可控气氛摩擦磨损试验机的研制与性能分析

可控气氛摩擦磨损试验机的研制与性能分析摩擦磨损试验机是在实验室中模拟现实工况下机械零件摩擦磨损状况的装置。为了研究特殊气氛环境下机械零件的摩擦磨损特性,本文以机构转动副中的轴销-轴套结构为研究对象,研制了一台可以控制实验气氛环境的轴-套式摩擦磨损试验机,并针对实验过程中试验机存在的问题进行分析和改善。本文具体研究内容如下:根据实验对象的结构特点和实验要求确定可控气氛摩擦磨损试验机的整体设计框架。详细介绍了试验机试验部分、动力系统、加载系统、实验数据测量及采集系统、气压系统的设计过程和具体结构,并对试验机的测试原理进行阐述,确定了摩擦系数和磨损量的测量方法。

针对实验过程中试验机有机玻璃密封罩破裂的问题,基于有限元分析的方法分别对密封罩进行强度分析和屈曲分析,确定密封罩的破裂原因为失稳破坏。采用小变形理论公式、线性屈曲分析和非线性屈曲分析的方法对密封罩稳定性的影响因素进行分析,结果表明在本文所设计的密封罩中,厚度是影响密封罩稳定性的主要因素,并根据分析结果对密封罩的结构进行改善。采用经验公式法、磁路分割法和有限元法对现有的电磁加载装置的加载力进行计算和分析,并将结果与实测值作对比。结果表明非线性有限元仿真结果最接近实测值。

另外,针对实验过程中加载力不稳定的问题,采用比例电磁铁结构对加载装置进行改进设计,并利用有限元方法对关键参数进行仿真,获得了加载装置的最优结构参数。通过分析发现改进后的加载装置对现存问题有较好的改善。利用所研制的试验机研究空气和氮气两种气氛环境下45钢与灰铸铁所组成摩擦副的摩擦磨损规律以及空气气氛环境下摩擦副材料对摩擦磨损特性的影响。实验结果表明,氮气气氛环境下的摩擦系数和磨损率均高于空气气氛环境,空气气氛环境下45钢与尼龙组成配副时的摩擦特性最好。