环-块摩擦磨损试验机设计研究

　　一、引言

　　近年来， 由于摩擦带来的灾难越来越多。 机器运转时各运动机构之间的摩擦造成能量的无益损耗和机器寿命的缩短， 并降低了机械设备的工作效率;我国大型设备由于摩擦导致的事故也频繁发生， 不但给人民的生命财产带来了巨大损失， 更严重影响了社会的稳定和发展， 如何准确地测量摩擦系数然后对设备的摩擦进行处理成为研究人员关注的焦点问题[1-3]， 因此有效地评判摩擦体的摩擦特性是相当重要的， 而摩擦系数是表征摩擦学特性的重要参量，它不仅可以评定一种摩擦材料的减磨性能， 而且还可以根据它的变化趋势测试材料的耐磨效果， 另外试验中摩擦系数的突变还可以在一定程度上反映材料表面层特性的突变以及失效的形式。 所以， 在动静试样相互摩擦运动时测量出试验材料的摩擦系数是相当必要的[5]。

　　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[6]。因此就需要摩擦磨损试验机来测量这些数据， 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[7-10]种类繁多， 但是闭环控制系统自动执行的环块摩擦磨损试验机种类并不是很多。 为此本文参照了机床的设计方式， 设计了闭环自动控制环块摩擦磨损试验机， 采用机床导轨和丝杆传动提高了试验机的试验精度。

　　二、试验机总体介绍

　　该环块摩擦磨损试验机主要由主动模块和被动模块两大部分构成。 如图1所示， 主动模块主要包括摩擦环旋转驱动电机、 传动轴 、 联轴器 、 轴承座 、轴承、 螺栓、 二维移动平台等。 被动模块主要包括摩擦块加载电机、 丝杠、 螺母、 测力传感器Ⅰ、 测力传感器Ⅱ、 螺栓、 联轴器、 夹紧装置等。在主动模块上伺服电机轴的伸出端通过梅花形联轴器与传动轴连接， 中间用轴承支承。 轴承安装在轴承座上， 对传动轴起固定和支承作用， 传动轴的端部安装主动摩擦环; 在被动模块上 ， 加载电机的输出端通过联轴器与丝杠相连， 旋转螺母旋在丝杠上， 螺母上端与测力传感器Ⅰ相连， 测力传感器Ⅰ通过支撑架与测力传感器Ⅱ相连， 测力传感器Ⅱ上端安装夹具体， 测力传感器Ⅰ水平放置测量摩擦力， 测力传感器Ⅱ竖直放置测量加载正压力 ， 摩擦块夹在专用夹具上， 保证了摩擦环与摩擦块相互接触摩擦。

　　三、试验机工作原理

　　当摩擦环与摩擦块装好后， 在主动模块上通过伺服电机控制器控制主动摩擦电机1旋转， 驱动主动轴旋转， 带动安装在传动轴末端的摩擦环旋转; 通过伺服电机控制器控制被动摩擦块加载电机旋转，带动丝杠旋转， 从而使大螺母向上移动， 推动两个测力传感器向上移动， 推动夹具带着摩擦块向上移动， 使摩擦环与摩擦块进行加载 ， 从而实现摩擦环与摩擦块的摩擦实验。 二维移动平台利用丝杠和滚珠导轨制成， 通过电机驱动二维移动平台移动实现摩擦环前后移动， 使摩擦环与摩擦块能够接触并加载， 实现直径在一定范围内的摩擦环与一定厚度的摩擦块进行摩擦实验， 设计结构中有两个测力传感器， 分别为测力传感器Ⅰ和测力传感器Ⅱ， 传感器的安装如图2所示。