摩擦试验机概述

摩擦试验机概述

发表时间：2009-05-26T10:52:53.810Z 来源：《中小企业管理与科技》2009年4月下旬供稿作者：赵亮[导读] 本文从摩擦学的学科背景开始，重点讲述了摩擦试验机的分类以及摩擦试验机的现状，并对摩擦试验机的发展趋势进行了展望。摘要：本文从摩擦学的学科背景开始，重点讲述了摩擦试验机的分类以及摩擦试验机的现状，并对摩擦试验机的发展趋势进行了展望。关键词：摩擦试验机分类

1 课题背景

摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、润滑和磨损，以及三者间相互关系的理论与应用的一门交叉学科。摩擦学研究的对象很广泛，在机械工程中主要包括动、静摩擦；零件表面受工作介质摩擦或碰撞、冲击；机械制造工艺的摩擦学问题；弹性体摩擦；特殊工况条件下的摩擦学问题；深海作业的高压、腐蚀、润滑剂稀释和防漏密封等情况下的摩擦。摩擦学涉及许多学科。如完全流体润滑状态的滑动轴承的承载油膜，基本上可以运用流体力学的理论来解算。在计算摩擦阻力时则需要认真考虑油的流变性质，甚至要考虑瞬时变化过程的效应，而不能把它简化成牛顿流体。为了了解磨损的发生发展机理，寻找各种磨损类型的相互转化以及复合的错综关系，需要对表面的磨损全过程进行微观研究。仅就油润滑金属摩擦来说，就需要研究润滑力学、弹性和塑性接触、润滑剂的流变性质、表面形貌、传热学和热力学、摩擦化学和金属物理等问题，涉及物理、化学、材料、机械工程和润滑工程等学科[1]。

2 摩擦试验机的分类

摩擦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。摩擦磨损试验机的种类繁多，分类的方式各不相同，最具代表性的分类方法有苏联的一种分类法和美国润滑工程师协会的分类法。桂长林参照磨损类型的分类提出了一种按摩擦系统的结构和摩擦副的相对运动形式对摩擦磨损试验机进行分类的新方法。这种分类方法突出了摩擦元素的特点和对试验的特殊功能要求，从而便于采用设计方法学原理对试验机进行设计。这种方法将摩擦磨损试验机分成了五大类: 第一类是固体——固体摩擦磨损试验机(表1.1)

这类试验机根据摩擦副的运动形态又分为5小类，即单项滑动、往复运动，旋转滑动(含滚滑)、冲击和微动摩擦磨损试验机(根据需要可以在摩擦元素间加或不加润滑剂)。可以认为，大部分摩擦磨损试验机种都属于这一大类，它们可以重现粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和摩擦化学磨损。

根据试件的磨损特性和运动特性可以将其分为3小类，即三体磨粒磨损、二体磨粒磨损和动载磨粒磨损试验机。与第一类试验机相比，三体磨粒磨损试验机要在摩擦副的摩擦面上加磨粒。固定磨粒磨损试验机的摩擦副一方是固定磨粒(一般都采用砂布盘)，另一方则可设计成各种不同形式，其特例是研究单个磨粒磨损的试验机。在这一小类试验机中，摩擦副多为销——盘式(转动)或销——板式(往复运动)。为了防止偏磨，销设计成能够自旋，但是摩擦路迹一般不重复。自由磨粒磨损试验机可以设计成试件运动、磨粒运动和试件与磨粒同时运动等3种形式。

第二类是固体——固体加磨粒(或固体——磨粒)的试验机，统称为磨粒磨损试验机(表1.2) 第三类是固体——液体加磨粒(或固体——液体)的试验机(表1.3)。该类试验机的最大特点是使含磨粒(或不含磨粒)的液体冲刷固体表面，因而其关键是要在试件表面形成具有一定流速的液流。通常利用泵、势能和离心力来实现这种目的。从相对运动的原理出发，也可以让试件相对于液体运动。液流和试件形成的冲击角是一个重要参数，通常要求可调。

第四类是固体——气体加磨粒的试验机(表1.3)。

其功能是使含磨粒的气流去冲刷固体表面。作为这类试验机的特例是单颗磨粒冲击装置。这种试验机有以下三种形式:①供气系统加磨粒加喷咀加试件；②高速运动的试件加供给的磨粒。③利用离心力抛出磨粒。第五类是除了以上所述之外的特殊摩擦磨损试验机(表1.3) 可控载荷、可控气氛、高温或低温磨损试验机均可归入此类。这类试验机在摩擦过程中摩擦元素所受的载荷是变化的。可控气氛摩擦磨损试验机有抽真空、通入或不通入特种气体和控制或不控制湿度等特殊要求。密封问题对这类试验机而言十分重要，非接触式传动—磁力传动在这类试验机上也得到了充分的应用。高温或低温摩擦磨损试验机要求在高温或低温下工作，因而需要考虑高温隔热和低温防护，其选材也要能够满足高温或低温要求。

3 摩擦试验机的现状及发展趋势

由于实际摩擦的环境可能千变万化，而进行摩擦试验要模拟实际的摩擦系统，在试验室再现摩擦现象及其规律性，以便对各参数进行观察测量，因此，设计一个满足要求的试验机成为很多人研究的课题。在高温下，材料的力学性能如强度、硬度、变形发生重大变化，同时温度和腐蚀介质等因素也对摩擦学系统的物化性能、力学性能和磨损机理产生影响。近年来，西安交通大学武文忠、邢建东和苏俊义在Fischer A的高温氧化磨损试验机的基础上，研制了一台高温磨损试验机。该试验机的试验温度范围达室温～900℃[2]。

由于受到试验机转速的限制，摩擦副相对运动的速度大多较低(一般不超过10m/s)，然而现代机械装备中许多摩擦副的相对滑动速度相当高，如高速列车制动时，制动盘与刹车片之间的摩擦速度达到60～70m/s。因此，北方交通大学的老师设计了一个盘块式高速摩擦试验机，该试验机的最大滑动速度可达70m/s[3]。

目前使用滑动摩擦试验机正压力小（100KN以下），主要用于滑动轴承磨损对比试验，存在不能准确测量滑动轴承的摩擦系数等缺点。因此，无锡职业技术学院向晓汉等人又研制出一种新型重载滑动摩擦试验机，用于测试滑动轴承的摩擦系数。该试验机采用液压压力机加载，加载的灵活性大，加载压力范围为0～1000KN[4]。