高速滑滚接触摩擦试验机的研制

　　在航空航天和高新工程等复杂装备领域,以高速、重载、高低温、长寿命工作环境等为代表的极端工况环境,对运动部件的摩擦学特性提出了更高要求。揭示极端工况环境对摩擦副表面结构、润滑性能演变、摩擦副损伤和润滑失效行为之间的本质规律,建立面向航空航天、高新工程应用的润滑抗磨损材料的设计和评价方法成为行业发展的基础科学问题[1]。

　　轴承和齿轮工作时摩擦副接触区滑动和滚动同时存在,工况复杂多变,摩擦副相对运动速度有多种可变的模式,研究这类摩擦副在苛刻工况条件下的摩擦学行为和失效规律,就要对轴承和齿轮的滑滚比、接触应力、温度、转速等工作参数进行模拟,实现轴承和齿轮摩擦副的工作工况。传统的试验机大多是通用型的,只能实现试件在某单一工况下的运行,不能够对基体材料的实际工况进行模拟,而且试验能力不能满足模拟苛刻工况环境的需要[2-6]。因此,需要研制模拟特殊工况环境的试验机。

　　本文作者对高温高速滑滚接触摩擦试验机的构成和性能进行了介绍,并利用此试验机进行了摩擦副材料表面失效试验。

　　1　试验机系统

　　1·1　试验机系统的组成

　　试验机系统的组成如图1所示,可分为机械系统、动力系统、加载系统、供油润滑系统、数据测量与采集系统、控制与监控系统6个部分。

　　(1)机械系统:变速箱和滚子试验箱设计为一体,形成箱体嵌套结构。变速箱输出轴分别与试验箱输入轴通过连轴器联结,为对试验件施加载荷,将其中一个试验件的支撑轴承座设计为可活动的,通过销轴与试验箱相联,由于活动轴承座的受力作用点与两试验滚子的接触点在同一轴线上,通过加载杆给活动轴承座施加载荷即可实现两试验件之间接触载荷的施加。机械系统如图2所示。

　　(2)动力系统:试验机的动力由一台高速电机提供,由变频器实现无级变速,最高转速20 000r/min,主要由变频器、高速电机、空气压缩机、油气发生器、水冷却装置等组成。

　　(3)加载系统:本试验机采用手动液压加载,加载过程中载荷波动小,结构简单,可靠性高。在液压缸与试验机加载顶杆之间加力传感器,直接进行测量,测量更准确。

　　(4)供油润滑系统:润滑系统由油箱、油泵、电机、各传感器及相关的液压元件组成,主要为机械系统的支撑轴承及齿轮传动提供喷油润滑,以延长其轴承、齿轮的寿命和增强系统可靠性。变速箱和试验箱分别有单独的供油系统,其中试验箱供油系统还具有为试验件喷油润滑的功能,可以实现对试验箱进行控温润滑和润滑介质的变换。