第四章-摩擦磨损试验及测试技术解析

2、磨损量的测量： 机械零件的磨损量可以用磨下材料的质量、体积 或者磨去的厚度来表示。 ① 称重法： 用称量试件在实验前后的质量变化来确定磨损量。 这种方法简单，采用最普遍。通常采用精密分析天平 称重，测量精度为0.1mg。 由于测量范围的限制，称量法仅适用于小试件。 为保证称重的精度，试件在称重前应当清洗干净并 烘干，避免表面有污物或湿气而影响重量的变化。 对于多孔性材料，在磨损过程中容易进入油污而不 易清洗，称重法往往误差很大。 若试件在摩擦过程中重量损失不大，而只发生较大 的塑性变形，则称量法不能反映表面磨损的真实情 况。
(3)销盘式试验机 用于面接触摩擦副的摩 擦磨损试验。 工作原理： 试验时，销固定不动，盘 做旋转运动。通过力传感 器采集试验过程总摩擦力 和载荷的变化，通过位移 传感器对试样的总磨损进 行测量。 主要用于在滑动条件下，评价材料的摩擦系数 和磨损率，研究工况参数对摩擦性能和磨损机 理的影响，是目前用途最广泛的摩擦磨损试验 设备。
第四章 摩擦磨损实验及检测 分析技术
一、概述 1、摩擦磨损实验研究的必要性： 要研究摩擦学的理论，确定各种因素对摩擦、 磨损性能的影响，研究新的耐磨、减摩及摩阻材
料和评定各种耐磨表面处理的摩擦、磨损性能，
个方面，即：摩擦
磨损实验方法和摩擦磨损实验测试装置。
四、摩擦磨损实验中的参数测量
1、摩擦系数或摩擦力的测量 ① 机械式： 载荷W通过上试件1加到下试件2上。 下试件(半径为r)旋转，上试件固 定。试样间的摩擦力使下主轴产 生一个力矩，此时与主轴相连的 砝码产生一个偏角，来平衡摩擦 力产生的摩擦力矩，偏角反应了 摩擦力矩P的大小，可以直接从标 尺读出，由此摩擦力矩可以换算 出试件上的摩擦系数μ μ= P/(W r) ② 电测法：把压力传感器附加到测力元件上，将摩擦力 转换成电信号，输入到测量和记录仪上，自动记录下 摩擦过程中摩擦力的变化。这种方法目前已普遍应用。
该试验机的评定指标有： 磨损一负荷曲线：在双对数坐标上， 基于不同负荷下三个固定钢球的平均 磨痕直径所作的曲线。 赫兹线：由于弹性变形所产生的圆形 接触面的理论直接与静载荷的关系。 ①最大无卡咬负荷PB：在试验条件下不发生卡咬的最高负 荷，它代表油膜强度。 卡咬：钢球摩擦面之间出现局部的金属转移。这种现象以 摩擦和磨损增大为标志，并导致三个固定球上呈现粗糙的 磨痕，转动球上呈现粗糙的环。 ②烧结负荷PD：试验条件下使钢球发生烧结的最低负荷， 它代表润滑剂的极限工作能力。 烧结：试件摩擦面之间出现金属熔化，并使之相互结合的 现象，此时四个球就烧结在一起形成宝塔形。
②测长法： 测长法是测量摩擦表面法向尺寸在试验前后 的变化来确定磨损量。 常用测量长度仪器，如千分尺、千分表、测 长仪、万能工具显微镜、读数显微镜等。 为了便于测量，往往在摩擦表面人为地做出 测量基准，然后以此测量基准来量度摩擦表面的 尺寸变化，测量基准是根据试件形状和尺寸，在 不影响试验结果的条件下设置的，其形式有：
(2)环块式试验机 又称Timken试验机，用 于线接触摩擦副的摩擦磨损 试验。 工作原理：主动件是标准 旋转圆环，被动件是被固 定的标准尺寸矩形块。 通过测量不同载荷下，被 动试件矩形块上出现的条 形磨痕宽度，以及摩擦副 材料间的摩擦力、摩擦系 数，来评定润滑剂的承载 能力以及摩擦副材料的摩 擦磨损性能。
二、摩擦磨损实验的分类：
目前采用的实验方法可以归纳为下列三类： 1、实验室试件实验 根据给定的工况条件, 在通用的摩擦磨损实 验机上对尺寸较小、结构简单的试件进行实验。 由于实验室实验的环境条件和工况参数容易 控制, 因而实验数据的重复性较高, 实验周期短, 实验条件的变化范围宽, 可以在短时间内取得比 较系统的数据。 但由于实验条件与实际工况不完全符合, 因 而实验结果往往实用性较差。 实验室实验主要用于：各种类型的摩擦磨损 机理和影响因素的研究, 以及摩擦副材料、工艺 和润滑剂性能的评定。
2、模拟性台架实验 在实验室实验的基础上，根据所选定的参数 设计实际的零件，模拟零件的实际工作条件，进 行台架实验。 由于台架实验的条件接近实际工况，增强了 实验结果的可靠性。同时，通过实验条件的强化 和严格控制，也可以在较短的时间内获得系统的 实验数据；并且能够预先给定可控制的工况条件， 并能够测得各种摩擦磨损的参数，进行摩擦磨损 性能影响因素的研究。 台架实验的主要目的在于：校验实验室实验 数据的可靠性和零件磨损性能设计的合理性。 常见的台架实验台有：轴承实验台、齿轮实 验台、凸轮挺杆实验台等。
三、摩擦磨损实验的模拟问题和实验参数选择：
1、摩擦磨损试验模拟 摩擦磨损性能是摩擦学系统在给定条件下的 综合性能, 因此, 实验结果的普适性较低。所以 在实验室实验时, 应当尽可能地模拟实际工况条 件。 2、实验参数的选择 模拟的摩擦磨损试验系统中最多有四种参数 可以与实际摩擦系统不同：①载荷；②速度；③ 时间；④试样尺寸和形状。而在其他方面，例如 摩擦运动方式、引起磨损的机理、组成摩擦系统 的各要素及其材料性质、摩擦时的温度及摩擦温 升、摩擦系数等模拟的和实际的系统两者必须相 同或相似。
四、摩擦磨损实验机：
1、摩擦磨损试验机分 类 按摩擦副的接触形式和 运动方式分： 点、线、面接触；滑动、 滚动、滚滑、往复运动。
2、常用的摩擦磨损试验机 (1)四球式试验机 工作原理： 由四球(1个上球3个下球) 组成摩擦副(如图所示)， 上球卡在夹头内，下球组 固定不动，上球与下球组 相接触。工作时，上球由 主轴带动旋转，通过加载 系统向下球组加载。 主要用途： 主要用来评定润滑剂的性 能。
3、实际使用实验 在上述两种实验的基础上, 对实际零件进行 使用实验，使用实验是在实际运转现场条件下进 行的。 这种实验的真实性和可靠性最好。 但是实验周期长、费用大, 实验结果是各种 影响因素的综合表现，因而难以对实验结果进行 深入分析。这种方法通常用作检验前两种实验数 据的一种手段。 **上述几种类型的试验各有特点，在磨损磨损研 究工作中，通常先在实验室里进行试样实验，然 后再进行模拟性台架实验和实际使用实验，构成 一个所谓的“实验链”。