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簡單介紹摩擦磨損試驗機通用的測量方式

來源:SPAI TECH-http://www.jmvir.icu時間:2014-08-05 09:00關注:
1、摩擦力及摩擦系數
    摩擦系數大小是表示摩擦材料系統特性的主要參數之一,為靜摩擦系數μs和動摩擦系數μ。
    在給出某種材料的摩擦系數時,必須注明該數值的試驗條件和所用的測試設備,因為不同的試驗條件和不同測試設備所測定的摩擦系數大小是不一樣的。
    摩擦磨損試驗機常用的測量摩擦力或摩擦力矩的方法有機械法和電測法。
1.1機械法:有杠桿法和彈簧法兩種。杠桿法就是用杠桿加砝碼來平衡摩擦過程中所產生的摩擦力矩,根據杠桿原理來計算出摩擦力或摩擦力矩(MRH-5A梯姆肯試驗機即采用該方法)。彈簧法是用彈簧直接或間接地拉住摩擦副一方,然后根據彈簧的彈性變形力求出摩擦力。
1.2電測法:把壓力傳感器附加在測力元件上,將摩擦力或摩擦力矩轉換成電量(電信號),輸入到測量和記錄儀上,自動記錄下摩擦過程中摩擦系數的變化。目前測定動摩擦系數大多采用此法。
2、磨損量參數
    磨損量是評定摩擦材料的耐磨性,控制產品質量和研究摩擦磨損機理的一個重要指標。磨損量測量方法有兩類,即間接測法和直接測定法。間接測定法只能確定各個摩擦表面磨損量的總值,而不能確定磨損量在摩擦表面的分布情況和由于磨損造成的零件尺寸的變化。直接測定法是專門測定某一工作表面的磨損量的方法,它能測出摩擦表面尺寸的變化和磨損量在摩擦表面的分布情況。各類方法都有自己的特點,不能互相代替而只能互相補充。
2.1測長法
    測長法是根據摩擦表面法向尺寸在試驗前后的變化來確定磨損量,常用測量長度儀器如千分尺、千分表、測長儀、萬能工具顯微鏡、測量顯微鏡等。為了便于測量,往往在摩擦表面上人為作出測量基準,然后以此測量基準來量度摩擦表面的尺寸。測量基準根據試件形狀和尺寸,在不影響試驗結果的條件下設置,其形式有:
2.1.2臺階式:在摩擦表面邊緣上專門加工一個臺階表面作為測量基準。
2.1.3切槽式:在摩擦表面上專門加工一條凹槽作為測量基準。
2.1.4壓印式:利用硬度計壓頭,在試樣表面上壓下凹痕,測量壓痕尺寸在試驗前后變化計算磨損量。
    切槽式和壓印式測定摩擦表面局部磨損較為方便,也有利于測量摩擦表面的磨損分布情況,但由于要局部破壞試件的表層,對研究摩擦磨損過程中表層組織結構變化不利,而且只適用于測定試件表面光潔度較高,磨損量又不大等情況。
2.2測重法
    零件在試驗或使用過程中,由于磨損的結果都會發生重量和尺寸的變化,稱重法就是根據試樣在試驗前后的重量變化,用精密分析天平稱量來確定磨損量。按照稱重精度選用天平精度,一般常用萬分之一克。這種方法簡單,采用最普遍。
    若試樣在摩擦過程中其摩擦表層產生了較大的塑性變形時,試樣尺寸雖然變化了,但是重量損失不大,則測量磨損量誤差增大,就不能采用此法。它適用于小試件和在摩擦過程中不發生較大塑性變形的材料。
2.3金相分析法
    觀察摩擦表面在磨損前后的金相顯微組織的變化,分析其變化規律來判斷磨損程度。可采用電子顯微鏡和光學顯微鏡來觀測,這種方法特別適宜研究腐蝕磨損和疲勞磨損。
2.4潤滑油分析法
    分析潤滑油中含鐵量當摩擦表面不斷地供給潤滑油時,磨損產物便被潤滑油帶走,并懸浮于潤滑油中。顯然潤滑油的含鐵量與零件的磨損程度有關。若能確定潤滑油中的含鐵量,即可估計零件的磨損程度。首先從潤滑油中提取試樣,將取出的潤滑油燒成灰燼再進行化學分析或光譜分析,以確定試樣中的含鐵量。在不同的間隔時間所取試樣的含鐵量差值,即表示零件的磨損率。分析潤滑油中含鐵量的方法,僅能確定零件的磨損率,而不能確定零件的絕對磨損量,也不能確定零件磨損的分配情況。但此法對于進行對比性試驗是很有利的。在發動機試驗時,常用此法來評價發動機主要零件的磨損率,以及某些因素對零件磨損的影響。
3、磨損微粒分析
    對磨損產物――微粒的成分和形態的分析,不僅是研究試驗機磨損機理的主要方法之一,而且是工程上磨損預測和預報的重要手段。
3.1光譜分析法 --- 應用光譜學原理來確定物質的結構和化學成分。
    一般條件下,物質的原子是處于穩定狀態,若用光子能量來激發物質的原子,使其原子得到一定的能量,從基體躍到較高的能級,由于激發的原子是不穩定的,在10-8秒內便要向基態轉化而躍到較低的能級,多余的能量則以光的形式釋放出來而產生光譜。光譜分析法就是利用物質原子在一定條件下能發射具有特征的光譜的這一特性進行的。因為每種元素都有各自的特征光譜線,這樣測定其物質所發射的光譜,便能定性地確定其中所含的化學成分。因為每種元素所發射特征光譜線的強度,都與它在物質中的含量有關,所以可通過對光譜強度的比較,確定物質中各元素含量的多少。光譜分析法具有極高的靈敏度和準確度,且分析速度快,能對運轉時的機器零件的磨損狀態進行檢測,預報機械設備的磨損狀態。
    用光譜分析時,一般從機器設備中抽出帶有磨損磨粒的潤滑油,分析其磨損磨粒的金屬種類及其含量的變化,從而了解其磨損情況。
    光譜分析有原子發射光譜分析法和原子吸收光譜分析法兩種。
3.1.1原子發射光譜(AES)分析法
磨損磨粒在高溫狀態用帶電粒子撞(一般用電火花),使發射出代表各元素特征的各種波長的輻射線,并采用一個適當的分光儀分離出所要求的輻射線,通過把所測的輻射線與事先準備的校準器相比較來確定磨損磨粒的種類和含量。
3.1.2原子吸收光譜(AAS)分析法
    采用具有波長連續分布的光透過磨損磨粒,某些波長的光被磨粒吸收而形成吸收光譜。在一般情況下,物質吸收光譜的波長與該物質發射光譜波長相等,同樣可以確定金屬的種類和含量。因為發射光譜一般必須在高溫下獲得,而高溫下的分子或晶體往往易于分解,因此原子吸收光譜分析法還適宜用于研究金屬的結構。
3.2鐵譜分析法
    鐵譜分析是一種從潤滑油試樣中分離和分析磨損微粒和碎片的技術。它借助于各種光學或電子顯微鏡等檢測和分析,方便地確定磨損微粒或碎片的形狀、尺寸、數量以及材料成分,從而判別零件表面磨損類型和程度。采用鐵譜儀分離磨損微粒制成鐵譜片。鐵譜儀由三部分組成,即:抽取潤滑劑試樣的泵;使磨損微粒磁化沉積的強磁鐵;形成鐵譜的透明底片。潤滑劑試樣沿傾斜的底片向下流時,受到一連續不斷增高的磁場力的作用,磨損微粒就被磁化。磁性引力與微粒的體積成正比。因此大微粒首先沉積,而細微粒則跟著在較遠距離沉積,即大微粒在入口端沉積,細微粒在后端沉積,沿著斜面不斷增高的磁場力的作用下,對于足夠磁性的材料,在60毫米長的底片上的沉積率達100%,這樣,最后使微粒按照其大小次序全部均勻地沉積在底片上。通常抽取約2毫升的試樣在底片上,用清洗液沖洗底片上殘余油液,最后用固定液使微粒牢固地貼附在底片上便制成鐵譜片,以便觀察和檢測。?
3.3用鐵譜顯微鏡檢測分析
    鐵譜顯微鏡(Ferroscope)又稱雙色顯微鏡,它由帶鐵譜讀數器的雙色顯微鏡組成。它不單用來研究微粒,而且可鑒別材料成分,從而確定磨粒的來源,即判斷磨損零件及其具體部位。確定磨損狀態的原理與上述相同,這里只介紹鑒別材料成分。
    沉積在鐵譜片上的磨損微粒,除有金屬微粒外,還有由于氧化或腐蝕產生的化合物微粒。金屬磨損微粒是非透明的,而化合物微料通常是透明或半透明的,因而要用雙色顯微鏡檢測。雙色顯微鏡利用一組綠色透射光和一組紅色反射光同時照射到微粒上,不同成分的微粒將呈現出不同的顏色。根據顏色和形狀就可以確定磨粒的成分,判斷出磨損的具體部位,以便研究磨損機理。
3.4用掃描電鏡檢測分析
    觀察微小的單個磨損微粒形態和構造的細節,清晰地顯出和區分出片、螺旋狀、卷狀、曲線狀、球狀和鱗狀等各種形態的磨粒。根據磨粒形貌特征,可確定相應階段所發生的磨損類型。
    正常摩擦磨損的微粒,一般呈小片狀。切削和磨料磨損的微粒,一般呈螺旋狀、卷狀和曲線狀;這種微粒的集中出現是嚴重磨損過程的表現,若其數目急劇增多,則表明機器損壞即將開始。高應力引起的表面疲勞磨損的微粒,一般呈鱗狀,其形態在三個垂直方向上的尺寸接近相等。氧化磨損(化學磨損或腐蝕)的微粒,一般呈球狀。
3.5用鐵譜片加熱法檢測分析
3.5.1對鐵譜片進行加熱處理,根據其回火顏色,可鑒別出各種磨粒的材料和成分。
3.5.2對于銅合金,由于它們特有的黃色和青銅色,不需加熱便可識別;
3.5.3對于如銀、鎘、鉻、鋁、鎂、鈦、鋅等非鐵磁性材料,加熱后其回火顏色沒有變化;
3.5.4對于鑄鐵、鎳、奧氏體不銹鋼等磁性材料,加熱到不同溫度,其回火后的顏色有所不同。這種鐵譜片加熱法檢測磨粒材料和成分是一種比較可行和有用的方法。
    對于磨損磨粒的分析,鐵譜和光譜分析各有所長。鐵譜能將磨損磨粒按尺寸列出,并反映出顆粒的形狀、磨損的性質,但是進一步定性定量分析有困難。光譜能夠區別磨損微粒的元素,并能進行定量分析,但對于大于2微米的微粒即失去檢測效能,而很多機械的失效,磨損磨粒往往大于2微米。因此,對磨損磨粒的分析,聯合使用鐵譜和光譜可以相互補充,達到比較完美的檢測效果.
3.6放射性同位素法
    先將試件進行放射性同位素活化,使其是具有放射性,然后進行摩擦試驗,根據磨屑的放射性計算或活化件放射性強度下降量或活化件金屬轉移量,換算出相應的磨損量。
    這種方法測量精度很高,達到10-5~10-6克,而且可以在不停止試驗機運轉和不拆卸機器的情況下,確定零件的磨損或單獨測定個別零件的磨損,以及自動記錄零件磨損量的變化,隨時得到磨損的測量結果。這些優點使它越來越廣泛地應用于各工業領域中研究機器的磨損問題。
3.7表面形貌分析法
    通過分析和測量磨損前后表面形貌的變化來分析磨損狀態。
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