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1、典型黑色金属磨损性能测试实验史秋月实验学时实验分组实验性质实验要求所属课程2h班人数/4综合性必做材料性能学一、实验目的1. 了解M-2000型摩擦磨损试验机的结构，及材料进行耐磨性测试的意义;2. 掌握滑动摩擦、滚动摩擦及其在不同条件下（干式、湿式、磨粒等）的 实验方法；3. 掌握摩擦磨损性能指标的评估方法；4. 了解典型黑色金属灰铁和球铁在滑动摩擦条件下（干式）的耐磨情况。二、实验设备M-2000型摩擦磨损试验机，如图2-1图2-1三、实验材料1灰铁滑动摩擦试样一对，试样尺寸如附图（a）2球铁滑动摩擦试样一对，试样尺寸如附图（a）四实验原理与方法将试样分别装在上下试样轴上，接通电源，双速电
2、动机。通过三角皮带齿 轮带动下试样轴Q使下试样轴以200转/分（或400转/分）的速度转动；通过 蜗杆轴，滑动齿轮47和齿轮48的传递。使上试样轴3以180转/分（或360转/ 分）的速度转动。当做滑动摩擦试验时，为使上试样轴不转动，应将滑动齿辎7 移至中间位置，齿轮48必须用销子22固定在摇摆头46上。试验时，两试样间的压 力负荷在弹簧的作用下获得（弹簧中间是一重力传感器），负荷的增大或减少 可用螺帽25进行调整；负荷的数值从标尺21上即可读出。也可将复合传感器接入 电脑，从显示屏上读出，本实验载荷直接从显示屏上读出。试验的终止条件可由 时间或总转速控制。试验结束之后根据不同的方法评估材料的
3、耐磨情况。五、实验内容将加工好的滑动摩擦试样装在实验机上，在给定的条件下（干式、滑动摩擦、 压力：200N、时间60min）进行试验，试验结束后将试样取下，评估耐磨性能。根据所选取磨损试验方法的不同以及材料本质的差异，可以选择不同的耐磨 性能评定方法，以期获得精确的试验数据，现简单例举下述几种方法以供参考。1、称重法：采用试样在试验前后重量之差，本表示耐磨性能的方法，由于两试 样之间的摩擦所引起的磨损量，可以采用精度达万分之一的分析天平称量出 试样试验前后重量之差非凡获得。试样在磨损前后必须严格进行去油污，烘 干后再进行称量否则因残余的没污会影响试验数据的准确性。计算可按下式进行：W=W0-W
4、1式中：W一试样的磨损量。Wo 一试样在试验前的重量。W试样在试验后的重量。2、测量直径法：采用试样在试验前后直径的变化大小来表示耐磨性能的方法。（1）用测微计（或其它测量仪器）测量试样试验前后的直径变化而获得。（2）本试验机所带小滚轮Q可用来精确测量试样直径试验前后的变化。测量方法：使用时首先将装有小滚轮Q的支架拆下来装在下试样轴轴承座 的小轴（附图）上，在试验前后把试验机各开一分钟或下试样试验前后运转 同样转数可得小滚轮转数N1和N2，由此通过下列计算可得到磨损量“S”如果：D试样试验前的直径。D2试样试验后的直径。Do小滚轮Q的直径。N1磨损前一分钟内小滚轮Q的转数。 n2磨损后一分钟内
5、小滚轮Q的转数。N0试样每分钟的转数。S磨损量(毫米为单位)。此时：nD0N1=nD1N0(1)nD2No=nDoN2 (2)式中：D2=D S所以 (D1S) /D1=N2/N1由此 1S/D1=N2/N1所以：S=D1( 1N2/N1)通过这个方法可以测出以长度为单位的磨损值，如果再加以计算便得出以重量为 单位的磨损量。(3) 切入法：采用磨痕宽度或磨损体积的大小来表示耐磨性能的方法，在 滑动摩擦情况下，上试样固定不动可采用方形试样或圆形试样，当圆 形试样对其进行滑动摩擦时，可产生不同宽度的磨痕，通过测量和计 算，可得出不同大小的磨痕宽度或磨损体积，由此比较材料的耐磨性 能。3、摩擦功及摩
6、擦系数的评估的方法 在试样初始条件和试验条件相同的情况下，平均摩擦系数大、摩擦功大的摩 擦性能较差。(1)摩擦功的测定：根据齿轮的传动比关系，下试样轴转动一转时，摩擦盘。的转数为：丄100 35.2! =0.0162 转723035 100当下试样轴Q转100转时，则摩擦盘转1.62转，摩擦盘的有效半径为80毫米，小滚轮Q的直径为41.3毫米。上谓摩擦盘转一转小滚轮Q转：謬=3.874转。所以下试样轴转100转时，小滚轮 Q 则转：1.62 X 3.874=6.82=2 n转当力矩为最大值M,且下试样轴转N转时，小滚轮Q应转：2 x 80kN2兀Nxl.62= 转41.3 兀100 100如果
7、实际力矩为m,那么当下试样轴的转数为N时，小滚轮Q的转数n为:n=2 nm N M 100下试样轴转N转时，摩擦功Q为:Q=2 n NRFR试样半径（米）F摩擦力（牛顿）RF=m，即按刻度尺上所测的数值，以牛顿米为单位，因此摩擦功为:Q=2兀Nm焦耳而 N= （100NM） / （2nm），所以：Q=nXM焦耳式中：n为小滚轮转数，既摩擦功计数器示值的百分之一（计数器通过机械 机构放大了 100倍，既转数可精确到0.01）。结果说明：在下试样轴转N转的某一段时间的摩擦功，等于小滚轮Q在这 一段时间内的转数n与最大力矩M的乘积。（2）摩擦系数的测定： 线接触试验（即作滚动摩擦，滚动滑动复合摩擦试
8、验）:Q TL1 =P R P卩一摩擦系数，T摩擦力矩（在标尺上实际指示出的力矩值，牛顿米）Q摩擦力（牛顿）P试样所承受垂直负荷（标尺上实际指示出的负荷，牛顿）。R一下试样的半径（米）。 2a角接触试验（GB 12444.1-90MM型磨损试验T a + sin a cos a lx =R P 2sin a卩一摩擦系数。T摩擦力矩（在标尺上实际指示出的摩擦力矩值，牛顿米） P试样所承受垂直负荷（标尺上实际指示出的负荷，牛顿）。 R一下试样的半径（米）。 用摩擦功求平均摩擦系数WX = 一2nRNP卩一摩擦系数w测量的实际摩擦功（焦耳）R一下试样半径（米）N下试样的实际转数P试样所承受的垂直负荷
9、（标尺上实际指示出的负荷，牛顿）。六、实验步骤1.根据试验条件按附图试样尺寸加工试样；2用酒精或丙酮清洗试样，称重或测量试样尺寸，并记录数据；3安装试样，上试样装上试样轴、下试样装下试样轴；4设定试验条件：包括压力、转速、终止条件等；5.开启电源，平稳启动设备，进行试验；6试验结束，保存摩擦系数及摩擦功值，取下试样，清洗试样，测量记录数据;7处理数据，根据不同的评估方法，分析试样的耐磨性能，并进一步分析其磨损 机制。七、实验报告要求1说明磨损试验的目的、意义；2.简要说明M-2000型摩擦磨损试验机的构造及使用方法；3处理数据，分析两种材料在相同的实验条件下的耐磨情况，并分析原因；4查阅资料，叙述对金属材料耐磨性的影响因素(不少于2000字的小论文)。 附图：试样尺寸图(a)滑动摩擦试样
