GPM-30A高速滚动接触疲劳摩擦磨损试验机

GPM-30A技术方案

设备名称：微机控制滚动接触疲劳试验机（外观参考图）

1.主要用途

GPM-30A微机控制滚动接触疲劳试验机主要用于模拟滚动接触零件（如轴承、轮轨、轧辊等）工况的失效试验，将一恒定的载荷施加于滚动或滚动加滑动接触的试样，使其接触表面受到循环接触应力的作用。通过控制和改变负荷、速度、滑差率、时间、摩擦配偶材料、表面粗糙度、硬度等参数的情况下进行测试，以评定试样材料的疲劳破坏机理，评价材料在滚动接触状态下的疲劳寿命，并可完成齿轮接触疲劳、轴承接触疲劳、轮轨磨耗试验等。现该设备已在多家高校、科研机构、生产企业投入使用，高校主要用于科学研究及教学实验。

该机为卧式框架结构，由变频电机控制加载和旋转，各试验参数实现单元化设置，操作方便，试验读数准确可靠，通过工业控制计算机可进行各参数设置、控制，可实时显示摩擦力矩-时间、试验力-摩擦系数等曲线，并记录、存储、打印试验曲线。

2.适用标准

GB/T 10622-1989 《金属材料滚动接触疲劳试验方法》

YB/T 5345-2006《金属材料滚动接触疲劳试验方法》

JB/T 10510-2005《滚动轴承材料接触疲劳试验方法》

3.结构简述

试验机主要由主动轴运动系统、陪试轴运动系统、试验力加载系统、测量系统、润滑系统及冷却系统、摩擦副装夹部分、电气控制箱、工业控制计算机测控系统等部分组成。试验机下部是机座，机座左上部装有下主轴及其驱动系统，机座中部装有油缸、活塞。机座右后上部装有上主轴及其驱动系统，强电控制系统安装在机座内。主液压油源及润滑油源位于主机的后部，通过液压油路及控制电缆等与试验主机相连接。电气控制箱完成信号的采集、变换、传输任务，通过串口电缆与工业控制计算机测控系统连接。

图1 主机结构图

1—齿轮箱（改变滑差率）2—陪试运动系统3—液压作动器 4—循环油箱5—主动轴运动系统6—液压泵站 7—固定齿轮箱 8—工作台 9—机架 10—壳体 11—调整垫铁

3.1主动轴驱动系统及工作原理

图2 主动轴运动部分结构参考图

主动轴运动部分卧式安装于主机工作台之上。该机的标准配置摩擦副形式为环和环，下试环（3）装于主动轴（4）前端，并由固定螺母（1）和挡圈（2）紧固，可随主动轴以一定的转速旋转。主动轴通过弹性联轴器（6）（8）与转速转矩传感器（7）串联，再通过弹性联轴器(10)与齿轮箱连接，由变频电机（11）驱动。电机由驱动器控制，试验过程中恒转矩输出，转速自100r/min至1500r/min，具有无级可调的特点。

3.2 摩擦力矩测量装置

当试环旋转，并且试环之间有一定的压力时，二者之间便会有摩擦力矩产生，此摩擦力矩通过主轴（4）、联轴器（6）作用在转速转矩传感器(7)上，再有控制系统采集处理，最后在操作软件界面上“摩擦力矩”对话框中显示，当摩擦力矩超设定值，试验机会启动自动停车功能。

3.3陪试轴驱动系统及工作原理

图3 陪试轴运动部分结构参考图

变频电机（1）驱动齿轮轴（4）带动齿轮（3）通过过渡齿轮（2）和齿轮（16）传递带动传动轴（15）旋转，同时通过一对齿轮（12）（10）啮合带动陪试主轴（8）同步旋转，试环（7）通过固定螺母（5）和挡圈（6）紧固于陪试主轴（8）端部。传动轴组件通过左、右轴承座体（9）（14）固定于工作台上，陪试主轴（8）安装于杠杆保持架（13）一端，杠杆保持架（13）可以传动轴（15）为支点做杠杆运动以传递试验力。（11）为止动销，插入止动销，在试验过程中可以防止陪试主轴的转动。

3.4 试验力微控液压加载系统

图4 试验力加载系统 液压加载系统主要有液压泵站（7）和作动器部分（4）组成。油缸活塞上升，通过钢球

（3）加载于承压块（2）上，杠杆保持架（6）以传动轴为支点带动一端的陪试轴向下传递试验力于主动轴端，分别与陪试轴端和主动轴端紧固的上、下试环间则产生试验力。试环与试块之间的压力，由负荷传感器测量，并在控制面板“试验力”窗口上显示出来，该试验力可通过计算机控制系统进行预置、反馈，实现自动控制。承压块（2）由紧定螺钉（1）紧固。手柄（8）方便试验过程中的操作。限位柱（5）为杠杆保持架（6）下行限位之用，可避免碰撞。

本试验机是通过液压油缸的活塞来对试环施加压力负荷，为了适应长时间负荷试验的要求，本机采用了负荷保持阀的结构。试验力的施加是通过微机对液压系统进行控制实现自动加载的。微机控制步进电机，步进电机带动一对减速比为16：1的行星齿轮运动副，通过丝杆的转动拉动微控负荷保持阀的阀芯，使试验机的系统压强增大，根据2

211A F A F ，从而

实现加载活塞对钢球试验力的施加。其液压原理如图4所示，

1.油泵电机组

2.系统节流阀

3.压力表

4.系统溢流阀

5.加载电磁阀

6.卸荷电磁阀

7.微控负荷保持阀

8.柱塞油缸

9.过滤器10.油箱

图5 液压加载原理图

当压力油进入负荷保持阀体，经过平衡后，平衡孔使负荷保持，活塞稳定在一定的位置上，即达到负荷保持的目的；当步进电机旋转时，压力油间失去平衡，负荷将上升或下降，如果此时系统压力高于预置压力，则传感器将预置压力输入微机控制系统与预置压力比较，然后由微机控制电机反转，直至系统压力与预置压力平衡为止。

3.5 油盒及循环油箱

图6 油盒部分

如图，需要时可安装油盒（4）于摩擦副处，加入润滑油，使油液浸过下试环（3）下边缘，上、下试环（1）（3）旋转时带入润滑油。温度传感器（品牌：进口瑞士罗卓尼克）（2）可测量回路油液温度。回路油温测量范围：0-300℃，测量误差：±1℃。

为满足长时间工作试验的需求，所配两套油源均采用低热量的油路设计，增加风冷式回油冷却器；当油路通电时冷却风扇将自动开启，为其降温。

3.6控制系统

该机控制系统由工业控制计算机（品牌：研祥）、专业控制软件、电气控制柜等部分构成。

工业控制计算机（品牌：研祥）安装有Windows中文系统及济南益华摩擦学测试技术有限公司自主研发的控制软件，按钮化简单操作，界面简洁明亮，操作方便，有在线提示功能，一键式输入可轻松完成试验参数设置；控制软件集预设、采集、控制、数据分析与处理、数据存储、生成报表、打印等功能于一体。