喷涂层磨损寿命试验机的研制及其应用

　　1　引　言

　　热喷涂技术是目前再制造工程领域内提高表面耐磨性最有效技术之一[1]。热喷涂层在汽车发动机缸体、曲轴的再制造修复、军工产品的战时抢修中所占的比例越来越大[2]。随着涂层工作时间的增长和服役工况的恶劣,由此产生了严重磨损,甚至涂层突然失效的现象,造成装备的重大事故。由此,对预测和研究零件表面涂层的磨损寿命提出了更高的要求。

　　目前,对涂层磨损性能的研究主要是对零件表面涂层摩擦系数、磨损量等磨损性能进行对比评价,缺乏涂层磨损失效时,根据磨损动态信息的变化规律检测磨损寿命值的功能。前期试验研究发现[3],涂层在加速磨损过程中,快速经历跑合磨损期、稳定磨损期以及剧烈磨损期,根据以上三个不同时期振动、温度、摩擦力和位移的变化规律,可找到涂层磨损失效时间判据点,从而得到涂层磨损寿命。因此,本文主要是设计一种适合在线检测涂层磨损寿命的试验机,特别是实时反映涂层从开始服役到最终失效整个磨损过程各种动态信息的变化规律。

　　2　试验机的设计

　　针对工程应用中再制造零部件表面涂层磨损寿命的评估要求,研制的磨损寿命试验机主要功能就是测量模拟不同条件下,再制造零部件表面涂层的磨损寿命。判断是否达到涂层磨损寿命主要有以下4个标准:摩擦温度剧烈上升、磨损垂直位移量达到预警值、振动量剧烈上升、摩擦力剧烈变化。鉴于此,涂层磨损寿命试验中需要测量的参数有:(1)对磨销与对磨盘之间的摩擦力;(2)涂层磨损的垂直位移量;(3)对磨销与对磨盘之间的振动量;(4)对磨销与对磨盘之间摩擦温度。试验机主要包括摩擦驱动部件、加载部件和信号测试采集部件。

　　2·1　摩擦驱动部件

　　摩擦驱动部件的作用是保证摩擦副主轴以一定转速平稳旋转,主要包括电机驱动系统控制驱动电机,驱动电机驱动主动轮旋转,主动轮与从动轮之间通过传动带连接,从动轮套设于摩擦副主轴外并带动其旋转,摩擦副主轴上设有对磨盘;选定额定功率为400W、转速范围0~4000r/min的无刷直流电机作为整个试验机的动力装置。采用48V电源供电,通过WS-32C高性能驱动器驱动电机,驱动电路原理如图1所示,使得电机实现正反转和无级变速功能,并保证运行平稳、振动小、噪音低。

　　试验机核心部分———摩擦副采用销-盘式接触,模拟实际工况中的面-面接触,摩擦副工作原理如图2所示。对磨盘为GCr15或陶瓷材料,通过电机带动旋转。对磨销采用调质45#钢,销底面为喷涂层。摩擦副主轴主要是受扭转力,根据轴受扭转时的强度校核条件确立轴的最小直径[ 4 ],并考虑与轴承的配合以及轴向定位。