摩擦学实验指导书(研究生)

1摩擦学基础实验一实验目的1通过实验了解不同材料配副、不同摩擦状态时摩擦系数及磨损量的变化情况2学会摩擦学实验的基本方法，学会有关仪器设备的使用方法。二实验设备及原理1实验机图1为HIT-1型球盘式摩擦磨损实验机原理图。电动机2经带传动1驱动托盘3回转，下试件4安装在托盘3上并随托盘3一起回转，上试件5装在夹头6中。载荷P由砝码7的重力W产生，摆杆8在摩擦力F作用下摆动，摆杆的另一端压在压力传感器9上，压在压力传感器上的力Q可经数据采集测量系统获得。工作时，托盘3中可加入润滑油或在下试件4表面上滴润滑油（边界润滑），也可不加润滑油（干摩擦）。试验机主要技术指标：转速：100~500r/min最大载荷：W=10N2试件试件结构及尺寸如图2所示，上试件为球体，下试件为圆盘。上试件选用标准轴承球，材料为GCr15钢或Si3N4陶瓷等。下试件材料根据实际需要可选用铜、铸铁、A3和45#钢等。3摩擦系数测试原理如图1所示，本实验机作用在试件上的载荷P由砝码重力W产生，P与W的关系为：P=W（N）（1）作用在上试件5上的摩擦力F与作用在压力传感器9上的力Q的关系为：QL1=FL2（2）本试验机L1=L2=100mm，则：Q=F（3）摩擦系数：1.带传动2.电动机3.托盘4.下试件5.上试件6.夹头7.砝码8.摆杆9.压力传感器图1HIT-1型球盘式摩擦磨损实验机原理图图2试件结构及尺寸2WQPFf（4）所以，只要预先确定加载砝码的重力1W再测出传感器受力Q的大小，即可计算出摩擦系数f。4数据采集处理系统本试验机配有自动数据采集处理系统，图3为数据处理系统框图，系统的硬件有：传感器、数据采集卡和计算机等。数据的结果有两种形式：一是由计算机直接做出摩擦系数随时间的变化曲线。在屏幕上显示，并在打印机上打印出曲线；二是计算机只记录实验数据，并通过计算机打印出数据，由学生手工绘图。三实验内容1．测试在干摩擦条件下不同材料配副的摩擦系数，了解材料的减摩情况。观察磨痕大小及形貌，了解材料的耐磨情况。2．测试相同材料配副时，不同润滑条件下的摩擦系数，了解有无润滑时减摩情况，观察磨痕的大小及形貌，了解有无润滑时的耐磨情况。四实验步骤与方法1干摩擦条件下的实验步骤（1）在教师指导下选择试件，清洗干净，并按操作规程将试件安装。所用工具及物品：工具盘、镊子、吹风机、丙酮、脱脂棉；（2）加上加载砝码；（3）开启计算机，打开摩擦磨损实验系统界面，输入实验参数及有关数据，点击“开始”；（4）调整好转速，并开启实验机，此时在计算机屏幕上可看到摩擦系数随时间的变化曲线；（5）将试验曲线打印出来，学生带回用于整理实验报告；（6）将试件拆下，观察圆盘的磨痕并将磨痕的直径记录在表3、表4中。2边界润滑条件下配副1的实验实验步骤和方法见实验一实验时在圆盘上均匀涂抹少量润滑脂。记录磨痕直径。（二）实验报告1．实验记录：将磨痕直径记录在下面的表格中2．摩擦系数数据整理图4为摩擦系数整理的示例曲线，（a）为计算机记录结果，（b）为整理出的结果。参照图4，将各种条件下实验所得到的曲线每隔30秒取一点，用origin或Matlab，得出摩擦系数的另一种表达形式。画在图5中。3．回答下列问题（1）在干摩擦条件，哪一种配副的摩擦系数小，哪种配副的磨损量小。（2）在相同摩擦副时，哪种摩擦状态下的摩擦系数小，哪种摩擦状态下的磨损量小。（3）简要描述磨痕形貌。传感器AD转换数据存储数据处理图3数据处理系统框图34．写出实验感想，并提出改进意见。（a）计算机记录结果（b）整理出的结果图4摩擦系数整理曲线4本实验的一些注意事项1转速：范围是100~500r/min,比较好的事200,300r/min显示的数据除以2是实际转速2载荷：最大是10N，一般取5N或8N3试件：上试件：GCr15，Si3O4下试件：铜、铸铁、A3和45#钢新台子试件大，老台子试件小，且中间有孔4润滑脂：美孚滑脂XHP222，5实验时间：一般是5分钟左右6试件的装拆新实验台：旋开大螺母，更换试件旧实验台：1）先把传感器支架固定螺旋旋松，把传感器支架旋转合适的位置，使完成其他操作时碰不到传感器2）拧松砝码另一侧螺母，放松杠杆3）拆卸试件并更换7试件磨痕位置的调整1）新实验台：每隔2mm可以有一条磨痕，磨痕一般从圆心往外调，最小半径选择14mm,通过旋转右侧的调整螺旋来实现2）旧实验台：调整标尺前先放松标尺上的备帽，标尺上1代表最小半径14mm，每移动1格是2mm,调整磨痕位置的时候注意，同时调整杠杆的两端，保持杠杆臂相等，这样容易计算摩擦系数8砝码：每个1N或2N9传感器与杆接触上就行，不要压紧，否则测出的摩擦系数是不准确的10对学生的要求：最低标准：固定转速、固定载荷下，干摩擦下2种材料的比较（摩擦系数+磨痕）固定转速、固定载荷下，同种材料是否有润滑的比较（摩擦系数+磨痕）11数据处理：测得数据用分析软件分析后，每隔20s选取1点，5分钟15个点做曲线12实验步骤：1）装夹试件2）打开计算机。打开采集界面3）开试验台，调整转速4）45#，5N，100r/min,45#(润滑脂)，5N，100r/min，黄铜5N，100r/min采集摩擦系数值，注意要进行分析5）显微镜观察磨痕宽度，找2个位置去平均值