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摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)現(xiàn)狀綜述
摩擦磨損時(shí)材料的三種主要失效形式之一，它所造成的經(jīng)濟(jì)損失是十分巨大的。*大約有1/3——1/2的一次性能源消耗在摩擦磨損上。機(jī)械設(shè)備中零部件的摩擦磨損性能是由材料、工作狀態(tài)、接觸方式和環(huán)境條件等因素決定的。摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)是一種對(duì)材料及潤(rùn)滑劑在給定的條件下進(jìn)行摩擦與磨損性能試驗(yàn)的試驗(yàn)機(jī)。本文所述的試驗(yàn)機(jī)發(fā)展及現(xiàn)狀是針對(duì)國內(nèi)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)而言。
摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)有多種分類方式，例如載荷范圍、摩擦運(yùn)動(dòng)方式、摩擦副等。據(jù)統(tǒng)計(jì)大概有200多種，可以按不同方法進(jìn)行分類。有代表性的是前蘇聯(lián)按模擬摩擦面的破壞形式將摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)分類。
早期的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)是通過純粹的機(jī)械搭建起來的機(jī)器。他通過電機(jī)帶動(dòng)摩擦副往復(fù)運(yùn)動(dòng)來評(píng)定被測(cè)材料和油脂的特性。被測(cè)材料或油脂經(jīng)過試驗(yàn)機(jī)的磨損后需要人為的取出然后做進(jìn)一步的稱重，表面紋理的觀測(cè)等，再經(jīng)過手動(dòng)計(jì)算測(cè)出材料的特性。這種實(shí)驗(yàn)機(jī)僅僅能進(jìn)行簡(jiǎn)單的靜力加載，而且實(shí)驗(yàn)溫度和電機(jī)扭矩等參量都沒有一個(gè)準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)，很難與實(shí)際情況相適應(yīng)。因?yàn)槎嗌俨牧显趯?shí)際應(yīng)用中的磨損所受的壓力都為變力。要想模擬實(shí)際工況，需在試驗(yàn)中能對(duì)傳動(dòng)的速度，沖擊的力量、頻率，潤(rùn)滑的條件等方面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，同時(shí)需對(duì)試驗(yàn)中摩擦力、沖擊力、溫度、載荷、速度、磨損率等工作參數(shù)或摩擦學(xué)特性參數(shù)等能實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。近十年來隨著工程實(shí)際對(duì)材料性能的準(zhǔn)確性要求越來越高，隨著現(xiàn)代自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)和虛擬儀器迅速發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)在控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)分析等方面的應(yīng)用，因此摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)得到了飛速發(fā)展。目前應(yīng)用的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的閉環(huán)自動(dòng)化控制，可以按照給定程序自動(dòng)進(jìn)行連續(xù)的壓力加載，同時(shí)通過各種傳感器與調(diào)理電路直接及CUP的運(yùn)算直接直觀的給出材料的各種性能，更加智能化。例如電磁加載、液壓加載等技術(shù)配合相應(yīng)軟件的使用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的恒力模式、線性增量模式等任意動(dòng)態(tài)模式加載。動(dòng)態(tài)加載技術(shù)的應(yīng)用不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工況更真實(shí)的模擬，而且可以消除高速運(yùn)轉(zhuǎn)下傳統(tǒng)機(jī)械加載帶來的誤差。雖然目前摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)發(fā)展已經(jīng)得到了很大發(fā)展，但是在某些領(lǐng)域仍然有待提高。例如在航空航天機(jī)械內(nèi)部的摩擦是真空狀態(tài)極限溫度下的高負(fù)荷工作，如何能夠貼近于現(xiàn)實(shí)的模擬這類惡劣的工作環(huán)境進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)仍然是一個(gè)難題。雖然目前國內(nèi)對(duì)此也有一些特種摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的問世，但這些目前還無法形成商用，而且處于摸索階段。
我認(rèn)為在未來的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)會(huì)向以下幾個(gè)方向發(fā)展：
?。?）使用高性能的機(jī)械系統(tǒng)和加載系統(tǒng)。高調(diào)速比、高穩(wěn)定性并可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的變頻電機(jī)、伺服電機(jī)等高性能電機(jī)的使用將使試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，而且還能降低試驗(yàn)機(jī)的摩擦損耗，提高整機(jī)的壽命和可靠性。高性能電機(jī)配合相應(yīng)機(jī)械機(jī)構(gòu)還能實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、往復(fù)振動(dòng)等多種運(yùn)動(dòng)方式。
?。?）高精度測(cè)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的應(yīng)用。通過各種高精度傳感器和控制器，可實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)實(shí)時(shí)原位動(dòng)態(tài)采集，并可通過閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)設(shè)定摩擦試驗(yàn)機(jī)的工作方式和運(yùn)行參數(shù)。計(jì)算機(jī)工作站等將引入摩擦測(cè)試系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、處理，并可對(duì)摩擦系數(shù)、轉(zhuǎn)矩、速度、行程等關(guān)鍵參量自動(dòng)數(shù)值計(jì)算，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示、存儲(chǔ)和打印。
（3）試驗(yàn)系統(tǒng)的多樣化。在未來發(fā)展的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)中會(huì)出現(xiàn)多功能融合的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，即可以進(jìn)行油脂的評(píng)定同時(shí)也可以進(jìn)行材料的磨損試驗(yàn)。