往复式摩擦磨损试验机的研制

ｈａｓ ｔｈｅ ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｉｎ ｔｌｌｅ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｔｒｉｂ０１０９ｙ；Ｆｒｉｃｔｉｏｎ；Ｗｅａｒ；Ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ；ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ
ｌＩ
兰州理工大学
学位论文原创性声明
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ｅｘቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｅｒｉｍｅｎｔ ｔｏ ｔｅｓｔ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔ｜ｌｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ
ｄｅｖｅｌｏｐｓ ｔｈｅ ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｏｎ ｔｙｐｅ厅ｉｃｔｉｏｎ ａｂｍｓｉｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｌｌｉｎｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｔｌｌｅ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ，ａｒｅ ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ ｔｈｅｓｅ ｔｅｃｌｕｌｉｃａｌ ａ１１ｄ ｍｅ衔ｃｔｉｏｎ ｗｅａｒ ｔｅｓｔ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｙｎｍｅｓｉｓ ｐｒｏｄｕｃｔ．
兰州理工大学 硕士学位论文 往复式摩擦磨损试验机的研制 姓名：刘立平 申请学位级别：硕士 专业：机械工程 指导教师：龚俊;卢世忠
20060501
兰州理工大学工程碗上学位论文
摘要
摩擦学是研究作相对运动的相互作用的表面间摩擦行为对机械系统作用的理论和 实践的科学。先进的摩擦磨损试验机及摩擦学试验技术对于摩擦学研究的深入丌展有 着重要意义，随着计算机技术、自动化技术以及智能控制技术的日益发展，将其应用 于摩擦磨损试验系统已成为摩擦学实验测试技术开发研究的重要内容。本文所研制的 往复式摩擦磨损试验机及其测试系统，正是将这些技术与摩擦磨损试验有机结合的产 物。
重大的课题，也是机器设计的关键技术之一。
摩擦学具有两个重要属性：（１）多学科性：摩擦学的研究涉及材料学、化学、机
械学、测试技术、物理和力学等多个学辩和领域，摩擦学的发展嚣要多学科的毫度交
叉、融合秘支籍：（２）实箴赣：瘴擦学理论分车蠢经茬蓑要大量实验萋嚣究藏采的支持，
其应用璺是直接服务于各种生产实践，因此，试验测试技术的开发研究对摩擦学学科
的发展和工程实际问题的解决县有非常重要的作用，是一基础性工程。机械零件摩擦
磨损问题的解决有赖于实验研究方法的进步及熊测试技术的开发研究，也有赖于多学
科的交叉和融合。
１．２摩擦磨损试验简介
１．２．１摩擦磨损试验的目的和意义 摩擦磨损试验的目的是为了对摩擦磨损现象及其本质进行研究，正确地评价各种
因素对摩擦磨损性能的影响，从而确定符合使用要求的摩擦副元件的最优参数。摩擦 磨损试验研究的内容非常广泛，如探讨摩擦、磨损和润滑机理以及影响摩擦、磨损的 诸因素，对新的耐磨、减磨及摩擦材料和润滑剂进行评定等。由于摩擦磨损现象十分 复杂，摩擦磨损条件不同，试验方法和装置种类繁多，如何准确地获取摩擦磨损过程 中的参数变化成为一个十分重要的研究课题。为了探索和验证机械工程中摩擦磨损问 题的机理以及有关影响因素，在摩擦学研究中开展摩擦磨损测试技术和数据分析研究 具有非常重要的作用。
别讶 作者签名
日期：尹巧年／月上日
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Ｔｈｉｓ ａｎｉｃｌｅ ｉｎ ｔｏ ｎｌｂｓ ｔｈｅ曲ｒａｓｉｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｈｅ ｄｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｕｒｖｅｙ，ｍｅ
ｃｌａｓｓｍｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｔｈｅ衔ｃｔｉｏｎ ｗｅａｒ ｔｅｓｔ ｇｏａｌ，ｍｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｍｅｔｈｏｄ
１．２．２摩擦磨损试验的方法 由于摩擦磨损现象十分复杂，试验方法和装置种类繁多，试验数据受众多因素的
ｍａｙ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ｑｕａｌｉｔａｔｉＶｅ ａｎｄ ｉｎ ｔ｜ｌｅ ｑｕｏｔａ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｆＨｃｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ ｓｉｚｅ；
（３）ｔｌｌｉｓ ｔｅｓｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｉｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｄａｔａ ｉｓ ｒｅｌｉａｂｌｅ，ｈａｓ ｗｅｌｌ ｒｅａｐｐｅａｒｓ ｔｈｅ ｎａｔｕｒｅ．
题。在机器系统中，机器构件的运动是最基本和最重要的功能。机器构件之间的相对
运动和接触佟雳是通过摩擦剁来实现的，同时墩在摩擦副鼹表瑟之闽产生摩擦、磨援
帮滤瀵笛物理凌象。掇器中任侮一令摩擦交救辫（摩擦学失效），褰器黪导致辊器谑关帮
分或全部功能的失效。因此，摩擦副的摩擦磨损问题是摩擦学研究的基本问题和及其
本文在对摩擦磨损试验机的发展概况、分类、特点，摩擦磨损试验的目的、试验 的基本方法等进行综合分析的基础上，采用设计方法学的方法对摩擦磨损试验机进行 优化设计，建立了摩擦磨损试验机的要求明细表、功能结构图、设计模幅箱。从机 械、测量控制、软件等方面对往复式摩擦磨损试验机进行设计，该试验机具有如下特 点：（１）实现了对摩擦副的摩擦力、磨损量、摩擦系数等数据的实时采集、分析处 理、数据曲线拟合、显示、存储与输出；（２）可在一定范围内实现载荷、速度、润滑 的单因素控制，并可同时定性和定量显示运动中的摩擦力大小；（３）该试验装置操作 简单，数据可靠，有较好的重现性。通过在该试验机上进行的一些试验证明，该试验 机性能稳定，测试系统准确可靠，可有效地对摩擦副不同材质和：亡艺的摩擦磨损性能 进行评定，以获得可靠的试验数据。本文所设计的摩擦磨损试验机在实际生产中有广 泛的应用前景。
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１．１瘴擦瘗损概述
摩擦学是一门年轻而又古老的学科，是“研究相互接触、相对运动表面的科学、
技术及相关的实践…”。摩擦磨损问题存在于人类物质活动的各个方俪。在汽车、发电
设备、冶金、铁道、宇航、呶子和农机等各方觏的机械都大量存在麓摩擦学的问题。
据｛舂诗，全篷雾绞专ｌ／２～ｌ／３熬麓源｛美冬秘形式漩螽在摩獠上，如袋放摩擦学方垂采觳
成为一门包括摩擦、磨损和润、滑在内的跨学科的科学。
鼙擦学是磅究在摩擦与壤摄过程中相对运动袭瑟之闻鼹互俘髑、变仡及其有关静 理论写实黢静一门辩学。黪撩瘗攫列是“两个接簸表覆之闻静篷予鞠对运动丽菱生豹
相互作用及物质运动的过程。”摩擦与磨损是自然界中能量守恒和物质守恒两大基本规
律的重簧环节，因为减少摩擦和磨损从本质上也就是节省能量和提高材料利用率的问
ｃ删ｅｓ Ｔｈｍｕｇｈ ｓｏｍｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｏｆｓ Ｗｈｉｃｈ
ｉｎ ｔｌｌｉｓ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｉｒｃｒｍ，ｔｈｉｓ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ
ｐｅｒｆｏｒｍａＪｌｃｅ ｓｔａｂＩｅ，ｔ｝ｌｅ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ａｃｃｕｍｔｅ ｉｓ ｒｅｌｉａｂｌｅ，ｂｕｔ ｅ仃宅ｃｔｉｖｅｌｙ ｔｏ ｒｕｂｓ ｔｈｅ ｖｉｃｅ—
衔ｃｔｉｏｎ ａｂｒａｓｉｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｌｌｉｎｅ ａｎｄ ｍｅ厅ｉｃｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎ０１０９ｙ ｈａｓ ｔｈｅ Ｖｉｔａｌ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｒｅｇａｒｄｉｎｇ ｎｌｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｒｅｓｅａｒｃｂ ｔｈｏｒｏｕｇｈ ｄｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｌｏｎｇ ｗｉｔｌｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ
ｔｈｅ行ｉｃｔｉｏｎ ａｂｒａｓｉｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｒｅｑｕｅｓｔ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｌｉｓｔ ｏｆ ｓｐｅｃｍｃａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｍｎｃｔｉｏｎ
ｓｔｎｌｃｔｕｒｅ ｄｒａ、ｖｉｎｇ，ｈａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａ ｍｏｌｄ ｂｏｘ Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，ｔｈｅ ｓｕｒｖｅｙ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅ
正确静臻藏，就可以大大节约戆源消耗。瘗损凳巍摭零部件３静主蘩的失效形式之一，
所导致的经济损失是巨大的，大约有８０％的机械零件由于各种磨损导致失效“１。特别是
随着物质文明的进步和工业技术现代化的发展，机械设备的开发使用普遍趋于重载、
高速、离效率化，如何控制和改善机械的摩擦磨损状温、提高其使用寿命和工作可靠
ａ１１ｄ ｓｏ ｏｎ ｃａ丌ｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｂ咖ｄａｔｉｏｎ，ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｒｕｂ ｍｅ ａｂｒａＳｉｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｎ ｍｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｄｅｓｉｇｎ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ
ｄｉｆｆｂｒｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ ｑｕａｌｉｔｙ ａＪｌｄ ｔｈｅ ｃｒａｆｔ丘ｉｃｔｉｏｎ ａｔｔｒｉｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏＨｎａｎｃｅ ｃａｒｒｉｅｓ ｏｎ ｅｖａｌｕａｔｅｓ，ｂｙ
ｏｂｔａｉｎｓ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｔｅｎｔａｔｉＶｅ ｄａｔａ Ｔｈｊｓ ａｎｉｃｌｅ ｄｅｓｉｇｎｓ ｔｈｅ ｆｎｃｔｉｏｎ ａｂｒａｓｉｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ
本学位论文属于
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２、不保密口。 （请在以上相应方框内打“√”）
作者签名： 别件
堇檬 导师签名：
日期：衙厂月，ｃ日
日期：）一ｆ年６月∥月
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第１章绪论
摩擦学是一门实践性很强的应用科学，研究材料摩擦磨损行为一般需要借助摩擦 磨损试验枫通过摩擦磨损试验测量摩擦副的摩擦磨损特性等一系列参爨。
ｓｏｆｈⅣａｒｅ ａ１１ｄ ｓｏ ｏｎ ｔｈｒｅｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｃａｒｒｙ ｏｎ ｔ｜ｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｃｉｐｍｃａｔｉｏｎ ｔｙｐｅ衔ｃｔｉｏｎ ａｂｍｓｉｏｎ
ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ，ｔｈｉｓ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｉｒｃｒａＲ ｈａｓ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗ证ｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ：（１）ｒｅａｌｉｚｅｄ ｔｏ ｒｕｂｂｅｄ Ｖｉｃｅ—ｄａｔａ ａｊｌｄ ｓｏ ｏｎ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ，ｗｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔ弘ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｍｃｉｅｎｔ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｇａｔｈｅｒｉｎ昏 锄ａｌｙｓｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｔｌｌｅ ｄａｔａ ｃｕｒｖｅ ｆｉｔｔｉｎｇ，ｔｈｅ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｍｅｍｏｒｙ ＡＮＤ ｏｕｔｐｕｔ；（２） ｍａｙ ｒｅａｌｉｚｅ也ｅ ｌｏａｄ，ｍｅ ｓｐｅｅｄ，ｔｈｅ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｔｈｅ ｃｅｎａｉｎ ｓｃｏｐｅ，ａｎｄ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｉｎｔｅｌｌ培ｅｎｔ ｃｏｎｎＤｌ ｔｅｃｈｎｏＩｏｇｙ ｎｏｕｒｉｓｈｉｎｇ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｄａｉｌ ｙ’印ｐＩｉｅｓ ｉｔ ｉＩｌ ｔｈｅ厅ｉｃｔｉｏｎ ｗｅａｒ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ
关键词摩擦学；摩擦磨损；试验机；计算机测试系统
往复式摩擦磨损试验机的研制
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ ｉｓ ａ ｔｈｅｏｒｙ ａＩｌｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｓｃｉｅｎｃｅ，Ⅵ湘ｉｃｈ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉＶｅ
ｍｏｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ ｓｕｒｆａｃｅｓ衔ｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙＳｔｅｍ ｆｈｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ａｄＶａｎｃｅｄ
性，已成为辊辕工业技术人爨必须关注懿闯题，著健霞其磅究不鼗熬深入窝发展。
擒６ｓ年烫爨学者｝｛．Ｐ．如ｓｔ发表了著名的学术掇告一《润浯（摩擦学）、教鸯和研究》
（Ａｒｅｐｏｒｔｏｎ
ｔｈｅ Ｐｒｅｓｅｎｔ
ａｎｄ
７
ｌｎｄｕｓｔｒｙ
ｓ Ｎｅｅｄ），系统的阐述了“摩擦学
（Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ）”及其在国民经济中的重大意义并被人们普遍关注，也标志着摩擦学发展