GPM-30A高速滾動接觸疲勞摩擦磨損試驗機

1、GPM-30A技術方案設備名稱：微機控制滾動接觸疲勞試驗機 （外觀參考圖） 1. 主要用途 GPM-30A微機控制滾動接觸疲勞試驗機主要用于模擬滾動接觸零件（如軸承、輪軌、軋輥等）工況的失效試驗，將一恒定的載荷施加于滾動或滾動加滑動接觸的試樣，使其接觸表面受到循環(huán)接觸應力的作用。通過控制和改變負荷、速度、滑差率、時間、摩擦配偶材料、表面粗糙度、硬度等參數(shù)的情況下進行測試，以評定試樣材料的疲勞破壞機理，評價材料在滾動接觸狀態(tài)下的疲勞壽命，并可完成齒輪接觸疲勞、軸承接觸疲勞、輪軌磨耗試驗等?，F(xiàn)該設備已在多家高校、科研機構、生產企業(yè)投入使用，高校主要用于科學研究及教學實驗。 該機為臥式框架結構，由變

2、頻電機控制加載和旋轉，各試驗參數(shù)實現(xiàn)單元化設置，操作方便，試驗讀數(shù)準確可靠，通過工業(yè)控制計算機可進行各參數(shù)設置、控制，可實時顯示摩擦力矩-時間、試驗力-摩擦系數(shù)等曲線，并記錄、存儲、打印試驗曲線。2. 適用標準 GB/T 10622-1989 金屬材料滾動接觸疲勞試驗方法 YB/T 5345-2006金屬材料滾動接觸疲勞試驗方法 JB/T 10510-2005滾動軸承材料接觸疲勞試驗方法3. 結構簡述試驗機主要由主動軸運動系統(tǒng)、陪試軸運動系統(tǒng)、試驗力加載系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)、摩擦副裝夾部分、電氣控制箱、工業(yè)控制計算機測控系統(tǒng)等部分組成。試驗機下部是機座，機座左上部裝有下主軸及其驅

3、動系統(tǒng)，機座中部裝有油缸、活塞。機座右后上部裝有上主軸及其驅動系統(tǒng)，強電控制系統(tǒng)安裝在機座內。主液壓油源及潤滑油源位于主機的后部，通過液壓油路及控制電纜等與試驗主機相連接。電氣控制箱完成信號的采集、變換、傳輸任務，通過串口電纜與工業(yè)控制計算機測控系統(tǒng)連接。圖1主機結構圖 1齒輪箱（改變滑差率） 2陪試運動系統(tǒng) 3液壓作動器 4循環(huán)油箱 5主動軸運動系統(tǒng) 6液壓泵站 7固定齒輪箱 8工作臺 9機架 10殼體 11調整墊鐵3.1主動軸驅動系統(tǒng)及工作原理圖2主動軸運動部分結構參考圖主動軸運動部分臥式安裝于主機工作臺之上。該機的標準配置摩擦副形式為環(huán)和環(huán)，下試環(huán)（3）裝于主動軸（4）前端，并由固定螺母

4、（1）和擋圈（2）緊固，可隨主動軸以一定的轉速旋轉。主動軸通過彈性聯(lián)軸器（6）（8）與轉速轉矩傳感器（7）串聯(lián)，再通過彈性聯(lián)軸器(10)與齒輪箱連接，由變頻電機（11）驅動。電機由驅動器控制，試驗過程中恒轉矩輸出，轉速自100r/min至1500r/min，具有無級可調的特點。3.2 摩擦力矩測量裝置 當試環(huán)旋轉，并且試環(huán)之間有一定的壓力時，二者之間便會有摩擦力矩產生，此摩擦力矩通過主軸（4）、聯(lián)軸器（6）作用在轉速轉矩傳感器(7)上，再有控制系統(tǒng)采集處理，最后在操作軟件界面上“摩擦力矩”對話框中顯示，當摩擦力矩超設定值，試驗機會啟動自動停車功能。3.3陪試軸驅動系統(tǒng)及工作原理圖3陪試軸運動部

5、分結構參考圖變頻電機（1）驅動齒輪軸（4）帶動齒輪（3）通過過渡齒輪（2）和齒輪（16）傳遞帶動傳動軸（15）旋轉，同時通過一對齒輪（12）（10）嚙合帶動陪試主軸（8）同步旋轉，試環(huán)（7）通過固定螺母（5）和擋圈（6）緊固于陪試主軸（8）端部。傳動軸組件通過左、右軸承座體（9）（14）固定于工作臺上，陪試主軸（8）安裝于杠桿保持架（13）一端，杠桿保持架（13）可以傳動軸（15）為支點做杠桿運動以傳遞試驗力。（11）為止動銷，插入止動銷，在試驗過程中可以防止陪試主軸的轉動。3.4 試驗力微控液壓加載系統(tǒng) 圖4試驗力加載系統(tǒng) 液壓加載系統(tǒng)主要有液壓泵站（7）和作動器部分（4）組成。油缸活塞上升

6、，通過鋼球（3）加載于承壓塊（2）上，杠桿保持架（6）以傳動軸為支點帶動一端的陪試軸向下傳遞試驗力于主動軸端，分別與陪試軸端和主動軸端緊固的上、下試環(huán)間則產生試驗力。試環(huán)與試塊之間的壓力，由負荷傳感器測量，并在控制面板“試驗力”窗口上顯示出來，該試驗力可通過計算機控制系統(tǒng)進行預置、反饋，實現(xiàn)自動控制。承壓塊（2）由緊定螺釘（1）緊固。手柄（8）方便試驗過程中的操作。限位柱（5）為杠桿保持架（6）下行限位之用，可避免碰撞。本試驗機是通過液壓油缸的活塞來對試環(huán)施加壓力負荷，為了適應長時間負荷試驗的要求，本機采用了負荷保持閥的結構。試驗力的施加是通過微機對液壓系統(tǒng)進行控制實現(xiàn)自動加載的。微機控制步進

7、電機，步進電機帶動一對減速比為16：1的行星齒輪運動副，通過絲桿的轉動拉動微控負荷保持閥的閥芯，使試驗機的系統(tǒng)壓強增大，根據，從而實現(xiàn)加載活塞對鋼球試驗力的施加。其液壓原理如圖4所示，1.油泵電機組 2.系統(tǒng)節(jié)流閥 3.壓力表 4.系統(tǒng)溢流閥5.加載電磁閥6.卸荷電磁閥 7.微控負荷保持閥 8.柱塞油缸9.過濾器10.油箱圖5 液壓加載原理圖當壓力油進入負荷保持閥體，經過平衡后，平衡孔使負荷保持，活塞穩(wěn)定在一定的位置上，即達到負荷保持的目的；當步進電機旋轉時，壓力油間失去平衡，負荷將上升或下降，如果此時系統(tǒng)壓力高于預置壓力，則傳感器將預置壓力輸入微機控制系統(tǒng)與預置壓力比較，然后由微機控制電機反

8、轉，直至系統(tǒng)壓力與預置壓力平衡為止。3.5 油盒及循環(huán)油箱 圖6油盒部分 如圖，需要時可安裝油盒（4）于摩擦副處，加入潤滑油，使油液浸過下試環(huán)（3）下邊緣，上、下試環(huán)（1）（3）旋轉時帶入潤滑油。溫度傳感器（品牌：進口 瑞士羅卓尼克）（2）可測量回路油液溫度。回路油溫測量范圍：0-300，測量誤差：±1。 為滿足長時間工作試驗的需求，所配兩套油源均采用低熱量的油路設計，增加風冷式回油冷卻器；當油路通電時冷卻風扇將自動開啟，為其降溫。3.6控制系統(tǒng)該機控制系統(tǒng)由工業(yè)控制計算機（品牌：研祥）、專業(yè)控制軟件、電氣控制柜等部分構成。工業(yè)控制計算機（品牌：研祥）安裝有Windows中文系統(tǒng)及濟

9、南益華摩擦學測試技術有限公司自主研發(fā)的控制軟件，按鈕化簡單操作，界面簡潔明亮，操作方便，有在線提示功能，一鍵式輸入可輕松完成試驗參數(shù)設置；控制軟件集預設、采集、控制、數(shù)據分析與處理、數(shù)據存儲、生成報表、打印等功能于一體。圖7 試驗機面板操作圖圖8 測試系統(tǒng)操作界面操作測控軟件可運行于Windows 9x/2000/XP/Win7下，可實時采集、顯示試驗力、試驗時間、摩擦力矩、振動幅度、溫度、轉速與轉數(shù)、摩擦系數(shù)、滑差率等試驗參數(shù)，可實時繪制試驗曲線，如：摩擦力矩-時間、試驗力-摩擦系數(shù)等曲線，并記錄、存儲（文本Txt、圖片Bmp等格式，如以文本格式存儲實驗數(shù)據，可用其他任何通用商用報表、字處理

10、軟件對試驗數(shù)據進行再處理）、生成試驗報表、打印試驗曲線，3.6.1全中文操作界面：按鈕化的全中文操作界面, 設計簡潔明亮, 適合任何級別的操作人員, 操作簡單， 并設有快捷操作方式，有效提高工作效率，誤操作少，使試驗更可靠性、精確度更高。圖9 試驗力設定面板如圖所示，試驗各參數(shù)設置采用一鍵式輸入方法，適用于任何級別試驗操作人員，簡化試驗步驟，無復雜操作流程；并設有快捷操作方式，可有效提高實驗效率，無誤操作，更智能。3.6.2自處理、監(jiān)控功能：1.）具有自監(jiān)控功能，試驗開啟后，在無人情況下可完成試驗或達到材料疲勞時可自行安全停機；2.）提供強大的自動測試及數(shù)據處理功能。只要按下試驗按鈕,系統(tǒng)依照

11、預先設置的試驗參數(shù)自動進行試驗、測試并自動處理試驗數(shù)據；在試驗結束后,自動打印試驗報告,無需再按下打印控件按鈕操作,實現(xiàn)了從自動測試到自動輸出試驗結果的全自動操作。 3.6.3保護功能：轉數(shù)、摩擦系數(shù)、摩擦力矩、試驗時間、振動信號參數(shù)超設定值自動停車，保證試驗在安全的條件下有效運行。3.6.4幫助功能：狀態(tài)欄提供所有操作項目的詳細提示及說明, 包括菜單、工具欄和對話框等, 如需訪問提示, 可單擊“查看”按鈕，屏幕上會彈出有關主題詳細說明書的下拉框, 以指導操作、提請注意。圖11 報表生成界面圖12 試驗曲線顯示界面實驗結束后，試驗人員可根據需求，生成試驗報表，存儲試驗數(shù)據，打印等，也可將存儲后

12、的實驗數(shù)據在其他商業(yè)軟件中進行再處理。4. 主要技術參數(shù)指標： 試驗力： 1.030kN，無級可調，試驗力加載精度： 指示值±1 試驗力長時保持示值誤差： ±1F.S 試驗扭矩： 145N.m 扭矩示值相對誤差： ±1 試驗轉速： 3005800r/min，無級可調 轉速誤差±10r/min試驗時間控制范圍： 19999h試驗轉數(shù)顯示與控制范圍： 999999999試件尺寸： 滿足標準GB10622-89、YB/T5345-2006標準，60×20試驗空間： 滿足摩擦副的裝夾試樣、陪試件軸線在鉛垂平面內平行度及水平平面內平行度：0.02mm主軸

13、在安裝試樣和陪試件位置處徑向跳動量及端面跳動量： 0.01mm；停機控制方式： 手動/自動（時間、試驗力、轉數(shù)、轉速、摩擦力矩、振動幅度等）外型尺寸： 1800×1000×1400mm（主機） 600×500×1600mm（電氣控制柜） 500×500×500mm（油箱參考尺寸，兩套）試驗機各項參數(shù)符合GB10622-89、YB/T5345-2006、JB/T 10510-2005的有關規(guī)定。5.試驗機的環(huán)境與工作條件：在室溫100C350C范圍內，室內條件；相對濕度不大于80%；在穩(wěn)固的基礎上正確安裝；在周圍無振動、無腐蝕性介質和無

14、強電磁場干擾的清潔的環(huán)境中；使用電源：三相四線 380V；電源電壓的波動范圍不應超過額定電壓的10%。6.關鍵部件品牌一覽表項目名稱品牌說明1電機皖南電機2變頻器合資品牌 英威騰3計算機研祥工業(yè)控制計算機4工業(yè)控制板卡臺灣 泓格5溫度傳感器瑞士 羅卓尼克6軸承P5級軸承7扭矩傳感器北京三晶8打印機惠普9彈性膜片聯(lián)軸器日本 米思米10油泵日本 油研11交流接觸器、空氣開關德國 施耐德12開關電源洪海13數(shù)據采集模塊臺灣 泓格14試驗力傳感器福建 莆田設備配置單類別序號名稱規(guī)格/數(shù)量備 注產品1主機1臺配有：1. 變頻電機 1臺；2. 試驗力傳感器 1支；3. 動態(tài)扭矩傳感器 1支；4. 主機液壓系統(tǒng) 1套；5. 主機潤滑及冷卻系統(tǒng) 1套；6. 加速度傳感器、配套電荷放大器 各一2電氣控制柜1臺3工業(yè)控制計算機1套裝有數(shù)據采集控制系統(tǒng)、軟件，計算機硬件：PCA-6007LV/奔騰雙核CPU/內存2G/硬盤500G/DVD光驅/10M-100M 網卡/ 聲卡/鼠標、鍵盤。4A4頁幅彩色激光打印機1臺品牌：惠普備品備件1油盒1套2擋油罩1件有機玻璃3壓頭1件4測溫傳感器1支5球座1件6鋼球1件247配重坨1件8電源插頭及連線1套9摩擦副1套線接觸試樣、點接觸試樣個一套，小型組套工具，試樣螺母