基于虚拟仪器技术的多功能摩擦磨损试验机的研制

　　摩擦磨损不但是机械设备效率低下的原因,也是致使设备失效的主要形式。机械设备中零部件的摩擦磨损和零件材料、工况环境(压力、冲击、温度和润滑)等因素紧密相关。因此能模拟实际工况的专业摩擦磨损试验机是摩擦学试验研究必不可少的工具,摩擦磨损试验机的先进性和多功能性直接关系到实验研究的精度和可靠性。国内外许多研究人员在这方面进行了大量研究[1-2]。要想模拟实际工况,需在试验中能对传动的速度,冲击的力量、频率,润滑的条件等方面实现自动控制,同时需对试验中摩擦力、冲击力、温度、载荷、速度、磨损率等工作参数或摩擦学特性参数等能实时进行数据采集。

　　对于传统的摩擦磨损试验机来说,主要研究的是静载荷对摩擦磨损过程的影响。但实际上摩擦副所传递的载荷与机构的形式、阻力特性和动力源形式等有关,往往是随时间变化的动载荷,如圆柱直齿齿轮副工作时轮齿间的接触载荷所受到的载荷等。而动载荷作用下,磨损规律的研究还鲜有文献报道[3]。随着现代自动化测试技术和虚拟仪器迅速发展,以及计算机技术在控制、测量和数据分析等方面的应用,摩擦学测试技术面临着前所未有的发展机遇。为此,作者结合生产实际和现有条件研制了一种基于虚拟仪器的多功能摩擦磨损试验机,该实验机可实现模拟旋转副在不同转速、不同工况(冲击或恒定)载荷和不同润滑条件下的摩擦磨损试验研究。试验机由伺服电机驱动,对速度实现全闭环控制[4];采用虚拟仪器技术通过数据采集卡实现各参数的自动数据采集和处理,大大提高了实验的方便性和科学性。并以正弦波冲击载荷对摩擦磨损的影响进行了实验研究。

　　1　试验机主要功能

　　通过对已有摩擦试验机的调研,考虑到科研、教学需要和功能延伸[5],试验机采用了先进的控制技术和传感技术,采用基于虚拟仪器的Labview平台开发控制软件实现各参数的采集和处理[6],使试验机结构简单,使用方便。研制的样机如图1所示。

　　1·1　试验机的主要功能

　　(1)对转动速度实现闭环自动控制。试验机由交流伺服电机驱动,电机的驱动器通过下位机和上位机相连,通过读取电机上编码器的读数和设定的速度比较来实现对速度的闭环控制和自动调节。

　　(2)可以实现各种实际工况的模拟。通过调节旋转速度、冲击的力度和频率、润滑情况实现工况的模拟,这些量的控制在程序中进行设定,再通过下位机实现对各物理量的控制。

　　(3)软件系统是基于虚拟仪器技术,在Labview软件平台上开发的,对各试验参数的控制和采集通过数据采集卡由上位机实现数据的采集和处理。