往复式摩擦磨损试验机及其计算机控制系统设计

　　1　引　　言

　　机械设备中零部件的摩擦磨损性能是由材料(摩擦副及润滑剂)、工作状态(载荷、速度)、接触方式(点、线或面接触)和环境条件(温度)等因素决定的。往复式摩擦试验机是用于摩擦材料行业产品质量控制、新材料配方开发研制的主要设备[1-7]。目前,国内外常用的摩擦试验机主要有四球机、Falex、Tmi kon、FGZ等几种,主要是用来测定润滑油脂的承载能力。由于这些试验机在检测性能和自动化程度方面存在许多不足,有些试验机只能实现单参数(固定转速、温度)控制,且大量数据处理和运算结果需由人工完成,已经不适应时代发展的要求8]。

　　本文设计的往复式摩擦磨损试验机及计算机控制系统,主要用于不同固体材料在不同条件下的往复式摩擦磨损实验,通过测量实验中产生的摩擦力、摩擦系数和试件的磨损量及其相互关系,来研究固体材料的摩擦磨损性能,可为研究零部件的摩擦磨损性能提供客观真实的评定参数。

　　2　往复式摩擦磨损试验机的工作原理

　　往复式摩擦磨损试验机是通过曲柄滑块机构将旋转运动变为往复运动[9-10]。通过该试验机,主要可获得试验中产生的摩擦力、摩擦系数和试件的磨损量,其工作原理如图1所示。

　　变频电机经曲柄滑块机构驱动托架往复运动,试件安装在托架上并随托架一起运动,试件固定在活动基座上。工作载荷由砝码的重力产生,弹性支撑臂在摩擦力的作用下水平摆动,在小幅度情况下,位移与摩擦力成正比。支撑臂的另一端与位移传感器靠近,其垂直方向的位移量反映出试件磨损量的变化。工作时,托架导轨中必须加注润滑油。为使试验机的往复运动平稳、轻快,并具有较长的使用寿命,采用了精密直线导轨。

　　该往复式摩擦磨损试验机可通过调节偏心盘的偏心量,实现滑块(试件)往复行程在一定范围内可调;可通过变频器的频率调节,可实现摩擦速度的任意调节,方便模拟实际工况的使用速度;本往复式摩擦试验机可通过加热、检测及温度控制器实现各种材料在不同温度下的摩擦性能实验,实现设计范围内的温度任意设定和恒温自动控制。通过实验,可建立磨损量与温度之间的函数关系,为设计和寿命预测提供实验数据;另外,还可进行不同材料摩擦副在不同润滑状态(单位时间内所加润滑剂的量)下的摩擦磨损性能实验。

　　该往复式摩擦磨损试验机是利用在弹性臂上贴应变片的方法测试摩擦力,即通过弹性臂的变形而使贴在上面的应变片伸长或缩短,将应变片电阻的变化转化为电压的变化,然后将电压变化的峰值经标定后转化为摩擦力的数值。