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四球机的摩擦磨损实验摩擦学实验报告 专业：机械设计制造及其自动化姓名：王美术学号：092080201092 青岛理工大学2010.09.12四球机的摩擦磨损实验摩擦磨损实验的目的是考察实际工况条件下它们的特征与变化， 揭示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设计参数。由于摩擦磨损现象十分复杂，实验方法和装置种类繁多, 所得的实验数据具有很强的条件性，往往难以进行比较,所以人们提出摩擦磨损实验的标准化问题, 以便统一实验规范和方法。近年来, 实验方法的标准化已得到越来越多国家和组织的重视。下面主要介绍四球机的使用方法及对其磨损过程分析。四球机主要用途：该试验机是以端面滑动摩擦形式，在室温或高温状态下对环状试样施加较高的端面试验力，用于评定材料的摩擦性能，可应用于选择摩擦副配对材料，材料抗磨损性能的研究。图1-2 四球机中的下面三个球及滚道摩擦磨损性能是多种因素影响的综合表现，因而必须严格地控制实验条件才可能得出可靠的结论。目前采用的实验方法可以归纳为下列三类。1. 实验室试件实验根据给定的工况条件，在通用的摩擦磨损实验机上对试件进行实验。由于实验室实验的环境条件和工况参数容易控制，因而实验数据的重复性较高,实验周期短，实验条件的变化范围宽，可以在短时间内取得比较系统的数据。但由于实验条件与实际工况不完全符合, 因而实验结果往往实用性较差。实验室实验主要用于各种类型的摩擦磨损机理和影响因素的研究,以及摩擦副材料、工艺和润滑剂性能的评定。2. 模拟性台架实验在实验室实验的基础上,根据所选定的参数设计实际的零件,并在模拟使用条件下进行台架实验。由于台架实验的条件接近实际工况,增强了实验结果的可靠性。同时,通过实验条件的强化和严格控制, 也可以在较短的时间内获得系统的实验数据,还可以进行个别因素对磨损性能影响的研究。台架实验的主要目的在于校验实验室实验数据的可靠性和零件磨损性能设计的合理性。3. 实际使用实验在上述两种实验的基础上,对实际零件进行使用实验。这种实验的真实性和可靠性最好。但是实验周期长、费用大，实验结果是各种影响因素的综合表现，因而难以对实验结果进行深入分析。这种方法通常用作检验前两种实验数据的一种手段。以上三类实验可根据实验研究的要求选择其中的一种或几种。应当指出,摩擦磨损性能是摩擦学系统在给定条件下的综合性能，因此, 实验结果的普适性较低。所以在实验室实验时，应当尽可能地模拟实际工况条件，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。对于高速摩擦副的摩擦磨损实验，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，为了消除磨合对实验结果的影响，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,通常不采纳最初测量的几个数据, 因为这些数据可能不稳定。一般使用最多的通用摩擦磨损实验机主要用来评定在不同速度、载荷和温度条件下各种材料和润滑剂的性能, 也可以用来进行各种磨损的机理研究。图1-1 为通用摩擦磨损实验机所采用的试件接触情况和运动方式。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。实验机的试件有采用旋转运动, 也有是往复运动的。试件的接触形式可以有面接触、线接触和点接触三种。通常面接触试件的单位面积压力只有50100MPa , 常用于磨粒磨损实验。线接触试件的最大接触压力可达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。下面介绍几种常用的摩擦磨损实验机。图1-1 摩擦磨损实验机的试件形式四球机试验机是根据左图所示的原理制成的。将四球当中的三个球夹紧成巢状置于带有滚道的套杯中,另一个球置于上方,在轴向载荷下保持与其他三个球分别构成点接触, 同时被驱动旋转, 与下面的三个球相对滑动。四球试验机通常用来评定润滑油添加剂的性能, 根据磨痕直径和摩擦系数对试验结果进行分析。大多数四球磨损试验工作是在曲线的点A以下，该区域重复性好，而过渡区域AB重复性较差在典型曲线上，点A可定义为擦伤点或在极压试验中的胶台起始点，该点材料和添加剂不能控制磨损率在长期工作系统中，如泵台架试验和车辆液压试验中，载荷低于A点，这就意味着A点的位置和低于此值的磨损率具有重要的价值，高于A点时，由于发生擦伤和胶合，重复性较差。开始是跑合阶段，磨损率开始较高、随着表面的跑合，然后降低接着是正常磨损阶段或稳态磨损试验阶段，如果液体能产生充分的润滑，稳态阶段的磨损率接近于零。试验步骤：1. 用洗涤汽油仔细清洗四个试验球、上球卡具、油杯以及与试油接触各个部位，试件可以先用新的工业滤纸或未使用过的脱脂棉球擦拭。清洗后的试件应无油溃，钢球无锈斑，光洁如镜，最后用石油醚洗两次。然后吹干或自然干燥。洗好的钢球不准用手触摸，每粒钢球只能进行一次试验。2. 将一个清洁钢球安装在主轴下端。注:由于试验机结构不同，安装试件可参考制造厂说明书。3. 将清洁的三个钢球装在油杯中，并夹紧。4. 将试油倒人油杯，并使试油超过球顶部约3mmo5. 将油杯放在油杯座上。慢慢施加试验负荷147N或392N，要避免振动和冲击。6. 加热试油并调节到指定温度。7. 在试验温度下，开动电动机驱动主轴旋转。8. 试验时间达到60s-100s时，停止加热和关掉电动机，除去负荷取出油杯，倒去试油。9. 用显微镜测量油杯中三个下球上的磨斑直径。测量精度为0.Olmm。每个球上的磨斑测量两次，一次沿着油杯中心射线方向，另一次与第一次垂直。以毫米为单位报告三个钢球六次测量的磨斑直径算术平均值。测量时的观察线应垂直磨斑表面。如果磨斑是一个椭圆，则在磨痕方向作一次测量，另一次测量与磨痕方向垂直。10. 如果一个下球的两次测量平均值与所有的六次测量平均值偏差大于0.04mm，则应该检查上球与油杯的轴心对中情况。11. 精密度：按下述规定判断试验结果的可靠性(95%置信水平)。12. 重复性:同一操作员，用同一设备，相同材料和试验条件下连续测定的两次结果之差，不得大于0.12mm。13. 再现性:不同操作员在不同试验室，用相同材料和试验条件下测量的两个单独结果之差，不得大于0.28mm。3试验过程用MQ - 800 型四球机按GB/T 3142 方法测定有关油样的最大无卡咬负