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1、济南大学泉城学院毕业设计- 29 -1 前 言1.1 摩擦学概况摩擦学是工程学和科学中最重要的学科之一, 因为它既具有延长产品使用寿命、提高产品的可靠性、节约材料和能源的意义, 又是当今最活跃的交叉科学领域之一。它涉及流体力学、固体力学、化学、物理、材料力学、数学和机械工程等多个学科, 其所研究的对象也十分的复杂, 要求多学科相互配合进行。摩擦学研究的多样性, 加上它对工业的重要性, 迫使我们要特别的注意它的发展概况和趋势, 以便因势利导使摩擦学研究在以后的经济建设中发挥更大的作用。近年来, 摩擦学的研究在全世界范围内得到了很大的发展, 几乎所有的工业化国家都有关于摩擦学的专业杂志期刊、独立的
2、学会和研究所。在各国提供研究基金的研究机构中摩擦学都己得到承认和资助；不少国家已经制定了有关于摩擦学发展的规划；在学术性学会中与摩擦学研究有关的人员数目也在不断的增加，许多工业部门已经认识到摩擦学的重要性1，世界各国在摩擦学方面的交流也得到了进一步的加强。摩擦学的理念在全世界范围内不仅逐步得到学术界、产业界及政府有关部门的认可, 而且摩擦学学科本身也取得了许多的显著成果。有的企业已经充分认识到摩擦学所能带的经济、技术和环境保护等方面的利益, 已经开始注意进行摩擦学方面的设计, 或者进行具有针对性的研究。尽管在摩擦学研究方面已取得了很大的进展, 但其在应用方面的进展还不是很快, 效益也不够理想,
3、。在机械设计中真正运用摩擦学方面的设计更少, 研究成果转化成的生产力也远没有达到理想的水平。关键可能在于摩擦学方面的教育远远没有普及, 许多企业对摩擦学的认识也不够, 再加上摩擦学的研究课题并不都是企业所急需的，所以造成了现在这种结果。摩擦学研究的对象非常广泛2，在机械工程中主要包括：动、静摩擦副，如： 螺纹联接、滑动轴承、齿轮传动、皮带传动、磁带-录音头等；零件表面受到工作材料的摩擦或碰撞、冲击，例如犁铧和水轮机转轮等；机械制造工艺方面的摩擦学问题，如金属的成形加工、切削加工和超精密加工3等；弹性体摩擦副，例如汽车轮胎与地面的摩擦（见地面车辆力学）、弹性密封的动力渗漏等；特殊条件下的摩擦学问
4、题，例如高真空、超低温和离子辐射等，深海作业的高压、腐蚀4、润滑剂稀释和密封防漏等。此外，还有生物摩擦学的问题，如研究海豚皮肤的结构用来改进船舰设计，研究人体关节的润滑机理来治疗风湿性关节炎，研究人造心脏瓣膜的耐磨寿命以确定最佳的人工心脏设计方案等。地质学方面的摩擦学问题有地壳的移动、火山爆发和地震，以及山、海、断层形成等。在音乐、体育以及人们日常生活中也存在大量的摩擦学问题。1.2 摩擦磨损试验机的分类摩擦磨损试验设计的目的是为了研究摩擦磨损的现象及其本质，进而正确的评价各种因素对摩擦性能的影响，从而得出符合生产条件的摩擦副的最优参数。由于摩擦磨损现的象十分复杂，摩擦磨损的条件也各不相同，所
5、以试验的装置和测试方法的种类也十分的多，如何能够准确、快速的获得摩擦过程中的参数变化，成为了一个十分重要的课题。我国的桂长林等5提出了一种按摩擦系统的结构、摩擦副的相对运动形式对摩擦磨损试验机进行分类的方法。这种分类的方式突出了摩擦副的特点，同样也突出了对试验特殊功能的要求，从而有利于采用更加合理的设计方法对试验机结构进行设计。这种方法将摩擦磨损试验机分为五大类型：表1.1 固体-固体摩擦磨损试验摩擦元素固体-固体（润滑剂）相对运动形式单项滑动往复运动旋转运动冲击微动磨损类型滑动磨损粘着磨损磨粒磨损滑动磨损粘着磨损磨粒磨损旋转滑动磨损粘着磨损磨粒磨损冲击磨损粘着磨损磨粒磨损微动磨损粘着磨损磨粒
6、磨损磨损机理表面疲劳磨损摩擦化学磨损表面疲劳磨损摩擦化学磨损表面疲劳磨损摩擦化学磨损表面疲劳磨损摩擦化学磨损表面疲劳磨损摩擦化学磨损功能要求相对单向滑动相对往复滑动相对徐昂转滑动相对冲击微动试验机类型摩擦磨损试验机往复滑动摩擦磨损试验机旋转滑动摩擦磨损试验机冲击磨损试验机微动摩擦磨损试验机试验机举例动摩擦磨损系数精密测定装置（日本）RFT-型往复摩擦试验机（日本）AMSLER试验机（瑞士）冲击磨损试验机（美国）SRW型标准化微动摩擦磨损试验机（德国）第一类为固体-固体摩擦磨损试验机，如表1.1。这类试验机又细分为5个小类型：单向滑动、往复运动、旋转滑动（包含滚动滑动）、冲击和微动（根据实际的需
7、要可以在摩擦副元素中添加或不添加润滑剂）。每一小类的试验机的摩擦副形式又有很多种，所以它们也各有不同类型的试验机。可以这么认为，大部分的摩擦磨损试验机都属于这个大的类型，他们可以重现磨粒磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、和摩擦化学磨损等现象。这一大类的摩擦磨损试验机也体现了摩擦磨损试验机的基本结构特点。第二类为固体-固体加磨粒（或固体-磨粒）的摩擦磨损试验机，统称为磨粒磨损试验机。根据摩擦试件的运动特性和磨损特点，又可以分为3个小类：三体磨粒磨损、二体磨粒磨损、动载磨粒磨损试验机。与第一大类相比，三体磨粒磨损试验机的不同点为：在摩擦副的摩擦表面上加了磨粒。固定磨粒磨损试验机摩擦副一边固定了磨粒，（
8、一般采用纱布盘），另一边可以设计为各种形式。在这一小类的试验机中，摩擦副大多都是销-盘式6-7（转动）或销-板式（往复运动）。为了防止偏磨现象的发生，试样销最好能够自转，但摩擦路线一般不重复。自由磨粒磨损试验机可以设计成试件运动、磨粒运动、试件与磨粒同时运动3种不同的形式。第三类为固体-液体加磨粒或固体-液体的摩擦试验机。其特殊功能是使含磨粒或不含磨粒的液体冲刷固体表面。所以，最关键的是要在试件的表面形成具有一定流速的液流。通常是利用泵、势能或离心力来实现这种目的。也可以让试件与液体相对运动。液流和试件之间所形成的冲击角是一个十分重要的参数，通常要求可调。第四类为固体-气体加磨粒的磨损试验机，
9、其功能是使含有磨粒的气流去冲刷固体的表面。这类磨损试验机的特例是单粒磨粒冲击装置。这类试验机有一下三种形式：1、供气系统加磨粒加喷咀加摩擦试件；2、高速运动的试件加供给的磨粒。这种类型的试验机一般都要求抽成真空，以避免转子旋转所产生的空气动力学现象对磨损的影响。3、利用离心力抛出磨粒。对于这种类型的试验机来说，磨粒与试件之间的冲击角也是一个十分重要的参数，同常要求可调。第五类为除了以上叙述的试验机之外的摩擦磨损试验机。可控载荷、可控气氛、高温或低温摩擦试验机都可以归入此种类型。这类试验机在摩擦试验中，摩擦元素所承受的载荷是不断变化的。可控气氛摩擦磨损试验机有抽真空、通入或者不通入特种气体、控制
10、或者不控制湿度等特殊要求。密封性能对这种类型的试验机来说也是十分重要的，非接触式传动：磁力传动，在这类试验机中也得到了充分的利用。高温和低温摩擦磨损试验机要求在高温或低温条件下工作，因而需要考虑高温隔热和低温保护方面的问题，其选材也要能够满足高温和低温的要求。1.3 高温摩擦磨损试验机的研究现状(1)MMU-10G屏显式端面高温摩擦磨损试验机该机是由济南思达测试技术有限公司研制开发的一种高温摩擦磨损试验机，采用滑动摩擦的形式，在规定的试验条件下用评定粉末冶金、工程塑料、合金轴承等部件的使用性能。可在室温到600（可定做800）条件下，在无油润滑、浸油润滑以及改变负荷、时间、速度、硬度、摩擦配偶
11、材料、表面粗糙度等参数的情况下进行试验。可用于测量材料温升、摩擦系数等。其技术指标见表1.2。表1.2 MU-10G型屏显式端面高温摩擦磨损试验机主要技术规格及参数参数参数值轴向试验力工作范围（无级可调）/kN110试验力示值相对误差/%1试验力长时自动保持示值误差/(%FS)1（最大试验力）自动卸除试验力/%超过最大试验力2-10摩擦力测量范围/ N10500摩擦力示值相对误差/%2主轴转速范围/( r/min)52000主轴转速范围误差/(r/min)10试验机测控温范围/室温600油盒行程/ mm45主轴电机功率/ kW4试验机时间显示与控制范围/ min1s9999试验机外形尺寸（长宽
12、高）/ mm约12008701700试验机净重/ kg850(2) THT高温摩擦磨损试验机该机是由瑞士CSM仪器公司在其销盘式摩擦磨损试验机的成功基础上添加了高温模式，这种高温摩擦磨损试验机可以在材料的实际使用条件下进行安全的试验。具有：高精度测量，无仪器内部多余摩擦阻力，适应不同试样尺寸和形状，自动停机保护，可控润滑剂、湿度和气体环境，实时磨损深度测量（选件），计算机自动控制软件包，实现数据采集、仪器控制、实时图像数据显示、赫兹应力场模拟、摩擦磨损系数自动计算、摩擦寿命等特点。其技术指标见表1.3。表1.3 THT高温摩擦磨损试验机主要技术规格及参数：参数参数值正向载荷范围/N最大60正向
13、载荷精度/mN30最大摩擦力/ N10摩擦力分辨率/ mN5最高温度/C1000旋转运动模式下速度/ rpm0.3 - 500 (1500 选件)最大测试半径/ mm30最大扭矩/ mN.m450(3) MG-2000型高温高速摩擦磨损试验机MG-2000型高温高速摩擦磨损试验机是宣化科华试验机制造有限公司（原宣化试验机厂）研制开发的一种销盘式摩擦磨损试验机。可以在高温条件下做摩擦性能试验及测定摩擦系数，也可以在常温或有液体介质的条件下做常规试验。其主要技术规格及参数见表1.4。表1.4 MG-2000型高温高速摩擦磨损试验机主要技术规格及参数参数参数值最大负载/N2000杠杆加载精度/%1主
14、轴转速/(r/min)320-3200最高温度/C800直流电机无级变速误差/%2摩擦力矩测量范围/Nm0-10拉力传感器记录精度/%1自动化程度1. 摩擦力矩、转速、转数、摩擦力矩曲线自动显示2. 有测量数据自动打印 3.设有网络接口(4) 高温三体磨粒磨损试验机中国航空材料研究院在1998年研制了一种用以模拟和研究高温香花服饰和磨料磨损作用的高温三体磨粒磨损试验机，该机可以在700C到900C范围内工作，显示出了良好的数据重现性能及鉴别率。其主要技术规格及参数见表1.5。表1.5 高温三体磨粒磨损试验机主要技术规格及参数参数参数值载荷/MPa0-72温度/C20-900上、下式样相对转速/
15、(r/min)30、60、90磨料流量(g/min)2-60连续可调(5) UMT-THT高温摩擦磨损测试仪该机是一种用途广泛的摩擦、磨损实验机及润滑油、添加剂性能评定装置。 主要用于： 1.对材料在室温或高温条件下；有润滑或干摩擦条件下的摩擦磨损性能进行测试。 2.对润滑介质承载能力、高温减摩性能进行评定。 3.材料在高温下的摩擦和磨损性质评定。该机的特点有：1 多种运动模式： 上/下样品台可以独立的实现多种运动模式：线性运动、旋转运动、振动，还可以通过软、硬件实现各种复杂的复合运动模式； 2独特的动态加载：恒力加载模式、线性增量加载模式，通过软件实现对样品的任意动态加载模式。 这种动态加载方式在高低温控制条件下同样适用； 36 D六轴传感器：可同时原位检测三个轴向的力和力矩的动态变化； 4微型金刚石铲子：可实现薄膜与基体准确的结合力测试；5能按照所有的AST
