1.摩擦磨損模擬試驗(yàn)概述
摩擦磨損模擬試驗(yàn)是在實(shí)際使用條件下對(duì)測(cè)試對(duì)象進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)改變各種試驗(yàn)參數(shù)來測(cè)定其對(duì)試驗(yàn)材料的摩擦磨損性能的影響，而且這種模擬試驗(yàn)相對(duì)于臺(tái)架試驗(yàn)具有測(cè)試數(shù)據(jù)重復(fù)性和規(guī)律性好的優(yōu)點(diǎn)，便于進(jìn)行對(duì)比分析。還可更改試驗(yàn)參數(shù)，使得試驗(yàn)周期縮短，試驗(yàn)成本降低，可用來重復(fù)的對(duì)大量試件進(jìn)行試驗(yàn)。但這種試驗(yàn)方法所測(cè)得的結(jié)果，不能完全反映出實(shí)際工況復(fù)雜的摩擦磨損狀況，往往只用于研究，只有精確的模擬試驗(yàn)得到的結(jié)果才有較好的實(shí)用性。
摩擦磨損模擬試驗(yàn)的主要參數(shù)是試驗(yàn)力、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、環(huán)境溫度、試驗(yàn)時(shí)間、潤(rùn)滑介質(zhì)和摩擦形式等。由于影響摩擦磨損的因素眾多，而摩擦磨損本身就較為復(fù)雜，稍微改變某一試驗(yàn)參數(shù)就可能導(dǎo)致試驗(yàn)材料的摩擦磨損性能發(fā)生較大的改變，而且各種因素又是相互關(guān)聯(lián)的，所以很難通過模擬試驗(yàn)就能清晰地分辨出其影響因素并且量化。材料的摩擦磨損性能與材料的強(qiáng)度、硬度不同，它不是材料的固有特性，而是在一定條件下物理特性和化學(xué)特性的綜合表現(xiàn)，固材料的摩擦磨損性能是相對(duì)的，是在一定條件下對(duì)材料抗摩耐磨性能的描述。
2.摩擦磨損試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)設(shè)備選型
2.1固體材料摩擦磨損試驗(yàn)的設(shè)計(jì)
摩擦磨損試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康目煞譃閮纱箢悾阂环N是研究性的摩擦磨損試驗(yàn)，主要研究摩擦磨損現(xiàn)象的規(guī)律性，了解和探討摩擦磨損現(xiàn)象的機(jī)理，以及影響摩擦磨損性能的有關(guān)參數(shù)；另一種是應(yīng)用性的摩擦磨損試驗(yàn)，主要將試驗(yàn)的結(jié)果直接應(yīng)用到生產(chǎn)中。
固體材料的摩擦磨損試驗(yàn)采用的主要接觸形式就是點(diǎn)、線、面。試驗(yàn)者要根據(jù)自己的實(shí)際模擬工況，選擇合適的模擬接觸形式，以求試驗(yàn)結(jié)果更具有真實(shí)性。能模擬點(diǎn)、線、面等摩擦形式的試驗(yàn)機(jī)主要有MMW-1A 型立式萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、MMS-2A型磨損試驗(yàn)機(jī)、MMU-10G型材料端面摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、MRH-3型高速環(huán)塊試驗(yàn)機(jī)等，這些試驗(yàn)機(jī)均可評(píng)定各種固體材料的摩擦磨損性能。下面對(duì)上述各種設(shè)備的使用范圍逐一做出簡(jiǎn)要介紹。
2.2摩擦磨損試驗(yàn)的設(shè)備選型原則
在進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)設(shè)備選型時(shí)，要遵循以下原則：
① 模擬形式要最大程度的模擬實(shí)際工況（試驗(yàn)條件）；
② 試樣易于制備，節(jié)約試驗(yàn)成本；
③ 可更改試驗(yàn)條件性好，以便縮短試驗(yàn)周期；
④ 試驗(yàn)設(shè)備易于操作。
2.3固體材料摩擦磨損試驗(yàn)的設(shè)備選型
① MMW-1A型立式萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的最大加載負(fù)荷為1000N、摩擦副相對(duì)最大運(yùn)動(dòng)速度為7.2m/s、可測(cè)定的最大摩擦力矩為5N·m，它可以滾動(dòng)、滑動(dòng)或滑滾復(fù)合運(yùn)動(dòng)的摩擦形式，用來評(píng)定潤(rùn)滑劑、金屬、塑料、涂層、橡膠、陶瓷等材料的摩擦磨損性能。該試驗(yàn)機(jī)可配備多種摩擦副，如銷盤摩擦副、止推圈摩擦副、球盤摩擦副、凸輪齒輪摩擦副、粘滑摩擦副、四球摩擦副等。銷盤摩擦副分為圓頭銷-盤摩擦副、圓柱銷-盤摩擦副、方銷-盤摩擦副，圓頭銷-盤摩擦副主要模擬點(diǎn)面接觸摩擦形式，圓柱銷-盤摩擦副和方銷-盤摩擦副主要模擬面面接觸摩擦形式。止推圈摩擦副是兩個(gè)圓環(huán)面接觸，在一定的接觸應(yīng)力下作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，該摩擦副主要模擬面面接觸摩擦形式。球盤摩擦副是上試樣用標(biāo)準(zhǔn)直徑ø12.7或ø6.35的鋼球，下試樣為試驗(yàn)者自定材料制成的盤在一定接觸應(yīng)力下作相對(duì)運(yùn)動(dòng)而模擬點(diǎn)面摩擦形式。凸輪齒輪摩擦副是一種模擬滾滑復(fù)合運(yùn)動(dòng)的摩擦形式，其結(jié)構(gòu)是由中間滾子用標(biāo)準(zhǔn)圓柱銷，滾子上下各有試驗(yàn)者自定材料的摩擦偶件組成的，該摩擦副模擬線面接觸摩擦形式，主要用于軸承模擬摩擦磨損試驗(yàn)中。粘滑摩擦副和四球摩擦副是用在油品摩擦潤(rùn)滑性能的評(píng)定，具體使用范圍將在后面潤(rùn)滑油摩擦磨損試驗(yàn)中介紹。另外該機(jī)還具有對(duì)摩擦副加熱功能，對(duì)摩擦副添加液體介質(zhì)功能，可使各種試驗(yàn)在一定溫度下、某種液體介質(zhì)中進(jìn)行，還可根據(jù)試驗(yàn)者的實(shí)際應(yīng)用制作出特種形式的摩擦副。
② MMS-2A型磨損試驗(yàn)機(jī)的最大加載負(fù)荷為2000N、可測(cè)定的最大摩擦力矩為15N·m，它主要是用來試驗(yàn)各種金屬、非金屬材料（尼龍、塑料等）在滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦、滾滑復(fù)合摩擦等狀態(tài)下及在濕摩擦、干摩擦、磨料磨損等工況下的耐磨性能。該試驗(yàn)機(jī)是GB3960-83《塑料滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)方法》和GB/T12444.1-90《金屬磨損試驗(yàn)方法》指定使用機(jī)型，它能模擬線線接觸、面面接觸的摩擦形式。模擬線線接觸的摩擦副有環(huán)環(huán)摩擦副、環(huán)塊摩擦副等，模擬面面接觸的摩擦副有環(huán)蝶摩擦副（2α角接觸）。該試驗(yàn)機(jī)的最大特點(diǎn)是環(huán)環(huán)摩擦副間有多種相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式，如純滾動(dòng)形式，即一個(gè)試樣作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另一試樣保持自由狀態(tài)，在摩擦力的作用下與對(duì)磨試樣做滾動(dòng)摩擦；純滑動(dòng)形式，即一個(gè)試樣作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另一試樣固定不動(dòng)；反向滑動(dòng)形式，即一個(gè)試樣作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另一試樣作反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成相對(duì)速度較大的滑動(dòng)摩擦；滾滑復(fù)合運(yùn)動(dòng)形式，即一個(gè)試樣作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另一試樣作同向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但兩試樣旋轉(zhuǎn)速度有一定的速比，形成帶有滑差率的滾滑復(fù)合運(yùn)動(dòng)。另外，該機(jī)還具有往復(fù)摩擦、間歇摩擦功能，做往復(fù)摩擦?xí)r最大往復(fù)運(yùn)動(dòng)距離達(dá)4mm。
③ MMU-10G型材料端面摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)最大加載負(fù)荷為10kN（液壓加載），試驗(yàn)溫度最高可達(dá)800℃，主要是采用滑動(dòng)摩擦的形式，在規(guī)定的試驗(yàn)條件下用來評(píng)定各種金屬材料、工程塑料、粉末冶金、合金軸承等的摩擦磨損性能。該設(shè)備的主要特點(diǎn)是加載負(fù)荷大、試驗(yàn)溫度高等，比較適合于金屬材料干摩擦工況下摩擦偶件摩擦系數(shù)及磨損率的測(cè)試。端面摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)摩擦偶件的接觸形式為面面接觸，即上試樣為環(huán)形端面或圓柱銷端面，下試樣為盤形端面。試驗(yàn)時(shí)，下試樣固定不動(dòng)，上試樣在一定的載荷下與下試樣接觸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
④ MRH-3型高速環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)主要是用于各種潤(rùn)滑油和脂的潤(rùn)滑性能評(píng)定，尤其適用于中、高檔汽車齒輪油抗擦傷性能的評(píng)定，也可用于固體潤(rùn)滑材料的潤(rùn)滑性能評(píng)定及各種金屬與非金屬材料的磨損試驗(yàn)。GB/T12444.2-90《金屬磨損試驗(yàn)方法》、SH/T0073-91《噴氣航空燃料抗磨指數(shù)測(cè)定法》等指定在高速環(huán)塊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。高速環(huán)塊試驗(yàn)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)5000r/min。該設(shè)備的摩擦偶件接觸形式為線接觸，即上試樣塊下平面與下試樣環(huán)圓周面的切線接觸。在做潤(rùn)滑油和脂的潤(rùn)滑性能試驗(yàn)時(shí)，用標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)塊試樣，把試驗(yàn)油或脂加注到試驗(yàn)腔體內(nèi)，讓標(biāo)準(zhǔn)環(huán)塊試樣在試驗(yàn)油或脂中在一定的試驗(yàn)條件下作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。試驗(yàn)結(jié)束后，可測(cè)取試塊上磨痕的寬度來評(píng)定試驗(yàn)油或脂的潤(rùn)滑及抗擦傷性能。在做各種金屬與非金屬材料的磨損試驗(yàn)時(shí)，把試驗(yàn)材料制成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的環(huán)和塊試樣，在一定的試驗(yàn)條件下（載荷、轉(zhuǎn)速、時(shí)間、溫度、潤(rùn)滑等），使摩擦偶件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在試驗(yàn)過程中，測(cè)量摩擦偶件間的摩擦系數(shù)以評(píng)定其摩擦性能，試驗(yàn)結(jié)束后還可用失重法測(cè)得在該試驗(yàn)條件下的磨損率。
4.綜述
摩擦磨損試驗(yàn)的設(shè)計(jì)是摩擦學(xué)研究中重要一個(gè)環(huán)節(jié)，而在設(shè)計(jì)摩擦磨損試驗(yàn)中又離不開試驗(yàn)設(shè)備的選型。只有正確的選取試驗(yàn)設(shè)備，精確的模擬實(shí)際使用條件，才能得到實(shí)用性好、表征明顯的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以利于研究和實(shí)際應(yīng)用。
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