1试验机原理以及测试方法

（一）试验机原理

选用可调速电动机，经联轴器带动主轴旋转，从而驱动载物盘回转，试件安装在载物盘中并随载物盘一起回转，摩擦球装在夹具中。载荷由砝码添加到加载盘中，由传感器直接测的摩擦副所受的正压力，摩擦力由另一传感器经计算后得出。工作时，可在下试件表面上滴润滑油（边界润滑），也可不加润滑油（干摩擦）。

（二）测试方法

磨损量的测量通过加载荷的变化来确定，同时摩擦力的测定采用压力传感器来实现，并且通过改变加载荷的大小，可以调节摩擦副的接触正压力。根据库仑定律计算摩擦系数：

μ=F/N

式中：μ——摩擦系数；

F——摩擦力；

N——摩擦副承受的正压力。

图3试验机原理图

2.2总体设计

2.2.1驱动部分和传动部分

（一）驱动部分

（1）选择原理

电动机是一种标准系列产品，使用时只需合理选择其类型和参数即可。电动机的类型有交流电动机、直流电动机、步进电动机和伺服电动机等。直流电动机和伺服电动机造价高，多用于一些有特殊需求的场合；步进电动机常用于数控设备中。由于交流异步电动机结构简单、成本低、工作稳定可靠、容易维护，且交流电源易于获得，故是机械设备最常用的原动机。一般工程上常用三相异步交流电动机，其中Y系列为全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电源电压V，用于非易燃、易暴、腐蚀性工作环境，无特殊要求的机械设备，也适用于某些起动转矩有较高要求的机械，如压缩机等，广泛应用于工农业和国民经济各部门，作为机床、风机、水泵、压缩机、起重运输机械、建筑机械、食品机械、农业机械、冶金机械、化工机械等的动力。在各类时机中，异步电动机应用最广。

（2）具体计算

电动机功率选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。功率选小了不能保证工作机的正常工作，或使电动机因超载而过早损坏；功率选的过大则电动机的价格高，能力又不能充分发挥，由于经常不在满载下运转，效率和功率因素都较低，即所谓“大马拉小车”，造成浪费。

由交流可调速电动机实现无级变速转动，选择电动机：

已知:d=30㎜=0.03m，n=r/min

设μ=0.1～0.3

承受最大扭矩：T=50㎏×9.8N/㎏×μ×0.03=4.41N.m

额定功率：P=×n=×=0.35KW

所以选择YCTD-4B调速电动机，结构示意图4如下：

图4电动机结构示意图

（二）传动部分

（1）选择原则

根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被联接两部件的安装精度等，参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器类型。具体选择时可考虑以下几点：

1）所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。例如，对大功率的重载传动，可选用齿式联轴器；对严重冲击载荷或要求消除轴系扭转振动的传动，可选用轮胎式联轴器等具有高弹性的联轴器。

2）联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，例如膜片联轴器等，而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。

3）两轴相对位移的大小和方向。当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，或工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用扰性联轴器。例如当径向位移较大时，可选滑块联轴器，角位移较大或相交两轴的联接可选用万向联轴器等。

4）联轴器的可靠性和工作环境。通常由金属元件制成的不需润滑的联轴器比较可靠；需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影响，且可能污染环境。含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀性介质及强光等比较敏感，而且容易老化。

5）联轴器的制造、安装、维护和成本。在满足使用性能的前提下，应选用装拆方便、维护简单、成本低的联轴器。例如刚性联轴器不但结构简单，而且装拆简单，可用于低速、刚性大的传动轴。一般的非金属弹性元件联轴器（例如弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、梅花形弹性联轴器等），由于具有良好的综合性能，广泛适用于一般的中小功率传动。

（2）具体选用

由联轴器连接轴2和电动机，查《机械零件设计手册》由轴径和转速等条件选择HL1Y-24型号的弹性柱销联轴器，机器运转时两轴不能分离，只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。工作时是通过主动轴上的键、半联轴器、柱销、另一半联轴器及键而传到从动轴上去的。为了防止柱销脱落，在半联轴器的外侧，用螺钉固定了挡板。它的优点是：结构简单，装拆和更换弹性元件较方便，不需沿轴向移动两半联轴器。柱销为尼龙，耐磨性较好，使用寿命超过橡胶弹性套。缺点是：尼龙柱销弹性不及橡胶，有吸水性，尺寸稳定性较差。补偿两轴相对位移量小。应用：主要用于载荷较平稳，起动频繁，轴向窜动量较大，对缓冲要求不高的传动轴系。工作温度为-20～+70℃。

图5联轴器结构示意图

2.2.2加载试验部分

（一）弹簧

1、弹簧的应用：

弹簧是一种弹性元件，它可以在载荷作用下产生较大的弹性变形。弹簧在各类机械中应用十分广泛，主要用于：

1）控制机构的运动，如制动器、离合器中的控制弹簧，内燃机气缸的阀门弹簧等。

2）减振和缓冲，如汽车、火车车厢下的减振弹簧，以及各种缓冲器用的弹簧等。

3）储存及输出能量，如钟表弹簧、枪闩弹簧等。

4）测量力的大小，如测力器和弹簧秤中的弹簧等。

2、弹簧的作用：

当加载时以及免冲击破坏被测材料表面，影响其摩擦性能的测定，弹簧的设计要保证其上部分落在套筒上，避免重心不稳。弹簧的成品表面质量要求光滑，不允许有裂纹、氧化皮、锈蚀等缺陷；有工作极限负荷要求的压缩、拉伸、扭转时弹簧不允许有永久变形。

4、弹簧的制造

螺旋弹簧的制造工艺包括：a）卷制；b）挂钩的制作或端面圈的精加工；c）热处理；d）工艺试验及强压处理。

对于重要的压缩弹簧，为了保证两端的承压面与其轴线垂直，应将端面圈在专用的磨床上磨平；对于拉伸及扭转弹簧，为了便于联接、固着及加载，两端应制有挂钩或杆臂。

弹簧在完成上述工序后，均应进行热处理。冷卷后的弹簧只作回火处理，以消除卷制时产生的内应力。热卷的须经淬火及中温回火处理。热处理后的弹簧，表面不应出现显著的脱碳层。

此外，弹簧还须进行工艺试验和根据弹簧的技术条件的规定进行精度、冲击、疲劳等试验，以检验弹簧是否符合技术要求。要特别指出的是，弹簧的持久强度和抗冲击强度，在很大程度上取决于弹簧丝的表面状况，所以弹簧丝表面必须光洁，没有裂纹和伤痕等缺陷。表面脱碳会严重影响材料的持久强度和抗冲击性能。

为了提高承载能力，还可在弹簧制成后进行强压处理或喷丸处理。强压处理是使弹簧在超过极限载荷作用下持续h，以便在弹簧丝截面的表层高应力区产生塑性变形和有益的与工作应力反向的残余应力，使弹簧在工作时的最大应力下降，从而提高弹簧的承载能力。但由于长期振动、高温或腐蚀性介质中的弹簧，不宜进行强压处理。