摩擦和磨损材料.doc

.2 电磨损试验装置的研制 2.1 试验装置研制背景 电刷是电机中极为重要的部件, 它在电机的固定部件与旋转部件之间传导电流, 在直流电机或交流整流子电机中还起换向作用。现代工业要求电机朝高速、小型化方向发展, 这就要求电刷工作电流大、磨损速率小、摩擦系数小、具有高的比强度、比模量和良好的润滑耐磨性, 一定的导电、导热性, 而在各类耐磨、减磨材料中得到应用。但目前国内外有关金属基复合材料摩擦磨损性能的研究, 大都在机械磨损条件下进行的,施加的摩擦压力很大， 对通电状态下的电磨损, 特别是电流强度变化对电刷耐磨性的影响和小压力工作条件下磨损的研究报道较少。考虑到电刷的实际工作状况,本文将制得的银一石墨复合材料电刷, 在模拟电机实际工作条件下, 研究复合电刷材料在不通电的纯机械磨损和通人不同电流强度的电磨损条件下的磨损性能, 并对其电磨损机理进行了初步探讨。 2.2 试验装置整体构造和原理 2.2.1 试验装置结构特点 1.对磨环 2.对磨环螺母 3.电刷支架4.刷握5.电刷6.施压弹簧7.支架螺母8.导线 图1 磨损实验装置结构原理示意图 9.底座 图2 磨损试验装置结构结构示意图 电磨损实验装置主要由动力系统、磨损测试系统、电刷支架固定及加载系统组成，其结构原理示意图如图1，2所示。 如图采用的电磨损实验装置系统主要包括以下几大部分： (1) 动力系统 采用三项异步电动机作为动力装置，型号为JW-5024,功率为60W,标准工作电压380V,额定工作电流0.33A，频率50Hz，绝缘等级为 E级，转速为1400转/分。 (2) 电刷支架固定系统及加载系统 如图2所示，u行铁片与电机底座用螺丝固定，电机底座采用球墨铸铁，目的就是为了减少电机的震动，增加工作稳定性和可靠性，降低工作噪音。 (3) 磨损测试系统 主要由电刷和对磨环构成，电刷与对磨环相接触（如图1所示），利用对磨环的转动，小弹簧对电刷施加压力，使电刷稳定磨损。 图3 磨损实验装置工作原理示意图 银-石墨基复合材料电磨损试验按照国家标准GB12175-90《电机用电刷运行试验方法》，在自制的电磨损实验装置上进行。原理如图3所示。式样为块-环滑动。对磨环为紫铜，布氏硬度为110，对磨环直径3.940cm。一对电刷如图3所示安装在对磨环上，电刷由直流电源供给。直流电源装置型号为WJ-15V30A。提供的稳定电流为0~4.5A.当电机开始按顺时针方向正常工作运转时，电刷由于支架的固定和弹簧的施压作用，提供稳定的摩擦力，然后通过控制直流电源的大小，调节电流的大小，本次试验有带电时的4.5A和不带电时的做比较。在相同的工作时间内，通过测量电刷的磨损量（计算电刷的重量减少量），来比较纯机械磨损和电磨损的差异，并在电镜的下观察电刷磨面情况，分析带电磨损的机理。 2.2.2 实验装置改进部分设计 通过调查市场上目前的电磨损实验装置，发现大部分的实验装置都存在着整机带电现象和磨损压力大的情况。为了消除磨损实验装置由于对磨环与电机直接接触而导致整机带电的情况，在设计对磨环的时候，在对磨环和电机轴承直接加了一个聚乙烯的绝缘环，这样就很好的隔开了对磨环与基体的接触。从而在性能测试的时候，不受电机带电的外界因素干扰。这就更好的使实验装置贴近实际工作环境，更加使试验数据准确。 针对市场上实验装置大、灵活性不够的情况，采用小型3相异步电机，这样既保证了试验的灵巧性，又保证了其工作可靠性。并采用球磨铸铁作为底座，更好的减震作用。针对压力大的问题，在刷握中放置小型弹簧，通过更换弹簧来调节压力大小。 由于电刷作用在对磨环上作用力较小，且银-石墨复合材料的电刷运用在雷达等军工产品上较多[19]。故对刷握的要求要高。本实验仪器刷握采用注塑成型的方法制造而成。既精度上达到试验的要求，且实验的成本费用也相对降低。 目前市场上采用装卸式样的方法一般有两种[10];一是取下直接粘贴在支臂上的试样， 采用光学测量仪器测量后，再粘贴继续试。另一种方法是在不取样的前提下， 将支臂旋转到光学显微镜等仪器下进行测量，这也存在较大的测量误差，因为不方便直接在试验台上标定标尺进行精确测量，另外还需要配置一台专用的测量仪器验， 这很难保证磨损点的同一性。本设计采用了固定刷握的办法，更换式样时，只需要简单的将式样取下来即可。既减少了工作量，又减少了因为取下刷握而使磨损的连续性遭到破坏。很容易得到较精确的时间与磨损的数据。 3 电刷的制备 3.1 电刷制造工艺 图4 电刷制造工艺示意图 3.2 电刷制备实验步骤 本实验的样品为长方体（主要是模具的限制和为后面的体积计算提供方便）。由于本论文主要研究复合材料电刷电磨损机理，所以在试验的开始，样品的各种组元的质量百分数已经是确定的了，分别是15%石墨和85%的Ag。基于选取以上