高速摩擦磨损试验机的研制

　　摩擦学是一门实践性很强的应用科学,一般需借助于摩擦磨损试验机来研究摩擦磨损机制,确定各种因素对摩擦磨损的影响以及评价各种材料的摩擦磨损特性[1]。但常用摩擦磨损试验机所测试的试样以滑块、圆盘为主,而且受转速的限制,摩擦副相对运动的速度大多较低,不能用于高速条件下摩擦磨损试验的研究。

　　枢轴宝石轴承因其寿命长、结构简单和制造成本低而广泛地应用于仪器仪表行业。近年来,这方面的研究正向着高速化方向发展,并应用于高速旋转机械中[2-3]。从润滑理论的角度来看,此轴承的润滑形式主要为边界润滑,而边界润滑强度主要取决于接触区的pv值。为了解决枢轴宝石轴承的高速化问题,在FALEX标准试验机上系统地开展了大pv值枢轴宝石轴承在不同润滑油作用下的摩擦磨损行为与磨损机制[4],但试验使用的是销-盘摩擦副,为氧化铝陶瓷盘,而非单晶氧化铝,且p值较实际轴承大,而v值又偏小。为此,本文作者研制用真实宝石轴承为试样的高速摩擦磨损专用试验机,提高枢轴的v值,研究枢轴宝石轴承在高速下的寿命问题;对该试验机的结构原理和特性进行了介绍,并利用此试验机进行了初步试验分析。

　　1　试验机工作原理及结构特点

　　图1所示为研制的枢轴宝石轴承高速摩擦磨损试验机的结构示意图。该试验机为立式结构,主要由动力、阻尼体、夹持、加载等系统构成。枢轴通过夹持系统随电主轴一起旋转,宝石球窝静止不动。这样通过改变主轴转速来改变两试样间的相对滑动速度。载荷通过下试样施加,即通过砝码在加力杠杆上放大后调节作用在枢轴和宝石球窝之间的正压力。宝石球窝的硬度比枢轴的硬度高,球窝的磨损量相对于枢轴来说要小几个数量级,可以认为是零磨损,这样通过测量枢轴的磨损量就可测定某种油品、某种载荷下的磨损量。磨损量的测量采用传统的称重法,即通过测量试样的质量变化确定。通常用精度为0.01 mg的分析天平称出。枢轴磨损表面的型貌分析,采用S-750扫描电镜进行分析。

　　该试验机的主要特点是: (1)采用枢轴-宝石球窝实际零件; (2)由于阻尼体的作用,枢轴和宝石球窝之间始终保持接触状态,高速运行平稳,无振动现象; (3)润滑油采用实际使用的真空扩散泵油和油浴润滑的方式; (4)设计最高转速可达510 00r/min; (5)采用杠杆加载方式; (6)试样装卡便利、可靠,无松缓、卡死现象。

　　2　试验机主要组件的设计

　　2.1　动力系统

　　试验机传动系统的动力由一台高速电主轴驱动,由变频器实现无级变速,设计最高转速510 00 r/min,主要由变频器、高速电主轴、空气压缩机、油气发生器、水冷装置等组成。