实验19-摩擦磨损试验

摩擦磨损试验当前认为研究机器零件的摩擦和磨损是最迫切的任务，因为大多数机器及其零件均由与磨损而损坏。同时，摩擦过程消耗世界上〔1/2~1/3〕的能量。因此，研究和测定摩擦副材料的性能参数，以便减少其摩擦与磨损，对于节约能源，降低材料消耗，提高机械零件的使用寿命，具有十分重要的意义。一、实验目的掌握摩擦磨损测试技术；了解摩擦磨损试验机的工作原理和使用方法；了解在不同工作运转变量下摩擦系数的变化规律；了解减小摩擦的途径；培养对实验数据的分析和处理能力；初步了解影响摩擦磨损过程的参数。二、设备和工具摩擦磨损试验用M—200型磨损试验机，如图1所示。其传动原理图如图19-2所示。M—200型磨损试验机的结构简述如下。图1M上、下试样轴的运转：双速电动机通过三角皮带、齿轮带动下试样轴，使下试样轴以200〔或400〕的速度转动；通过蜗杆轴，滑动齿轮和齿轮的传递，使上试样轴以180〔或360〕的速度转动。当上下试样轴都转动，且两试样直径相同时，由于上、下试样轴转速不同，除滚动摩擦外，那么在试样间常有10%的滑动率，使试样间常有滑动摩擦，改变试样直径，即可使这种滑率增大或减小。如要提高滑动速度，将滑动齿轮移至右端与反向齿轮啮合，使上试样轴反向旋转即可。为了防止实验时螺帽松动，因此下式样轴上的螺丝是左旋的，而上试样轴上的螺纹那么是右旋。上试样轴的固定：当做滑动摩擦试验时，为使上试样轴不动，应将滑动齿轮移至中间位置，齿轮必须用钳子固定在摇摆头上。图2试验机传动原理图两试样间压力负荷的调整：试验时，两试样间的压力负荷在弹簧的作用下获得，负荷的增大或减小，可用螺帽进行调整；负荷的数值从标尺上即可读出。弹簧有两种：软弹簧产生0~30Kg负荷，刻度尺为1Kg/格。硬弹簧产生30~200Kg负荷，刻度尺为5Kg/格，可根据负荷的范围选用，不同的负荷范围必须选用相应范围的标尺〔刻度在标尺的正反两面〕。摇摆头重量的平衡：由于试样直径的变化〔30~50mm〕。摇摆头的角度也相应变化，摇摆头的重心也随着变化，使摇摆头产生不平衡，为此在轴上刻有校验好的与试样直径相应二刻线〔30~50mm〕，可根据试样的直径将平衡铊在轴上进行调整，使平衡铊的端面与试样直径与相应的刻线对正，从而实现对摇摆头的平衡。三、实验原理1.摩擦力矩的测定：摩擦力矩等于下试样半径与摩擦力的乘积，此摩擦力矩可用摆架来测量，试验时，可根据摩擦力矩的范围选用重铊，在摩擦力的作用下，摆架离开铅垂位置而仰起一定的角度，指针随之而移动。在可卸的标尺上指针所指的数值，即为所测摩擦力矩的大小〔标尺有四种刻度都对应一定的力矩范围〕。在试验过程中应选择最小的力矩范围，以便获得最大可能的灵敏度或最大可能的摩擦力矩读数精度。例如：测定的摩擦力矩为80Kg时，那么试验摩擦力矩范围应选为100Kg，而不应选为150Kg。如果在试验前不能确定试验摩擦力矩的大小，可先采用最大摩擦力矩范围〔150Kg〕。进行试验几分钟后，根据试验所得的摩擦力矩的大小，即可确定适当的试验摩擦力矩范围。为了调整不同的摩擦力范围，可在摆架上加上或卸下重铊。下表列出对应摩擦力矩的范围所需配置的重铊数。摩擦力矩测量范围〔4级〕标尺最小刻度值重铊数重铊标记0~10Kg0.2Kg/格1A0~50Kg1.0Kg/格2A+B0~100Kg2.0Kg/格3A+B+C0~150Kg2.5Kg/格4A+B+C+D2.描绘记录装置：在试验过程中，摩擦力矩的大小随试样外表磨损的情况而发生变化，描绘记录装置能自动描绘出摩擦力矩值的变化与摩擦行程长度之间的关系曲线。描绘记录纸全长为80mm，相当于所选取的摩擦力矩范围的最大值。如果选取的摩擦力矩范围为150Kg，那么记录长度1mm等于=1.875Kg。3.积分机构：积分机构可测试验过程中摩擦功的数值。积分机构的摩擦盘在试验机的左端，摩擦盘上有一个小滚轮，在试验过程中，摩擦盘的旋转是通过蜗杆轴及齿轮的传递得到的，摩擦盘上的小滚轮在相互间摩擦力的作用下亦随之而摆动。小滚动轮借助拉杆、拨叉与摆架相连，当拨叉上的刻线对准标尺的零位时，小滚轮应位于摩擦盘的中心，拉杆因试样随摩擦力矩的变化而移动时，小滚轮就沿着摩擦盘的半径方向移动，由于小滚轮所在的位置不同，速度亦随之而变化，小滚轮的转数可在计数器上读出。根据齿轮的传动关系，下试样轴转一转时，摩擦盘的转数为：转。摩擦盘的有效半径为80mm，小滚轮的直径为41.3mm，当力矩为最大值M，且下试样轴转n转时，小滚轮应转如果实际力矩为m，那么当下试样轴的转数为N时，小滚轮的转数n为，下试样转轴N转时，摩擦的W等于式中：R—下试样半径〔cm〕F—摩擦力〔kg〕RF=m，即刻度尺上所测的数值，以kg为单位，因此有，而，故结果说明，在下试样轴转N转的某一段时间内转数n与最大力矩M的乘积。4.摩擦系数的测定〔1〕线接触试验〔即作滚动摩擦，滚动滑动摩擦摩擦试验〕式中：P—试样所承受垂直负荷〔标尺上实际指示的负荷〕—摩擦系数〔2〕2角接触试验〔即滑动摩擦试验〕式中：—上下试样之接触角。〔3〕用摩擦功求平均摩擦系数：四、实验步骤：〔一〕试验前的准备：按照所选择的摩擦，磨损试验方法，制作出合格的试样。本次实验所造的试样如图3、图4所示。图3滑动摩擦用试样〔式样材料根据实验要求确定〕图19-4滑动摩擦用试样〔式样材料根据实验要求确定〕2、验机在运转前必须用手轻轻转动内齿轮以检查试验机各局部是否处于正常状态，以防止在销子，螺钉未取出情况下进行试验，引起试验机的破坏。在开动试验时，先扭转开关接通电源，然后一手按按扭开关，另一只手要拉住摆架下端或推着摆架的上端，以防摆架产生大的冲击损坏试验机。〔二〕滑动摩擦试验1．装上滑动摩擦用试样，圆盘试样装在下轴；2．将滑动齿轮向右移至中间位置，并用螺钉固牢，同时必须用销子将齿轮固定在摇摆头上。3．将螺帽松开，用螺杆将滚子提起，与偏心轮最高点脱开，直至两试样接触为止，然后紧牢螺帽；4．确定欲施加的压力负荷，选用相应范围的弹簧和标尺，施加压力后，要调整螺钉，使弹簧长杆离开座的平面2~3mm。5．根据摩擦力矩之大小选相应范围的摩擦力矩标尺和重铊并使力矩标尺的指针对正零位。对零位时，应先将摇摆头掀起，然后，开车再调整平衡块，对正零位。6．把小滚轮通过松开拨叉上的螺钉，移动轴，调整到摩擦盘的中心，使空转时，小滚轮不转。7．接上使描绘筒转动的小齿轮，并把记录纸贴在描绘筒上，注意描绘筒转动时，不要使描绘笔画到描绘纸重叠处。8．根据试验的需要记下计数器和的转数〔因计数器不能复零，并把刻度盘调整到零位〕9．作湿摩擦试验时，在两试样的上方装上油杯，对试样进行润滑。10．以上工作完毕后，搬动摇摆头使两试样接触，调整螺帽和螺钉使负荷标尺的指针对准到零位，确定试验速度，即可开车，施加负荷，进行实验。〔三〕滚动摩擦实验：1．装上滚动摩擦用试件；2．将销子拔出使下试样带动上试样滚动；3．将螺帽松开，用键将偏心轮调整到零位，〔即不偏心时〕，然后将螺帽紧牢；4．将滑动齿轮向左移至中间位置，并用螺钉固牢，其余操作参照滑动摩擦试验5~10。〔四〕滚动滑动摩擦试验：1．将销子拔出，把滑动齿轮移至左端位置，并用螺钉固牢，使其与齿轮啮合。2．松开螺帽，用键将偏心轮调整到零位〔即不偏心〕，