可以求得相應(yīng)的摩擦系數(shù)。

1.2摩損量測(cè)量原理

現(xiàn)在多數(shù)磨損量的測(cè)量采用稱量法,這種方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦過(guò)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),故本試驗(yàn)機(jī)采用高精度電渦流位移傳感器測(cè)量磨損量,即通過(guò)測(cè)量測(cè)力傳感器上表面與傳感器相對(duì)位置的變化來(lái)獲得試件實(shí)時(shí)的磨損量。

由于磨損部位不方便安裝位移傳感器,故采用杠桿裝置將磨損量傳遞到便于測(cè)量的位置。如圖6所示,根據(jù)相似三角形原理可得:

電渦流位移傳感器的線性工作范圍是 1mm,將初始值設(shè)為0.5mm 左右。利用塞規(guī)獲得電渦流位移傳感器讀。

2、試驗(yàn)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)的功能主要是控制電動(dòng)機(jī)的啟停及調(diào)速，采用電動(dòng)機(jī)專用的 US-52 調(diào)速控制器可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)在0~8Hz范圍內(nèi)的無(wú)極調(diào)速。

試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試系統(tǒng)主要是用于對(duì)工作運(yùn)動(dòng)變量進(jìn)行檢測(cè)并獲取參量數(shù)值。根據(jù)測(cè)試要求本測(cè)試系統(tǒng)主要對(duì)摩擦力摩擦系數(shù)磨損量等參量進(jìn)行測(cè)量。

試驗(yàn)機(jī)采用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括:測(cè)力傳感器及前置放大器電渦流位移傳感器及信號(hào)預(yù)處理、數(shù)據(jù)采集卡控制軟件等(圖7)。其功能主要是將位移摩擦力等非電量物理量轉(zhuǎn)化為電參量,并進(jìn)行相應(yīng)的放大、處理和變換,變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào),并形成可與上位機(jī)交換數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)。

3、試驗(yàn)

織物型自潤(rùn)滑材料因具有良好的耐磨性能和較小的摩擦系數(shù)常用于自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)承中作為料11-13下面利用該試驗(yàn)機(jī)對(duì) 2種不同型號(hào)的織物型自潤(rùn)滑村墊材料的摩擦磨損性能進(jìn)行試驗(yàn)分析。

3.1試樣制備及試驗(yàn)條件

將襯墊成50mmx10mm的規(guī)格結(jié)在70mmx30mmx3mm的軸承鋼基體上。用標(biāo)準(zhǔn)工藝將2種試樣各制備 3件。

試樣的對(duì)磨件采用直徑6mm的#45鋼球擦副表面粗糙度為1.6m。試驗(yàn)條件為往復(fù)行30mm荷3 kg,工作頻率1Hz對(duì)磨時(shí)間 2。

3.2試驗(yàn)方法

將2種試樣分別固定在試驗(yàn)臺(tái)上整平衡后開始裝夾標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行加載,加載完畢后調(diào)整各個(gè)傳感器,開始試驗(yàn)。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)并調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速到指定頻率,利用labview程序自動(dòng)顯示記錄并處理采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.3試驗(yàn)機(jī)驗(yàn)證及試驗(yàn)結(jié)果分析

在試驗(yàn)方法試驗(yàn)條件不變的情況下測(cè)得3組磨損量、摩擦力和摩擦系數(shù)隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù),取其平均值作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)值。

任取 A 襯墊一個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)的數(shù)據(jù)整理畫出摩擦力隨時(shí)間變化曲線如圖 8 所示。

從圖 8 中可以看出在止點(diǎn)換向位置由于速度為零摩擦力大。同時(shí)換向處摩擦力變化速率最快,即止點(diǎn)處摩擦力由正向最大值迅速變換為負(fù)向最大值。由此,可以看出該試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試系統(tǒng)靈敏試驗(yàn)機(jī)可靠性高，可以用來(lái)研究襯墊材料摩擦學(xué)性能。整理相關(guān)數(shù)據(jù)畫出磨損量隨時(shí)間變化曲線摩擦系數(shù)隨時(shí)間變化曲線如圖9圖 10 所。

從圖9可以看出,相同試驗(yàn)條件下,2種織物型自潤(rùn)滑材料的磨損量均隨著時(shí)間增加而增大但可以看出A號(hào)襯墊的磨損量明顯大于 B 號(hào)墊。從圖 10 可以看出A 號(hào)襯墊的摩擦系數(shù)明顯高于 B 號(hào)襯墊A號(hào)墊的摩擦系數(shù)隨著時(shí)間的增加先增大后減小,而 B 墊總體上隨著時(shí)間增加而增大,但在 1800 s~3 000 5 000 s~7 000 s出現(xiàn)下降的情況。綜合對(duì)比圖9圖10 可以看出B號(hào)襯墊的摩擦學(xué)性能明顯優(yōu)于 A號(hào)襯墊。

4、結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)的雙工位往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)可用于自潤(rùn)滑襯墊材料在不同載荷和頻率下的往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)該試驗(yàn)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)的往復(fù)行程、載荷、速度等單因素或者多因素的控制,并可以同時(shí)顯示運(yùn)動(dòng)中的摩擦力、磨損量和靡擦系數(shù)的大小。與國(guó)內(nèi)外相同類型的試驗(yàn)機(jī)相比,具有以下優(yōu)點(diǎn):

1) 成本低廉:

2) 雙工位設(shè)計(jì),確保對(duì)比試驗(yàn)在相同條件下進(jìn)行,同時(shí)能有效節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間;

3) 采用電渦流位移傳感器測(cè)量磨損量,精度可達(dá)微米級(jí);

4)測(cè)試系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)顯示記錄并處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)

END

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