实验报告(四球试验)

实验报告
一：实验目的
利用MS-800型四球摩擦磨损试验机测试润滑油的摩擦系数 二：实验设备
主要用到变频器、传感器、放大器、数据采集卡和计算机、MS-800四球试验机、四个钢球（符合G308 要求的Ⅱ级钢球，材料CGr15，直径12.7mm ，硬度HRC64～66 之间）、美孚工业齿轮油632、清洗剂（石油醚）、卫生纸、扳手，载荷1kg ，其中MS-800四球试验机的技术指标如下：
MS-800主要技术指标
三：实验原理
由右图可见，四球机的四个钢球形成一个等边四面体，上球对下3球在3个接触点的作用力可由等边四面体来分析。

设加载在顶球1上的垂直负荷W ，
W N N N 4082.0321=== （1）
由于上球与下面任意一个小球之间的摩擦力
11312111N F F F F μ====,因此测量出1F 就可
以得到摩擦系数μ的大小。

下面还需要求出顶球与底球的接触点至顶球球心垂线的距离11B O 、11C O 、11D O ，以求出顶球在接触处的线速度。

从图中几何关系得：
11115774.03
1R R B O ==
（2）
自动拉力记录仪测得的力并不等于四球摩擦后产生的摩擦力，而是要经过力的传递和一定的放大倍数后得到的一个力，大小可以通过下面的计算得出。

由右图 可知：111B O L =
MS-800各项技术指标
数 据 最大轴向负荷 800公斤
主轴转速
1450±50转/分
加温油杯最高工作温度
200℃
一次试验耗油量 约10毫升 试验时间的控制 手动和10秒自动刹车
杠杆加载扩大倍数 10-20倍
主电机功率及转速
1.1千瓦 1410转/分
A D
1
C
N
2
O 1
C
1
B 1
B
O
N
1N 3
D
ω
四球机钢球受力分析图
有：662.35774.011≈=R L mm
根据摩擦力测试机构可以知道，力系对O 点的主矩：
1
2
213L L F F =
（3） 试验中F2由自动拉力记录仪测得，因此21
2
2174.123F L L F F ==
W
F N F N F 2
121174.126
74.12===
μ （4） 由此可知，试验中只要测出自动拉力记录仪上的读数2F 和载荷W 就可以求得摩擦系数μ，这就是MS-800型四球摩擦磨损试验机测试摩擦系数的原理。

四：实验步骤
1．启动计算机，打开 LabVIEW 的记录程序，然后将程序上的相应的值设定好， 让其运行半个小时，把初值调为零点，这样是为了避免零飘，刚开始打开程序会有 零飘，那样会影响实验结果及其精度。

2．将四个钢球、油盒和上夹头、夹具、以及销子在石油醚中浸泡 1min ，为了 保证数据的精度，应将试验球反复清洗干净，然后再换用新的石油醚冲洗。

将清洗 的试验钢球放到洁净的玻璃杯中。

3．再重复上述 1 的步骤，吹风机将其吹干。

4．在试验机主轴上夹头中安装一洗净的试验钢球，并用夹具夹紧。

5．在油盒中安装三个洁净的试验钢球，并用夹具夹紧。

6．把试验中所用到的试验油倒入油盒中，使润滑油充满油盒中的空隙，并使润 滑油浸没过油盒中三个试验钢球顶部。

7．按照所需要的转速调变频器的相应频率。

8．做好上述步骤后，查看 LabVIEW 记录程序是否在零点，调零点，调好零点后 然点击存盘按钮，并打开试验机让其转动一分钟，开始记录试验，转动一分钟之后 停止试验机，再点击存盘，存储数据。

此步骤在试验中起到标零的作用。

9．在试验机上安装油盒（此时加载系统应平衡为零值） 。

先将销子放进主轴中， 然后把装有顶球的上夹头放进销子里，随后把装有三个底球的油盒和止推轴承依次 安装。

然后缓慢放平杠杆，缓慢施加试验所需要的载荷，避免冲击，并将传感器与 油盒手柄相连，用于测量钢球所受摩擦力。

10．上述完成后，调零点，然后按下 LabVIEW 记录程序的存盘按钮，启动变频 器的运转按钮将试验机启动，并将其启动 10s 后停止，然后按下电脑程序中的存盘 按钮，将传感器与油盒手柄断开，轻轻取下载荷并将杠杆支起来，这样便于取下油 盒。

然后取下油盒和上夹头和开口销。

11．向油杯中加入石油醚浸泡 1min ，轻轻摇晃油盒，用洗耳球反复冲洗油盒， 倒掉石油醚。

用洗耳球吸取石油醚冲洗油盒油杯内部残存的润滑油。

重复该步骤两 到三次。

最后吸取丙酮清洗油杯内部两次，用吹风机吹干。

13．打开 read 程序读取数据，并记录下来。

14.在本课题中通过试验机测试程序测得的是一个代表摩擦力的电压值， 须将读 取出的数据转换为摩擦系数。

15．按照如上步骤进行下一次试验 五：实验结果及分析 所得结果图如下：
读得的数据为： 40 50 60 70 80 90 mV
265.36
262.10
263.69
266.59
262.53
264.05
从MS-800四球摩擦磨损试验机的测试原理及改造后的测试原理可以知道，试验中测得的数据为摩擦力的电压值，而且这个电压值并不是直接表示钢球之间的摩擦力，而是相当于自动拉力仪记录的数据2F 。

因此，摩擦系数的计算需要首先根据读取的电压值求出力2F ，然后通过关系计算得到摩擦力1F ，最后转换为摩擦系数μ。

上述的求解过程，可以表示成如下的过程：
（1）.求拉力2F ：
由于本试验用的传感器载荷为2公斤，而测试程序输出的值为代表摩擦力的电压值，输出最大为5000mv ，我们可以根据电压值V 求得对应的拉力2F 的值为：
2000
50002F V。

需要说明的是：为了方便今后的计算，在测试试验中所有的力的单位均使用g 或者kg ，而不
是采用国际制单位N ，因此拉力的计算公式为：5
.22V F =。

（2）.求摩擦力1F ： 由式21
2
2174.123F L L F F ==（3）可以看到，只要能够求出力2F ，便可以根据关系求出摩擦力1F 。

（3）.求摩擦系数μ： 已知N
F
=
μ，只要将求得的摩擦力1F 带入式W F N F N F 2121174.12674.12===μ（4）中，因此：W
V
W V 47.125.2674.12=⨯=
μ。

试验中代表拉力的电压值和摩擦系数的转换，按照以下公式计算摩擦系数：
W
V
47.12=
μ。

W =40 则求得V=（265.36+262.10+263.69+266.59+262.53+264.05）/6=264.05mV μ=82.32。