法兰克斯立式万能摩擦磨损试验机

1、试验力
1.1轴向试验力工作范围：10N～1000N（无级可调）
1.2试验力示值相对误差：不大于±1%，200N以下示值误差不大于±2N
1.3试验力示值零点感量：±1.5N
1.4试验力自动加荷速率：300N/min
1.5试验力长时自动保持示值相对误差：不大于±1%
2、摩擦力矩
2.1测定最大摩擦力矩：不小于2.5N.m
2.2摩擦力矩示值相对误差：±2%
2.3摩擦力荷重传感器：不小于50N
2.4摩擦力臂距离：50mm
3、主轴无级变速范围
3.1单级无级变速系统：1-2000r/min,速度可分段式加载；转速100r/min以上时误差不大于±5r/min；转速100r/min以下时误差不大于±1r/min；特殊减速系统转速为0.05r/min~20r/min
3.2主轴转速误差：±1%
4、试验介质： 油、水、泥浆、磨料等。
5、试验机加热系统
5.1加热器工作范围：室温～200℃（260℃），温度控制精度不    大于±2℃
5.2盘式加热板：φ65，220V，250W
5.3套式加热器：φ68×44，220V，300W
5.4φ3双组输出铂热电阻：RO=100±0.1Ω（长短各一组）
5.5温度控制精度：±（0.3+0.005t），式中“t”为试验温度值
6. 摩擦副盘保持方式 ：无间隙周向保持（进口部件）
7.试验机主轴锥度： 1：7
8.试验机主轴与下副盘最大距离 ：≥75mm
9.试验机主轴控制
9.1手动控制
9.2时间控制
9.3转速（周期）控制
9.4摩擦力矩控制
10.试验机时间显示与控制范围：10s～9999min
11.试验机转速（周期）显示与控制范围：（1～99）×105
12.试验机主电机输出最大力矩：5N.m
13.试验机外形尺寸〈L×B×H〉：700×680×1560mm
14.试验机净重：650kg
15.试验机主要附件及特殊附件
16.配置工装 ：销盘摩擦副为Φ23及Φ46各1套；四球摩擦副为滑动摩擦副及滚动摩擦副各1套；止推圈摩擦副为摩擦环Φ50×Φ42及摩擦环Φ28×Φ25；弹簧夹头2件；Φ12.7四球机钢球200粒；高温油盒1套；其它与该机匹配的满足功能调试需要的附属夹具。
17.台式计算机：i5以上处理器，4G以上内存，1T以上硬盘，2G以上独显，27寸以上液晶显示器
 18.打印机：品牌彩色高分辨率激光打印机。
三、法兰克斯立式万能摩擦磨损试验机各摩擦副的概述
1.销盘摩擦副：（图五 销盘摩擦副<单针与三针>）

1—小试环   2—大试环   3—试样销    4—螺钉   5—销夹头
图五 销盘摩擦副<单针与三针>
摩擦系数
1.1单针小环
因为  f=μP  …………………………………（1）
      T=fr ……………………………………（2）
所以  μ==0.0837………………………（3）
式中：f—摩擦力   N
 μ—摩擦系数
P—试验机轴向试验力   N
T—试验机摩擦力矩     N.mm
r—小试环与试样销接触点轨迹半径23.873/2      mm
1.2三针小环
因为  f=μ………………………………………（4）
      T=3fr ………………………………………（5）
     μ==0.0837…………………………（6）
1.3单针大环与三针大环
μ==0.04332…………………………（7）
式中R—大试环与试样销接触点轨迹半径46.155/2 mm
1.4  小式环与销试样速度Vs
Vs=πｄｎ＝75ｎ mm/min
大式环与销试样速度Vs
VL=πDｎ=145ｎ mm/min
式中：n—试验机主轴转速 r.h.m
d—小试环与试样销接触点轨迹直径d=23.873m
D—大试环与试样销接触点轨迹直径D=46.155mm
3102试样销轴向磨损量与磨损接触直径
2.止推圈摩擦副（图六）

1.止推圈夹头    2.止推圈小试盘   3.螺钉   4.圆柱销
5.止推圈大试盘  6.小试环         7.大试环
图六   止推圈摩擦副
AS—止推圈小试盘接触面积  mm2
        AS=π（d12-d22）/4≈125mm2
Al—止推圈大试盘接触面积  mm2
        Al=π（D12-D22）/4≈580mm2
P—试验机轴向试验力            N
n—试验机主轴转速              r.p.m
T—试验机摩擦力矩              N.mm
Ps—止推圈小试盘接触压力   Pa
        Ps=
Pl—止推圈大试盘接触压力   Pa
        
Rs—止推圈小试盘平均半径  Rs=（d1+d2）/4=13.25  mm
Rl—止推圈大试盘平均半径  Rl=（D1+D2）/4=22.3   mm
Vs—止推圈小试盘试验速度  
Vs=2π.Rs.n=83.25n   mm/min
Vl—止推圈大试盘试验速度
        Vl=2π.Rl.n=144.47n   mm/min
μ3—小止推圈摩擦副的摩擦系数
        μ3=………………………（1）
μl—大止推圈摩擦副的摩擦系数
        μl=………………………（2）
Pv3—小止推圈摩擦副速度因子  N 
         Pv3=Ps.Vs=2πRs n=0.666P.n…………（3）
Pvl—大止推圈摩擦副速度因子 N
         Pvl=Pl.Vl=2πRl n=0.249P.n…………（4）
Kt—止推圈摩擦副的磨损因子   mm2/N
         Kt=………………………………………（5）
式中：X—止推圈摩擦副轴向磨损量          mm
P—止推圈摩擦副Ps式pl的接触压力  Pa
V—止推圈摩擦副Vs式Vl的试验速度  mm/min
t—止推圈摩擦副试验山时间          min
3.球盘摩擦副<单球与三球>图七

1.小试环     2.大试环      3.φ12.7钢球     4.球盘夹具
图七  球盘摩擦副<单球与三球>
摩擦系数的计算：
3.1单球与三球小环和销盘摩擦副单针与三针相同
   μ=……………………….（1）
3.2单球与三球大环（与销盘摩擦副计算公式相同） 
  μ=…………….（2）
  式中：T—试验机摩擦力矩                      N.mm
        P—试验机轴向试验力                    N
        R—大试环与试样球接触点轨迹半径R=
        μ—球与大试环摩擦系数
   试验速度：
3.3球与小试环速度（Vs）和3103大试环速度（Vl）
   Vs=π.d.n=75n  mm/min ………………………..（3）
   Vl=π.D.n=130n  mm/min……………………….（4）
   式中：n—试验机主轴转速   r.p.m
         d—小试环与球试样接触点轨迹直径 d=23.873mm
         D—大试环与球试样接触点轨迹直径D=41.380mm
   赫兹接触应力
3.4球盘摩擦副最大赫兹接触应力σmax
   当摩擦副材料相同时，泊松比μ=0.3时
   单球盘摩擦副   σmax=0.388 N/mm2
    三球盘摩擦副   σmax=0.388 N/mm2
  式中：P—试验机轴向试验力   N
        E—合金钢弹性模数2.1×106kgf/cm2=2.06×105N/mm2
        R—球试样半径 6.35mm
4. 四球摩擦副（如图八）

图八  长磨四球摩擦副
1—加热器   2—垫  3—圆柱销   4.油盒   5—锁紧螺环    6—弹簧夹头
7—标准试验钢球（GB308-84）  8—压环  9—软铝垫  10铂热电阻传感器
   摩擦系数公式推导
   四球摩擦副由四个等直径钢球（r=6.35mm）组成，其四个球心组成一个正四面体ABCD，如图所示，上球与下三球的接触点组成一个正三角形B1C1D1，上球与下三球的正压力各为N1=N2=N3=N，摩擦力F=μN，摩擦圆半径rA=，摩擦力矩故摩擦系数，
因轴向试验力为
所以   
摩擦系数   μ=
T—摩擦力矩（N.mm）               P—试验力  （N）

图九  四球作用力的分析图
5.球青铜三片摩擦副（如图十）

1—销    2—试片座    3—试片    4—锁紧螺环    5—弹簧夹头
6—标准试样钢球（GB308-84） 7—油盒 8—软铝垫 
9—铂热电阻传感器
图十   球青铜三片摩擦副
摩擦系数公式推导：
如图十一，球对试片的正压力各为N，轴向试验力为P，由图所示的几何关系可得：
3Nsinα-P=0  故 N= 
因为摩擦力矩 T=
所以  F=                                             
因 F=μN                图十一  球三片作用力的分析图
所以摩擦系数                                                                          
μ= 
T—摩擦力矩（N.mm）  P—试验力（N）
  注：由于加工尺寸误差，为了提高试验结果的再现性精度，摩擦系数需要进行修正，乘以修正系数k，即
  式中：k=       RA—试球理论磨损圆环半径（=3.663mm）
                      —试球实际磨损圆环半径（实测值，mm）
6.其它摩擦副
（1）滚动接触疲劳四球摩擦副

图十二  滚动接触疲劳四球摩擦副
四、技术情报及资料的保密
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