一种光电自动监测的摩擦试验机

　　0　前言

　　摩擦和磨损普遍存在于人们的生活实践中,从日常生活、机器的运转、传动、制动到车辆行驶、材料的切削等生活实践,以及人类关节的活动、地壳的运动,无不受到摩擦和磨损的作用1.摩擦引起能量的转换,世界能源的二分之一到三分之一消耗于摩擦;磨损导致表面损坏和材料消耗,而机械零件的80%失效原因是磨损2.人们一直试图控制摩擦,减小磨损,而把摩擦作为一种科学则是近二三十年的事.摩擦现象发生在表面层,影响因素多,发生过程复杂,摩擦学研究要求对摩擦副的摩擦磨损特性参量进行测试,其中包括由表及里、由宏观到微观、由定性到定量各种测试方法和技术.摩擦磨损试验是主要的测试手段,分为两大类:1)使用试验,即在实际运转条件下的试验,这是早期进行摩擦磨损试验的主要方法,其数据真实性和可靠性好,但费用高、周期长,且实际条件不固定,数据重复性、可比性差;2)试验室试验,这主要是在通用或专用的摩擦磨损试验机上进行试验,对摩擦过程中的各种参量进行测量、记录,对材料的摩擦表面形貌进行记录、分析.摩擦磨损试验机种类繁多,常用的摩擦试验机有国产的ML-10销盘式摩擦试验机、磨料摩擦试验机、M-200型磨损试验机、MHK-500型环块式试验机等等3.这些摩擦试验机对摩擦试件的观察都是静态选位观察,其方法简单易行,但不能获得摩擦过程的动态信息,无法对摩擦过程进行动态观测和记录.为了动态观测和记录摩擦过程,获得摩擦过程的动态信息,我们结合多年来从事光测设备研制的经验,研制一套多功能的自动化程度较高的盘-销式摩擦试验机.

　　1　试验机的组成和工作原理

　　1.1　试验机的组成

　　摩擦试验机主要由以下几个部分组成:可控直流电机、电机调速器、平板玻璃盘、摩擦加载和测力部件、两个X-Y调整架、光学系统、录象机、图象采集卡、A/D板、计算机.原理框图见图1.

　　1.2　工作原理

　　参见图1.可调速直流侍服电机在直流调速器的控制下,带动平板玻璃摩擦盘绕主轴高速旋转.转速测量器实时测量和显示摩擦盘转动的速度.摩擦加载部件给试件施加一垂直于玻璃表面的作用力,两个拉压传感器实时测量相互垂直的正压力和摩擦力,并将传感器输出的电信号经变送器和放大器变为标准的电压信号通过基于PCI总线的A/D板将测量结果输入计算机.

　　在摩擦盘的另一侧,光源经聚光镜和分光镜照明平板玻璃的摩擦部位,该部位的图象由摄影物镜成象到CCD摄象机中(参见图2).CCD摄象机采集该图象,送入录象机记录,并通过图象采集卡送入计算机进行图象处理和显示.摩擦加载部件和CCD电视摄象系统分别装置在两个X-Y调整架上,使其相对于摩擦玻璃盘的位置可以根据需要进行调整,并且做到两面均可观察.