高速摩擦磨损试验机的总体设计

　　1 引言

　　摩擦学是一门实践性很强的应用科学，研究材料摩擦磨损行为一般需要借助摩擦磨损试验机测量摩擦副的摩擦磨损特性等一系列参量。在国内的相关研究中广泛使用的试验机有滚子式磨损试验机、四球式摩擦磨损试验机、往复式摩擦磨损试验机、切人式摩擦磨损试验机、盘销式摩擦磨损试验机等。

　　这些摩擦试验机多采用静态选位法观察摩擦试件，虽然简单易行，但不能获得摩擦过程的动态信息，更不能对磨损(摩擦)过程进行动态观测及动态数据记录;另外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10而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，如高速列车运行时的速度约为300km/h，制动时制动盘与刹车片之间的摩擦速度为60~70m/s。而目前还未曾见到可用于高速条件下数据动态测量所需的商用摩擦磨损试验机。

　　本文主要介绍自行研制的盘块式高速摩擦磨损试验机。该试验机的最大滑动速度为70耐s，可以测量高速状态下的摩擦学参数，也可模拟高速列车制动过程;适合于金属材料、陶瓷材料、复合材料等固体材料及表面涂层的摩擦学试验研究;并可以实现多个测试数据的即时显示与同步记录。

　　2试验机系统实现的功能

　　高速摩擦磨损试验机要达到的性能指标如下:

　　(l)可满足高速、高温、高载荷下的测试要求;

　　(2)试验过程中摩擦块与试验盘之间始终保持贴合状态，无振动现象;

　　(3)试块装卡便利、可靠，无松缓、卡死现象;

　　(4)通过计算机用户界面可以选择试验内容、监测显示方式和数据文件的生成等;

　　(5)可以由计算机界面实时观察试验参数的变化情况。

　　3试验机系统的组成和工作原理

　　本摩擦磨损试验机主要由动力、惯性、夹持、加载、测试和控制系统构成。

　　3.1动力系统

　　动力传动系统由三相鼠笼式异步电动机、O型三角传动带、精密轴承等部分组成。异步电动机输出的动力通过三角带传输到主惯性轴，最终输出到摩擦盘上。摩擦盘的转动速度由一台SIEMENSMMv变频器来调节。

　　3.2‘惯性系统

　　惯性系统采用超静定、大刚度惯性系统，包括主轴、惯性轮等部分。主轴输出端(驱动试验盘)最大挠度小于0.05卜m，以此保证较高的回转平衡精度，从而减小机体的振动和噪音。试验机采用质量较大的惯性轮来增大系统的回转惯性，从而使试验机转速稳定。

　　3.3夹持系统

　　夹持系统主要完成夹持试样的功能，做到试验过程中试样装夹方便可靠，无松缓、卡死现象，以保证试验的安全性和试验数据的真实性。试验盘试样的夹持采用装卡盘装置，通过卡盘座、卡盘压板和定位螺栓来夹紧圆盘试样。其主要优点是在保证卡紧试样的同时，能够保证试验过程中圆盘与摩擦块保持对心，避免出现圆盘偏心或飞盘现象。试块的夹紧装置采用楔形结构，夹紧结构简单而可靠。