摩擦磨损试验和测试分析技术

38/86
图7-9 温度测量法
2020/7/19
39/86
远红外辐射测温是利用物体辐射强度随温度变化 的物理现象来测量温度的。它是一种非接触式测 温。因为它与摩擦表面不接触，而且反应速度快， 灵敏度高，有利于测量运动件表面温度及摩擦温 度分布。
2020/7/19
40/86
7.4.2 摩擦系数的测量
当然根据具体情况，对于一些试验环节应该有所 取舍，使试验过程有所简化。
2020/7/19
9/86
7.2 磨损试验的模拟问题和试验参数 的选择
1、摩擦磨损试验模拟 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。 2、实验参数的选择 模拟的磨损试验系统中最多有四种参数可以与实际摩擦系 统不相同： ①载荷；②速度；③时间；④试样尺寸和形状。 而其他方面，如摩擦运动方式和摩擦状况、引起磨损的机 理、组成摩擦系统的各要素及其材料性质、摩擦时的温度 及摩擦温升、摩擦系数等模拟的和实际的系统两者必须相 同或相似。
26/86
试验机最大加载压力为12 MPa； 往复速度200～l500 r/min； 行程为110 mm。 试件尺寸：上固定试样3 mm×4 mm×16 mm至8
mm×4 mm×30 mm，下试件：尺寸7 mrn×40 mm×125 mm。
可做干摩擦试验或滴油润滑试验。温度可从室温 至250℃范围内调节。
通过测量弹簧的变形， 可计算出摩擦力的大 小。
图7– 13 弹簧力平衡法测摩擦力 1-上试样;2-标尺; 3-弹簧;4-下试件
2020/7/19
44/86
3)电测法。 把压力传感器附加到测力元件上，将摩擦力(或力
矩)转换成电量(电信号)输入到测量和记录仪上， 自动记录下摩擦过程中摩擦力的变化。这种方法 目前已普遍得到应用。
2020/7/19
7/86
属于实验室试验的还有一种为台架试验。台架试 验是用真实的零部件，甚至整台机器进行的试验。
这种试验的工作条件比较接近实际工况，而比实 机磨损试验的优越之处在于能够预先给定可控制 的工况条件，并能够测得各种摩擦磨损参数。
常见的台架试验台有轴承试验台、齿轮试验台、 凸轮挺杆试验台等。
销试样座
37/86
7.4 摩擦磨损试验中的测试
7.4.1 摩擦温度的测量
摩擦时，接触表面温度高低和分布情况对摩擦磨 损性能影响很大，因此测量摩擦表面温度很重要。
测量摩擦副表面温度的主要方法有热电偶和远红 外辐射测温法。
但就目前的技术水平而言，对摩擦表面的温度进 行精确的测量仍很困难。
2020/7/19
该试验机可对温度、载荷、往复速度摩擦系数等 参数进行自动测量，并可记录打印和数字显示。
2020/7/19
27/86
5．销盘式摩擦磨损试验机
试验时，销固定不动，盘做旋转运动。通过力传 感器采集试验过程总摩擦力和载荷的变化，通过 位移传感器对试样的总磨损进行测量。
这种试验机主要用于在滑动条件下，评价材料的 摩擦系数和磨损率，研究工况参数对摩擦性能和 磨损机理的影响，是目前用途最广泛的摩擦磨损 试验设备。
主要用于在高温状态下以滑动摩擦的形式 对端面、销盘等试样进行磨损性能的评定。
可用来评定各种金属、涂层、工程塑料、 陶瓷以及粉末冶金等新型材料的磨损性能， 测定其材料的抗磨性及材料匹配特性。
可在改变负荷、速度、时间、摩擦配偶材 料、表面粗糙度、硬度、试验环境温度等 各种参数情况下进行试验。
可采用端面与销盘两种磨损形式。
总载荷为60～1260 N。 最高温度可达250℃。
摩擦力矩的变化可自动记录下来，运转一 定时间以后，要对三个固定球的磨痕大小 进行测量，或者测量发生胶合时的载荷大 小。
2020/7/19
22/86
3.环块式摩擦磨损试验机
它的摩擦副是由转动的轴套和与之紧压在一起的 环块试样所组成。加载机构与一个带刀口的横杆 连接，可以用它对摩擦系数进行测量。
靠性和确定必需的检修； ② 对新开发的机器设备或某一部分零件的耐磨性
进行实机试验，以便进行优化。 优点：在实际运转条件下所进行的摩擦磨损试
验所得的数据资料比较真实，因而比较可靠， 它往往是最终评定的依据。
2020/7/19
4/86
使用试验的缺点和困难
①摩擦磨损往往是多因素综合影响的结果，使用 试验中无法有意改变某一参数而保持其他参数不 变，以确定某个因素对摩擦磨损的影响；
24/86
4．往复式磨损试验机 该试验机可对作往复运动的零件材料，如气缸套
和活塞环进行试验研究。
齿轮箱是将旋转运动变换为连杆往复运动的全平 衡机构，试件装在滑块上，由连杆带动作往复运 动，上试件固定在支架上，并由液压油缸加载。
2020/7/19
25/86
2020/7/19
图7-7 往复式磨损试验机示意图
2、摩擦磨损试验技术包括两个方面内容，即： ① 摩擦磨损试验装置； ② 摩擦磨损试验方法。
2020/7/19
2/86
7.1 摩擦磨损试验的分类
根据试验条件和任务可将摩擦磨损试验分类如下：
2020/7/19
3/86
7.1.1 使用试验
使用试验是在实际运转现场条件下进行的。 目的： ① 对实际使用中的机器进行监测，了解其运行可
可以在润滑或干摩擦条件下做磨料磨损或粘着磨 损试验。
这种试验机的形式较多，有单销式和三销式等。
2020/7/19
28/86
2020/7/19
图7-8 销盘式磨损试验机示意图
29/86
2020/7/19
30/86
2020/7/19
MMU-5G外观图 31/86
6. MMU-5G材料端面高温摩擦磨损试验机
2020/7/19
10/86
7.3 摩擦、磨损、润滑试验机
7.3.1 试验机的种类
摩擦磨损试验机的种类繁多，仅在ASLLE(美国润滑工程 协会)汇编的摩擦磨损试验机目录中就列有百余种。按不 同角度分类如下:
(1)按摩擦副的接触形式和运动方式分： 点接触、滑动； 线接触、滑动和滚动； 线接触、滑动； 面接触、滑动；
②一些对摩擦磨损来说很重要的参数难以或无法 测量，可测量的参数所得结果精度往往也不高；
③使用试验中常遇到一些偶然因素，因而所得的 结果通常只说明一个具体特例，难以推测其他相 似的场合；
④试验周期长，消耗较大的人力和物力。
因此，若要对一种新材料的磨损性能进行研究， 使用试验法是不合适的，通常要首先进行一系列 实验室试验。
面接触、往复运动。
2020/7/19
11/86
2020/7/19
图7-1 摩擦副的接触形式和运动形式
12/86
2020/7/19
13/86
(2)按摩擦副的功用分： 齿轮磨损试验机； 滑动或滚动轴承摩擦磨损试验机； 制动器摩擦磨损试验机；
凸轮挺杆磨损试验机等。
2020/7/19
14/86
主要用途： 四球试验机主要用于评定润滑油质量。 由于试件和工作方式都比较简单，所以广泛得到
应用，已被一些国家规定为标准试验机。
2020/7/19
20/86
图7 -4 四球试验机的主要组件
2020/7/19
21/86
主轴有六个转速(600 r/min、700 r/min、 1200 r/min、1500 r/min、1800 r/min、3000 r/min)。
量机构组成。 该试验机可做金属或非金属材料(尼龙、塑料等)
在滑动摩擦、滚动摩擦、滚动-滑动复合摩擦和间 歇接触摩擦等各种状态下的摩擦磨损性能试验， 并可改变润滑状况，使在液体摩擦、边界摩擦、 干摩擦及磨料磨损条件下进行试验，评定材料的 耐磨性能，也可用于测定摩擦功及材料的摩擦系 数。
2020/7/19
主要内容
7.1 摩擦磨损试验的分类 7.2 磨损试验的模拟问题和试验参数
的选择
7.3 摩擦、磨损、润滑试验机 7.4 摩擦磨损试验中的测试 7.5 摩擦表面的近代微观分析法 7.6 磨损微粒的分析技术
2020/7/19
1/86
概述
1、摩擦磨损实验研究的必要性：
要研究摩擦学的理论，确定各种因素对摩擦、磨 损性能的影响，研究新的耐磨、减摩及摩阻材料 和评定各种耐磨表面处理的摩擦、磨损性能，必 须掌握摩擦磨损试验技术。
④试验周期短，费用较低。
2020/7/19
6/86
试样试验分为一般性和模拟性两种。 ① 一般性的试样试验不强调模拟某一零件实际工
作情况，试件形状简单，主要用于研究摩擦磨 损的机理、一般规律以及材料的相对耐磨性。 这种试验由于试验条件理想化，其结果难以直 接应用到某一具体场合。 ② 模拟性零件试验主要是模拟某种零件的实际工 作情况，因而针对性比较强。在零件批量投产 之前应做这种试验，以便对其性能进行优化。 但由于影响摩擦磨损的因素的多样性和摩擦磨 损过程的复杂性要做到确切的模拟比较困难， 要作多方面的考虑。
摩擦系数大小是表示摩擦材料特性的主要 参数之一。
摩擦系数分为静摩擦系数和动摩擦系数。 一般情况下测定动摩擦数比较困难。
2020/7/19
41/86
动摩擦系数的测定法
1）重力平衡法。 载荷W通过上试件1加到下试件2
上。下试件旋转，上试件固定。 摩擦副之间没有摩擦时，平衡砝
码杆处于铅垂位置。有摩擦时， 平衡砝码杆通过齿轮测力机构产 生一定的偏摆，摆角的大小从刻 尺6上读出摩擦力矩。 由此摩擦力矩P可以换算出试件 上的摩擦力。
(3)按摩擦条件分： 普通磨损试验机； 快速磨损试验机； 高温或低温摩擦磨损试验机； 高速或低速摩擦磨损试验机； 真空摩擦磨损试验机； 腐蚀磨损试验机等。
2020/7/19
15/86
7.3.2 常用的摩擦磨损试验机
1. MM -200型磨损试验机 试验机主要由传动机构、加载机构和摩擦力矩测
试验时要确定运转10 min而不出现胶合的最大载 荷值。
用读数显微镜测量磨痕宽度，计算磨损的体积。
摩擦系数可用带刀口的横杆上的平衡重算出。
运行时的润滑油温要保持某一规定值，同样地， 在做油品试验时，要对试件的材料硬度和表面处 理按规定制作。
2020/7/19
23/86
2020/7/19
图7 -6 环块式摩擦磨损试验机示意图
2020/7/19
32/86
试验力范围 50~5000N 最大摩擦力矩 25N.m 主轴调速范围 5~3200 r/min 温度控制范围 室温~800℃
2020/7/19
33/86
2020/7/19
34/86
2020/7/19
35/86
2020/7/19
上试样
下试样
36/86
销
2020Βιβλιοθήκη Baidu7/19
μ= P/(W r)
2020/7/19
42/86
图7-12 重力平衡法测摩擦力
1，2一试件; 3一外齿轮; 4一行星齿轮; 5一平衡砝码杆; 6一标尺;7一指针;8一砝码
2020/7/19
43/86
2) 弹簧力平衡法。
当下试件4转动时，由 于摩擦上试件将会有 沿着F方向运动的趋势， 从而使弹簧3变形。
2020/7/19
5/86
7.1.2 实验室试验
试样试验是一定工况条件下，用尺寸较小、结构 形状简单的试样在通用的试验机上进行的试验。
主要优点：
①便于研究摩擦磨损的过程和规律；
②适宜研究材料的摩擦磨损性能，包括润滑材料 的润滑性能；
③可减少和控制偶然因素，适用于研究各因素对 摩擦磨损的影响;
为了研究滑动轴承的摩擦磨损性能，己发展了一 系列不同形式的轴承试验机，用它可以试验轴承 的跑合性能、混合摩擦状况下的磨损性能、轴承 缺油时的应急性能以及在液体动力润滑时的表面 疲劳磨损性能等。
2020/7/19
8/86
在摩擦磨损研究工作中，通常先在实验室里进行 试样试验，然后再进行台架试验和使用试验，构 成一个所谓“试验链”。这样容易在复杂的问题 中，抓住主要矛盾进行分析比较，在较短时间内 和消耗尽量低的情况下取得结果。
16/86
2020/7/19
17/86
2020/7/19
图7-2 MM-200试验机原理图
18/86
2020/7/19
图7-3 MM-200机可采用的摩擦副型
19/86
2．四球试验机 工作原理： 由四球(1个上球，3个下球)组成摩擦副，上球卡在
夹头内，下球组固定不动，上球与下球组相接触。 工作时，上球由主轴带动旋转，通过加载系统向 下球组加载。根据磨损痕迹的尺寸或者发生胶合 时的载荷大小评定润滑油的质量。