Development of Atmosphere-controlled Tribometer and Fail-safe Analysis 翻译.docx

可控大气摩擦磨损试验机的开发和故障安全分析段海涛，裴朝晖，吴勇，屠杰松，李佳1武汉材料保护研究院，武汉，430030，中国2清华大学摩擦学国家重点实验室，北京，100084，中国2011年9月14日接收；2012年3月7日修订；2012年4月16日接受【摘要】：现有的摩擦磨损试验机的设计主要集中在正常的压力和环境条件下，目的是为了衡量材料性能上负载和速度的效果。气体压力和环境条件对的材料性能上的影响通常不考虑。因此，摩擦试验中的数据是不精确的。本文提出了一种新的大气摩擦磨损试验机是开发研究材料在苛刻环境下的摩擦学行为。故障安全分析是通过重现性，可比性和灵敏度进行测试的。摩擦磨损试验机允许块圆盘线接触，销圆盘线接触，和块圆盘面接触配置在可控气氛和气体压力中进行测试。自定心装置的设计用以解决接触不良的问题。对磁盘上的引脚进行测试，测试结果表明所提出的设计是有效的。组合密封式的引进用来控制气体泄漏。与其他密封方式相比，组合密封是最能满足实验要求的。可重复性，可比性和灵敏性测试验证了摩擦磨损试验机的性能。设计的大气摩擦磨损试验机在极端恶劣的条件下能可靠的模拟摩擦磨损试验，提高材料摩擦学性能测试的能力，并确保摩擦学数据的准确性。【关键词】:摩擦磨损试验机，大气，聚合物，摩擦性能1引言在一些新的先进的航天技术中，一些动作部件和动力系统由于遭受了真空、强辐射、温度变化、超高强氧化性、耐腐蚀、温度漂移和恶劣的环境， 这些部分包括空间检测设备，密封设备，和枪状发射管，气体压缩部分等。 恶劣条件下的大气效应对材料的摩擦磨损性能和操作寿命加速机械部件的磨损，并且导致失活。 把材料结构暴露在苛刻的条件下改变它们的特性和磨损机理。 在极其恶劣的条件下材料的摩擦磨损行为不被理解，因为现有的凉风坐垫的限制。?各类环境凉风坐垫已经发展起来。 一种高温控制摩擦计可以在高温，真空，和其他大气条件下测试材料的摩擦磨损性能。.汽车空调斜板压缩机可以控制的环境压力和温度上限分别达到1.72 MPa和 120℃。相应的真空摩擦磨损试验机可以测试滑动氧化锆，氧化铝的摩擦磨损性能和摩擦化学反应的气体压力的影响，真空度在10 Pa和10 PA之间。 ADAM OU，等人，设计一个新的摩擦磨损试验机来研究在受控环境条件下.摩擦表面的反应性，速率可以从0.05 m / s至1.5m / s变化并且所施加的负载范围为5-1 00 N.在当前文件中，一个控制大气摩擦磨损试验机正在设计，为了研究材料的磨损性能 。在大气控制摩擦磨损试验机中有三个关键技术问题需要考虑：（1）测试必须在一个密封的容器中产生。使用时，容器和组件必须具有良好的性能，如 过大的电阻损耗和电阻服腐蚀。移动密封问题也必须得到解决。（2）摩擦磨损试验机应用的时候，怎样运载装载和移动以及提供的检测信号也是考虑因素。（3）在严酷的大气条件下可靠的高精度加载系统也是必需的 2摩擦磨损试验机的设计此文件描述的是一种在严酷的大气条件下摩擦磨损行为研究的科学工具。 控制大气摩擦磨损试验机的主要参数在如表1所示。 参数值压力p/MPa 0.1≤p≤2标准负载F/N10-100负载误差e/% 1.5 主轴速度 n/(r?min-1) 100-2000 速度误差s／％ 3 线速度v/(m?s-1) 0.13-5.2 轴的径向跳动 h/μm 10控制大气摩擦磨损试验机采取了水平结构由动态系统，负载系统，中心平面，封闭平面和压力控制系统组成。基床材料是由经过铸造处理后的灰口铸铁?。密封腔是房屋结构，材料是不锈钢的，并且有足够的耐腐蚀和耐压迫性。负载系统与密封腔相互贯通。图表1所示是控制大气摩擦磨损试验机的整体图的前视图。图表2所示是试验机的3D图解法。 图表1 . 摩擦磨损试验机的装配图图2 摩擦磨损试验机的三维图2.1动力系统动力系统包括三相异步电动机，变频器，挠性联轴器，和插入主轴。三相异步电动机的型号是Y2-90S-2，其能量和速度的等级分别是1.5KW和2840转/分。电动机上按着一个减声器橡胶垫圈。此电动机的速度是由变频器控制的。型号为FVR1.5E11S-4JE,可以实现速度的小步伐改变。动力扭矩和速度传感器安装在轴上用来直观地测量扭矩和速度。在试验机里转动速度是一个非常重要的参数。变频器中通过延时补偿操作来减轻转动速度脉动。然而，三相异步电动机的转动速度脉动一定不能忽略，因为它影响试验机的速度，尤其是低速时。图表3所示的转轴速度脉动联机测量。转轴速度的波动在一个确定的范围之内。在数学统计中参考量化旋转速度脉动样品标量法，等式如下：其中vi旋转速度，v是平均旋转速度，n总转动速度的值，Sv是离散的样品的偏