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第八章 摩擦学实验方法与检测技术 主讲：高诚辉 目录 要研究摩擦学的理论，确定各种因素对摩擦学性能的影响，研究新的摩擦学材料和评定各种耐磨表面处理的摩擦学性能，必须掌握摩擦学研究方法。近年来，摩擦学测试分析技术进展很快，已采用了各种先进表面测试技术和大型计算机，还应用了数理统计理论和系统工程相结合的研究方法。 一、摩擦学实验方法与设备 二、摩擦学实验的模拟与设计 三、摩擦学的测试方法 四、磨损表面形貌的分析 五、磨损状态的检测 一、摩擦学实验方法与设备 1. 摩擦磨损试验的类型 (1)实验室试样试验 试样试验是把所需研究的摩擦件制成尺寸较小的试样，在相应的试样试验机上进行。其试验条件选择范围较宽，影响因素容易控制。在短时间内可以进行较多参数和较多次数的试验，试验数据重复性较好，对比性较强，易于发现其规律性，一般多作为研究性试验。研究不同摩擦副的摩擦磨损的机理及其影响因素的规律。 也可以作为评定某种材料的摩擦磨损性能的试验。不过，这时试验条件要求模拟性高，否则试验数据就不可靠。 这类试验费用低，周期短，故经常采用。 1. 摩擦磨损试验的类型 (2)台架试验 台架试验是在相应的专门台架试验机上进行的。它在试样试验基础上，优选出能基本满足摩擦、磨损性能要求的材料，制成与实际结构尺寸相似的摩擦件并模拟实际使用条件进行试验。其目的在于选择摩擦副的合理结构，校验试验数据和在模拟实际工况条件下摩擦件的可靠性。 台架试验相对于试样试验来说，更接近于实际使用条件，从而提高试验数据的可靠性，相对于使用试验来说，较易控制试验条件，还可强化实际使用条件，缩短试验周期，减少试验费用。 (3)实际使用试验 在上述两种试验基础上，再优选出摩擦、磨损性能好的材料，制成实际使用的摩擦副，在实际使用条件下进行试验。 这种试验的真实性和可靠性较好，是摩擦磨损试验最终不可缺少的。但是它需要较多的人力物力，需要特殊的测量仪器，费用较高，周期久而且试验结果由于受到多因素的综合影响，不易进行单因素的考察，不易分析问题产生的原因。如果不进行前述两种类型试验，一开始就进行使用试验，特别对于摩擦磨损这样的一个多因素复杂问题，必然难以抓住主要矛盾作分析比较，致使整个试验周期拖长，费用更大。 上述三种类型的试验，根据具体情况可以分别选取或结合进行，即可把三种类型试验结合进行，也可把试样试验和使用试验或把台架试验和使用试验结合进行，对于结构简单的机械件，亦可直接进行使用试验。 2. 试验方法 试验类型决定后, 就要决定试验方法。常用的试验方法有： (1)对比试验法 在相同条件下进行试验,即是将几种试样或者将要试验的试样与已知标准试样进行对比试验,以比较其摩擦磨损性能,从而选择或确定具有较好的摩擦、磨损性能的材料和结构。 (2)标准试验法 目前正在努力制定各种材料的标准化摩擦磨损试验方法，用统一的标准化试验方法，测量和研究出各种材料的摩擦磨损性能指标，以便对各种材料在不同工况条件下的摩擦磨损性能进行比较和选择。 2. 试验方法 (3)使用范围试验法 将试样在广泛条件下进行试验, 以便求得它的最大使用范围或最高使用条件, 如压力、速度、温度和寿命等条件。试验时常以摩擦磨损性能的突变点来表示。此方法多为研究新的耐磨、减摩和摩阻材料以及新的耐磨表面处理工艺历采用。 (4)使用性能试验法 按照实际使用情况进行试验，以便得到实际情况的摩擦磨损性能指标。此方法一般多为应用部门采用。 3. 摩擦学实验装置 (1)试验机种类 摩擦磨损试验机的种类繁多，常见的分类方法有： ①按摩擦副的接触形式和运动形式分： 如图所示。(a), (b)是点接触, 滑动；(c)线接触, 滑动和滚动；(d)线接触, 滑动；(e)、(f)、(g)、(i)面接触, 滑动；(h)面接触, 往复运动。 (1)试验机种类 ②按摩擦副的功用不同分 有齿轮磨损试验机；滑动或滚动轴承摩擦磨损试验机；制动摩擦磨损试验机，润滑剂性能试验机；导轨摩擦磨损试验机等。 ③按摩擦条件分 有一般磨损试验机；快速磨损试验机；高温或低温摩擦磨损试验机；高速或低速摩擦磨损试验机；定速摩擦试验机；定功率摩擦试验机；真空摩擦磨损试验机等。 (2)试样试验的常用试验机 ①四球试验机：主要用来评定润滑剂承载能力，也能测定摩擦副疲劳磨损寿命； ②Timken试验机：适用于快速测定材料及处理工艺的耐磨性，也可测定润滑剂的摩擦磨损性能； ③销盘式试验机：评价各种摩擦副及润滑材料的低温与高温摩擦与磨损性能，也能进行粘着磨损规律的研究； ④M－200磨损试验机： ⑤摩擦材料试验机：专门用于测试摩擦材料的性能；主要有定速