摩擦磨损试验机现状综述.docx

摩擦磨损试验机现状综述引言摩擦磨损时材料的三种主要失效形式之一，它所造成的经济损失是十分巨大的。全世界大约有1/31/2的一次性能源消耗在摩擦磨损上。机械设备中零部件的摩擦磨损性能是由材料、工作状态、接触方式和环境条件等因素决定的。摩擦磨损试验机是一种对材料及润滑剂在给定的条件下进行摩擦与磨损性能试验的试验机。本文所述的试验机发展及现状是针对国内摩擦磨损试验机而言。正文摩擦磨损试验机有多种分类方式，例如载荷范围、摩擦运动方式、摩擦副等。据统计大概有200多种，可以按不同方法进行分类。最具有代表性的是前苏联按模拟摩擦面的破坏形式将摩擦磨损试验机分类。早期的摩擦磨损试验机是通过纯粹的机械搭建起来的机器。他通过电机带动摩擦副往复运动来评定被测材料和油脂的特性。被测材料或油脂经过试验机的磨损后需要人为的取出然后做进一步的称重，表面纹理的观测等，再经过手动计算测出材料的特性。这种实验机仅仅能进行简单的静力加载，而且实验温度和电机扭矩等参量都没有一个准确的标准，很难与实际情况相适应。因为多少材料在实际应用中的磨损所受的压力都为变力。进入90年代后，摩擦磨损试验机的构造逐渐完善，并且开始引入初级的测控系统。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控制，且大量数据处理和运算结果需要由人工来完成，已经不适应时代发展的要求。如上图所示为往复式摩擦磨损试验机。l变频电机；2曲柄盘；3连杆；4滑座；5试件；6磨头测温计；7配重砝码；8摩擦力传感器；9磨头；10支撑臂；11位移传感器；12支架；13加热装置；14计算机及电气控制系统；15转速汁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。这种试验机的缺点是它的负载不是连续加载的，而是通过砝码的重量来实时加载，这样试验所获得的数据并不是连续的变化量，对试验结果有一定影响，据测算误差高达25%。虽然该机器模拟了真实的工作情况，但是其测控系统仍然存在很多问题。比如在温度的测量上，它所测得的温度并不是摩擦面的真实温度，他测得摩擦头温度与实际有一定误差，而且在加热装置中并不是闭环的控制系统，使得温度的控制也有一定的误差。要想模拟实际工况，需在试验中能对传动的速度，冲击的力量、频率，润滑的条件等方面实现自动控制，同时需对试验中摩擦力、冲击力、温度、载荷、速度、磨损率等工作参数或摩擦学特性参数等能实时进行数据采集。近十年来随着工程实际对材料性能的准确性要求越来越高，随着现代自动化测试技术和虚拟仪器迅速发展，以及计算机技术在控制、测量和数据分析等方面的应用，因此摩擦磨损试验机的测控系统得到了飞速发展。目前应用的摩擦磨损试验机已经实现的闭环自动化控制，可以按照给定程序自动进行连续的压力加载，同时通过各种传感器与调理电路直接及CUP的运算直接直观的给出材料的各种性能，更加智能化。例如电磁加载、液压加载等技术配合相应软件的使用可以实现对样品的恒力模式、线性增量模式等任意动态模式加载。动态加载技术的应用不但可以实现对复杂工况更真实的模拟，而且可以消除高速运转下传统机械加载带来的误差。目前有许多摩擦磨损试验机利用LabVIEW平台来进行开发。利用虚拟仪器开发平台LabVIEW 开发的多功能摩擦磨损试验机智能测控系统以工控机为核心，集数据采集、数据处理、波形显示和试验环境控制为一体，实现了温度、速度、压力、力矩和摩擦系数的实时检测。利用I abVIEW 内嵌的C语言子程序使系统具有灵活而又强大的数据处理能力。虽然目前摩擦磨损试验机发展已经得到了很大发展，但是在某些领域仍然有待提高。例如在航空航天机械内部的摩擦是真空状态极限温度下的高负荷工作，如何能够贴近于现实的模拟这类恶劣的工作环境进行摩擦磨损试验仍然是一个难题。虽然目前国内对此也有一些特种摩擦磨损试验机的问世，但这些目前还无法形成商用，而且处于摸索阶段。我认为在未来的摩擦磨损试验机会向以下几个方向发展：（1）使用高性能的机械系统和加载系统。高调速比、高稳定性并可实现无级调速的变频电机、伺服电机等高性能电机的使用将使试验机的机械结构大大简化，而且还能降低试验机的摩擦损耗，提高整机的寿命和可靠性。高性能电机配合相应机械机构还能实现直线运动、旋转运动、往复振动等多种运动方式。（2）高精度测控系统、数据处理系统的应用。通过各种高精度传感器和控制器，可实现多种信号实时原位动态采集，并可通过闭环反馈调节系统，动态设定摩擦试验机的工作方式和运行参数。计算机工作站等将引入摩擦测试系统中，实现试验数据的自动采集、处理，并可对摩擦系数、转矩、速度、行程等关键参量自动数值计算，实现相关数据的动态显示、存储和打印。（3）试验系统的多样化。在未来发展的摩擦磨损试验机中会出现多功能融合的实验设备，即可以进行油脂的评定同时也可以进行材料的磨损试验。参考文献1. 吕飞龙基于LabVIEw 的虚拟仪器温度检测系统的设计J微计算机信息，2007，23(1)：1701712. 李霞，许志庆，杨勇高速摩擦磨损试验机的总体设计J.中国仪器仪表，2003(3)：19213. 黄志坚冶金设备液压润滑实用技术M北京：冶金工业出版社，20064. 林玉亮，卢芳云，崔云宵冲击加载条件下材料之间摩擦系数的确定J摩擦学学报，2007，27(1)：64665. 刘峰璧，李续娥，刘岩，等干摩擦状态下动载荷特性对磨损的影响J润滑与密封，2000，25(2)：41426. 谢友柏，张嗣伟摩擦学科学及工程应用现状与发展战略研究M北京：高等教育出版社，20097. 孙家枢金属的磨损M北京：冶金工业出版社，19928. 陈卓君，徐宝信，杨文通，等摩擦学试验方法的研