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安东帕MCR流变仪的摩擦学附件的介绍和测量

安东帕MCR流变仪的摩擦学附件的介绍和测量

1 引言

润滑和磨损在我们的日常生活中非常重要。在技术应用中,摩擦通常是一种不良影响,因为它与能量损失和机械零件寿命缩短有关。另一方面,对于某些应用,例如轮胎,摩擦是绝对必要的。

摩擦学这个术语是基于希腊的摩擦学(torub),代表了相对运动中相互作用表面的科学和技术,包括摩擦、润滑和磨损的研究。因此,测量摩擦和磨损的仪器被称为摩擦计

2 理论方法

第二主体顶部的滑动主体产生与移动方向相反的摩擦力。根据阿蒙顿定律,摩擦力与法向载荷成正比,与两个物体的接触面积无关。根据这些观察结果,摩擦系数可定义为摩擦的描述参数(见图1):

摩擦学试验中常用的润滑剂摩擦学试验是转速从低速到高速逐渐增加。该试验结果显示为所谓的Stribeck曲线,其中绘制了摩擦系数与速度的关系图(见图2)。

润滑剂的Stribeck曲线可分为四个区域。在低速时,在边界润滑状态下(图2,第1部分),由于运动,润滑剂中没有形成流体动压。因此,两个滑动体之间存在机械接触,从而产生高摩擦系数。

图2:Stribeck曲线(摩擦系数与速度的关系)

在混合状态(图2,第2部分)的较高速度下,润滑剂会形成流体动压,从而减少两个物体之间的直接接触。在弹性流体动力润滑状态下(图2,第3部分),在中速时形成了薄润滑膜,在高速时,流体动力压力与正常负载平衡,因此形成了较厚的润滑膜,以将滑动体彼此分离(见图3)。

图3:润滑膜厚度与速度的关系

3 测试设置

3.1 流变摩擦附件

图4:摩擦学附件

流变仪是测量旋转和振荡模式下材料流动和变形行为的科学仪器。为了获得准确的流变结果,需要良好的速度和扭矩控制以及准确的法向力测量。所有这些特性也可用于摩擦学,从而产生了在传统安东帕MCR流变仪上进行摩擦学测量的附件设计思想。

摩擦学附件可用于每个MCR流变仪,并基于三板球原理。

该附件包括一个固定钢球的几何结构、一个可放置三块板的嵌入件以及一个可固定嵌入件的全方位可移动底部平台(见图4和图5)。底板的灵活性要求相同的法向载荷作用在上部钢球的所有三个接触点上。一个接触点过载会导致错误的摩擦值。嵌件的球和板可以互换,以便系统能够适应所需的材料组合。

5:摩擦学附件示意图设置

3.2摩擦学测量

MCR的摩擦学附件能够在施加高达70 N的正常负载时,以10-6至3000 rpm的受控转速测量Stribeck曲线。此外,该仪器可以在扭矩控制模式下使用,这使得能够通过对数增加扭矩来测量静摩擦。

4 结果与讨论

通过Stribeck曲线和静摩擦试验,比较了不同配置的渗透油和马达油的性能。

在施加14 N的正常负载时,在从0.001到3000 rpm的速度范围内测量。

4.1 POM(聚甲醛)上的钢(球/板)

非润滑(干)摩擦试验表明,低速时摩擦系数大幅增加,并在约600 mm/s时达到平台,而机油产生典型的润滑剂曲线(见图6)。渗透油也会降低摩擦,但在高速时达到摩擦系数最小值。由于其粘度非常低,无法建立良好润滑所需的流体动压。

图6:钢/油/聚甲醛(滑动速度线性增加)的Stribeck曲线

润滑剂的设计与其应用密切相关。

•非润滑条件下的POM被称为相对低摩擦塑料,因此在高速下达到平台值。

电机油专用于在广泛的速度范围内进行良好润滑,因为电机中可能出现各种速度。

•渗透油的主要应用有助于使物体松动,因此良好的流动性能比良好的润滑效果更重要。

将图表更改为对数刻度可以将重点放在低速区域(见图7)。可以看出,干式POM系统在低速时具有较低的摩擦,而这两种油的摩擦系数相似。

图7:钢/油/聚甲醛(滑动速度对性增加)的Stribeck曲线

4.2 聚碳酸酯(Macrolon)和钢的测试(球/板)

在第二个试验系列中测量了两个滑动副的材料结构的影响,该试验系列使用的油与现在使用的钢/聚碳酸酯系统相同。

图8:钢/油/聚碳酸酯的Stribeck曲线(滑动速度对数增加)

这两种润滑油的摩擦性能与Steal/POM系统相似,但测得的摩擦系数几乎高出三倍。

4.3 静摩擦试验

在静摩擦实验中,施加的旋转力增加,直到球开始移动。在球加速的点,静摩擦转化为滑动摩擦,相应的值作为静摩擦系数。

图9:油/聚碳酸酯的静摩擦测试

机油(μ=0.21)比渗透油(μ=0.4)更有效地降低钢/聚碳酸酯配置中的静摩擦。

5 小结

摩擦学附件设计用于在安东帕MCR流变仪上进行摩擦学试验。可以进行常规斯特里贝克曲线测量以及静摩擦试验。流变学的所有测试模式都可用,使灵活和定制的测试程序成为可能。在实际试验中,可显示试验油润滑性能的显著差异以及滑动副的影响

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王静
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