法蘭克斯立式萬能摩擦磨損試驗機

1、試驗力
1.1軸向試驗力工作范圍：10N～1000N（無級可調）
1.2試驗力示值相對誤差：不大于±1%，200N以下示值誤差不大于±2N
1.3試驗力示值零點感量：±1.5N
1.4試驗力自動加荷速率：300N/min
1.5試驗力長時自動保持示值相對誤差：不大于±1%
2、摩擦力矩
2.1測定最大摩擦力矩：不小于2.5N.m
2.2摩擦力矩示值相對誤差：±2%
2.3摩擦力荷重傳感器：不小于50N
2.4摩擦力臂距離：50mm
3、主軸無級變速范圍
3.1單級無級變速系統：1-2000r/min,速度可分段式加載；轉速100r/min以上時誤差不大于±5r/min；轉速100r/min以下時誤差不大于±1r/min；特殊減速系統轉速為0.05r/min~20r/min
3.2主軸轉速誤差：±1%
4、試驗介質： 油、水、泥漿、磨料等。
5、試驗機加熱系統
5.1加熱器工作范圍：室溫～200℃（260℃），溫度控制精度不    大于±2℃
5.2盤式加熱板：φ65，220V，250W
5.3套式加熱器：φ68×44，220V，300W
5.4φ3雙組輸出鉑熱電阻：RO=100±0.1Ω（長短各一組）
5.5溫度控制精度：±（0.3+0.005t），式中“t”為試驗溫度值
6. 摩擦副盤保持方式 ：無間隙周向保持（進口部件）
7.試驗機主軸錐度： 1：7
8.試驗機主軸與下副盤最大距離 ：≥75mm
9.試驗機主軸控制
9.1手動控制
9.2時間控制
9.3轉速（周期）控制
9.4摩擦力矩控制
10.試驗機時間顯示與控制范圍：10s～9999min
11.試驗機轉速（周期）顯示與控制范圍：（1～99）×105
12.試驗機主電機輸出最大力矩：5N.m
13.試驗機外形尺寸〈L×B×H〉：700×680×1560mm
14.試驗機凈重：650kg
15.試驗機主要附件及特殊附件
16.配置工裝 ：銷盤摩擦副為Φ23及Φ46各1套；四球摩擦副為滑動摩擦副及滾動摩擦副各1套；止推圈摩擦副為摩擦環Φ50×Φ42及摩擦環Φ28×Φ25；彈簧夾頭2件；Φ12.7四球機鋼球200粒；高溫油盒1套；其它與該機匹配的滿足功能調試需要的附屬夾具。
17.臺式計算機：i5以上處理器，4G以上內存，1T以上硬盤，2G以上獨顯，27寸以上液晶顯示器
 18.打印機：品牌彩色高分辨率激光打印機。
三、法蘭克斯立式萬能摩擦磨損試驗機各摩擦副的概述
1.銷盤摩擦副：（圖五 銷盤摩擦副<單針與三針>）

1—小試環   2—大試環   3—試樣銷    4—螺釘   5—銷夾頭
圖五 銷盤摩擦副<單針與三針>
摩擦系數
1.1單針小環
因為  f=μP  …………………………………（1）
      T=fr ……………………………………（2）
所以  μ==0.0837………………………（3）
式中：f—摩擦力   N
 μ—摩擦系數
P—試驗機軸向試驗力   N
T—試驗機摩擦力矩     N.mm
r—小試環與試樣銷接觸點軌跡半徑23.873/2      mm
1.2三針小環
因為  f=μ………………………………………（4）
      T=3fr ………………………………………（5）
     μ==0.0837…………………………（6）
1.3單針大環與三針大環
μ==0.04332…………………………（7）
式中R—大試環與試樣銷接觸點軌跡半徑46.155/2 mm
1.4  小式環與銷試樣速度Vs
Vs=πｄｎ＝75ｎ mm/min
大式環與銷試樣速度Vs
VL=πDｎ=145ｎ mm/min
式中：n—試驗機主軸轉速 r.h.m
d—小試環與試樣銷接觸點軌跡直徑d=23.873m
D—大試環與試樣銷接觸點軌跡直徑D=46.155mm
3102試樣銷軸向磨損量與磨損接觸直徑
2.止推圈摩擦副（圖六）

1.止推圈夾頭    2.止推圈小試盤   3.螺釘   4.圓柱銷
5.止推圈大試盤  6.小試環         7.大試環
圖六   止推圈摩擦副
AS—止推圈小試盤接觸面積  mm2
        AS=π（d12-d22）/4≈125mm2
Al—止推圈大試盤接觸面積  mm2
        Al=π（D12-D22）/4≈580mm2
P—試驗機軸向試驗力            N
n—試驗機主軸轉速              r.p.m
T—試驗機摩擦力矩              N.mm
Ps—止推圈小試盤接觸壓力   Pa
        Ps=
Pl—止推圈大試盤接觸壓力   Pa
        
Rs—止推圈小試盤平均半徑  Rs=（d1+d2）/4=13.25  mm
Rl—止推圈大試盤平均半徑  Rl=（D1+D2）/4=22.3   mm
Vs—止推圈小試盤試驗速度  
Vs=2π.Rs.n=83.25n   mm/min
Vl—止推圈大試盤試驗速度
        Vl=2π.Rl.n=144.47n   mm/min
μ3—小止推圈摩擦副的摩擦系數
        μ3=………………………（1）
μl—大止推圈摩擦副的摩擦系數
        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—止推圈摩擦副的磨損因子   mm2/N
         Kt=………………………………………（5）
式中：X—止推圈摩擦副軸向磨損量          mm
P—止推圈摩擦副Ps式pl的接觸壓力  Pa
V—止推圈摩擦副Vs式Vl的試驗速度  mm/min
t—止推圈摩擦副試驗山時間          min
3.球盤摩擦副<單球與三球>圖七

1.小試環     2.大試環      3.φ12.7鋼球     4.球盤夾具
圖七  球盤摩擦副<單球與三球>
摩擦系數的計算：
3.1單球與三球小環和銷盤摩擦副單針與三針相同
   μ=……………………….（1）
3.2單球與三球大環（與銷盤摩擦副計算公式相同） 
  μ=…………….（2）
  式中：T—試驗機摩擦力矩                      N.mm
        P—試驗機軸向試驗力                    N
        R—大試環與試樣球接觸點軌跡半徑R=
        μ—球與大試環摩擦系數
   試驗速度：
3.3球與小試環速度（Vs）和3103大試環速度（Vl）
   Vs=π.d.n=75n  mm/min ………………………..（3）
   Vl=π.D.n=130n  mm/min……………………….（4）
   式中：n—試驗機主軸轉速   r.p.m
         d—小試環與球試樣接觸點軌跡直徑 d=23.873mm
         D—大試環與球試樣接觸點軌跡直徑D=41.380mm
   赫茲接觸應力
3.4球盤摩擦副最大赫茲接觸應力σmax
   當摩擦副材料相同時，泊松比μ=0.3時
   單球盤摩擦副   σmax=0.388 N/mm2
    三球盤摩擦副   σmax=0.388 N/mm2
  式中：P—試驗機軸向試驗力   N
        E—合金鋼彈性模數2.1×106kgf/cm2=2.06×105N/mm2
        R—球試樣半徑 6.35mm
4. 四球摩擦副（如圖八）

圖八  長磨四球摩擦副
1—加熱器   2—墊  3—圓柱銷   4.油盒   5—鎖緊螺環    6—彈簧夾頭
7—標準試驗鋼球（GB308-84）  8—壓環  9—軟鋁墊  10鉑熱電阻傳感器
   摩擦系數公式推導
   四球摩擦副由四個等直徑鋼球（r=6.35mm）組成，其四個球心組成一個正四面體ABCD，如圖所示，上球與下三球的接觸點組成一個正三角形B1C1D1，上球與下三球的正壓力各為N1=N2=N3=N，摩擦力F=μN，摩擦圓半徑rA=，摩擦力矩故摩擦系數，
因軸向試驗力為
所以   
摩擦系數   μ=
T—摩擦力矩（N.mm）               P—試驗力  （N）

圖九  四球作用力的分析圖
5.球青銅三片摩擦副（如圖十）

1—銷    2—試片座    3—試片    4—鎖緊螺環    5—彈簧夾頭
6—標準試樣鋼球（GB308-84） 7—油盒 8—軟鋁墊 
9—鉑熱電阻傳感器
圖十   球青銅三片摩擦副
摩擦系數公式推導：
如圖十一，球對試片的正壓力各為N，軸向試驗力為P，由圖所示的幾何關系可得：
3Nsinα-P=0  故 N= 
因為摩擦力矩 T=
所以  F=                                             
因 F=μN                圖十一  球三片作用力的分析圖
所以摩擦系數                                                                          
μ= 
T—摩擦力矩（N.mm）  P—試驗力（N）
  注：由于加工尺寸誤差，為了提高試驗結果的再現性精度，摩擦系數需要進行修正，乘以修正系數k，即
  式中：k=       RA—試球理論磨損圓環半徑（=3.663mm）
                      —試球實際磨損圓環半徑（實測值，mm）
6.其它摩擦副
（1）滾動接觸疲勞四球摩擦副

圖十二  滾動接觸疲勞四球摩擦副
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