GPM-30A高速滚动接触疲劳摩擦磨损试验机.doc

ＧPM-３0A技术方案
设备名称：微机控制滚动接触疲劳试验机　(外观参考图) 　 　

1. 主要用途
　 GPＭ-30Ａ微机控制滚动接触疲劳试验机主要用于模拟滚动接触零件(如轴承、轮轨、轧辊等）工况得失效试验,将一恒定得载荷施加于滚动或滚动加滑动接触得试样,使其接触表面受到循环接触应力得作用。通过控制与改变负荷、速度、滑差率、时间、摩擦配偶材料、表面粗糙度、硬度等参数得情况下进行测试，以评定试样材料得疲劳破坏机理,评价材料在滚动接触状态下得疲劳寿命,并可完成齿轮接触疲劳、轴承接触疲劳、轮轨磨耗试验等。现该设备已在多家高校、科研机构、生产企业投入使用,高校主要用于科学研究及教学实验。
该机为卧式框架结构,由变频电机控制加载与旋转,各试验参数实现单元化设置,操作方便，试验读数准确可靠,通过工业控制计算机可进行各参数设置、控制,可实时显示摩擦力矩-时间、试验力－摩擦系数等曲线,并记录、存储、打印试验曲线。
2. 适用标准
　　 GＢ/T 1062２－１98９　《金属材料滚动接触疲劳试验方法》
　　 ＹB/Ｔ 5345-20０6《金属材料滚动接触疲劳试验方法》
　 JB/T 10５10-2005《滚动轴承材料接触疲劳试验方法》
3. 结构简述
试验机主要由主动轴运动系统、陪试轴运动系统、试验力加载系统、测量系统、润滑系统及冷却系统、摩擦副装夹部分、电气控制箱、工业控制计算机测控系统等部分组成。试验机下部就是机座,机座左上部装有下主轴及其驱动系统,机座中部装有油缸、活塞。机座右后上部装有上主轴及其驱动系统,强电控制系统安装在机座内。主液压油源及润滑油源位于主机得后部，通过液压油路及控制电缆等与试验主机相连接。电气控制箱完成信号得采集、变换、传输任务,通过串口电缆与工业控制计算机测控系统连接。

图1ﻩ主机结构图
1—齿轮箱(改变滑差率) 　　 ２—陪试运动系统 　 ３—液压作动器
4—循环油箱 　 　 　 ５—主动轴运动系统 　 　　 ６—液压泵站 　　
　 7—固定齿轮箱 ８—工作台　　 9—机架 １0—壳体 1１—调整垫铁
3、1主动轴驱动系统及工作原理

图２ 主动轴运动部分结构参考图
主动轴运动部分卧式安装于主机工作台之上。该机得标准配置摩擦副形式为环与环,下试环（3）装于主动轴(４)前端,并由固定螺母(1)与挡圈(2)紧固,可随主动轴以一定得转速旋转。主动轴通过弹性联轴器(6)(8）与转速转矩传感器(7)串联,再通过弹性联轴器(10）与齿轮箱连接,由变频电机(１１)驱动。电机由驱动器控制，试验过程中恒转矩输出,转速自100r／ｍin至１50０r/min，具有无级可调得特点。
３、２ 摩擦力矩测量装置
当试环旋转,并且试环之间有一定得压力时,二者之间便会有摩擦力矩产生,此摩擦力矩通过主轴（4)、联轴器(6)作用在转速转矩传感器(7）上,再有控制系统采集处理，最后在操作软件界面上“摩擦力矩”对话框中显示,当摩擦力矩超设定值,试验机会启动自动停车功能。
３、３陪试轴驱动系统及工作原理

图3ﻩ陪试轴运动部分结构参考图
变频电机(１)驱动齿轮轴(4)带动齿轮(3)通过过渡齿轮（2)与齿轮（16)传递带动传动轴(15）旋转,同时通过一对齿轮(１2)(10）啮合带动陪试主轴(8)同步旋转,试环（７)通过固定螺母(5)与挡圈(6)紧固于陪试主轴(８)端部。传动轴组件通过左、右轴承座体（9)(14)固定于工作台上，陪试主轴(8)安装于杠杆保持架(13)一端,杠杆保持架(１3)可以传动轴（15)为支点做杠杆运动以传递试验力。（1１)为止动销,插入止动销,在试验过程中可以防止陪试主轴得转动。
3、4　试验力微控液压加载系统

图4ﻩ试验力加载系统
液压加载系统主要有液压泵站（7)与作动器部分(４)组成。油缸活塞上升，通过钢球（3)加载于承压块（2)上，杠杆保持架(6)以传动轴为支点带动一端得陪试轴向下传递试验力于主动轴端,分别与陪试轴端与主动轴端紧固得上、下试环间则产生试验力。试环与试块之间得压力,由负荷传感器测量，并在控制面板“试验力”窗口上显示出来,该试验力可通过计算机控制系统进行预置、反馈,实现自动控制。承压块(2）由紧定螺钉（１）紧固。手柄(８)方便试验过程中得操作。限位柱（5)为杠杆保持架(6)下行限位之用,可避免碰撞。
本试验机就是通过液压油缸得活塞来对试环施加压力负荷,为了适应长时间负荷试验得要求,本机采用了负荷保持阀得结构。试验力得施加就是通过微机对液压系统进行控制实现自动加载得。微机控制步进电机,步进电机带动一对减速比为１6:1得行星齿轮运动副,通过丝杆得转动拉动微控负荷保持阀得阀芯，使试验机得系统压强增大，根据,从而实现加载活塞对钢球试验力得施加。其液压原理如图4所示，

１、油泵电机组 2、系统节流阀 3、压力表 ４、系统溢流阀
5、加载电磁阀6、卸荷电磁阀 7、微控负荷保持阀　８、柱塞油缸9、过滤器１0、油箱
图5 液压加载原理图
当压力油进入负荷保持阀体，经过平衡后,平衡孔使负荷保持,活塞稳定在一定得位置上,即达到负荷保持得目得;当步进电机旋转时,压力油间失去平衡,负荷将上升或下降,如果此时系统压力高于预置压力，则传感器将预置压力输入微机控制系统与预置压力比较,然后由微机控制电机反转,直至系统压力与预置压力平衡为止。
３、5 油盒及循环油箱

图6 油盒部分
如图，需要时可安装油盒（4)于摩擦副处,加入润滑油,使油液浸过下试环(3）下边缘,上、下试环（1)(3)旋转时带入润滑油。温度传感器（品牌：进口 瑞士罗卓尼克)（2)可测量回路油液温度。回路油温测量范围:０-３00℃,测量误差：±１℃。
为满足长时间工作试验得需求,所配两套油源均采用低热量得油路设计，增加风冷式回油冷却器；当油路通电时冷却风扇将自动开启,为其降温。
3、6控制系统
该机控制系统由工业控制计算机(品牌:研祥)、专业控制软件、电气控制柜等部分构成。
工业控制计算机(品牌：研祥)安装有Windｏws中文系统及济南益华摩擦学测试技术有限公司自主研发得控制软件,按钮化简单操作，界面简洁明亮,操作方便,有在线提示功能,一键式输入可轻松完成试验参数设置；控制软件集预设、采集、控制、数据分析与处理、数据存储、生成报表、打印等功能于一体。

图7 试验机面板操作图

图8 测试系统操作界面
操作测控软件可运行于Windowｓ　９ｘ／2０00/XP/Win７下，可实时采集、显示试验力、试验时间、摩擦力矩、振动幅度、温度、转速与转数、摩擦系数、滑差率等试验参数,可实时绘制试验曲线，如:摩擦力矩-时间、试验力-摩擦系数等曲线,并记录、存储(文本Ｔxｔ、图片Bmp等格式,如以文本格式存储实验数据,可用其她任何通用商用报表、字处理软件对试验数据进行再处理)、生成试验报表、打印试验曲线,
3、6、1全中文操作界面:按钮化得全中文操作界面, 设计简洁明亮, 适合任何级别得操作人员, 操作简单， 并设有快捷操作方式,有效提高工作效率,误操作少，使试验更可靠性、精确度更高。

图９ 试验力设定面板
如图所示,试验各参数设置采用一键式输入方法,适用于任何级别试验操作人员,简化试验步骤,无复杂操作流程;并设有快捷操作方式，可有效提高实验效率,无误操作,更智能。
3、6、2自处理、监控功能：1、)具有自监控功能，试验开启后,在无人情况下可完成试验或达到材料疲劳时可自行安全停机;2、)提供强大得自动测试及数据处理功能。只要按下试验按钮，系统依照预先设置得试验参数自动进行试验、测试并自动处理试验数据;在试验结束后,自动打印试验报告，无需再按下打印控件按钮操作,实现了从自动测试到自动输出试验结果得全自动操作。
　3、６、3保护功能：转数、摩擦系数、摩擦力矩、试验时间、振动信号参数超设定值自动停车，保证试验在安全得条件下有效运行。
3、6、4帮助功能：状态栏提供所有操作项目得详细提示及说明, 包括菜单、工具栏与对话框等, 如需访问提示, 可单击“查瞧”按钮,屏幕上会弹出有关主题详细说明书得下拉框,　以指导操作、提请注意。

图11 报表生成界面

图1２ 试验曲线显示界面
实验结束后,试验人员可根据需求,生成试验报表，存储试验数据,打印等,也可将存储后得实验数据在其她商业软件中进行再处理。
4. 主要技术参数指标:
① 试验力: 　 　 1、0~3０kN,无级可调,
②试验力加载精度： 指示值±１%
② 试验力长时保持示值误差: 　 ≤±1％F、Ｓ
③ 试验扭矩: 　 　 　　 　 　 1~45N、m
④ 扭矩示值相对误差: 　 　≤±1%　
⑤ 试验转速: 　 　 　 300～5８00ｒ／min,无级可调　转速误差≤±10r／min
⑦试验时间控制范围: 　 　 1～9999h
⑧试验转数显示与控制范围: 　 999９99999
⑨试件尺寸: 　 　 　 满足标准ＧＢ1０622－89、YB/T５345-2006标准，Ф60×20
⑩试验空间: 　 　 　 满足摩擦副得装夹
⑪试样、陪试件轴线在铅垂平面内平行度及水平平面内平行度:≤０、02mm
⑫主轴在安装试样与陪试件位置处径向跳动量及端面跳动量: 　≤0、0１ｍｍ；
⑬停机控制方式: 　　 手动／自动(时间、试验力、转数、转速、摩擦力矩、振动幅度等)⑭外型尺寸: 　 　 　 1８00×10００×1400mｍ(主机)
　 　 　 　 　 600×500×16００mm（电气控制柜)
　 　 　 　 　　 　　 　　 　 500×５00×５０0mm(油箱参考尺寸，两套）
⑮试验机各项参数符合GB１06２2-89、YＢ/T5345-2006、JB/T 10510-2００5得有关规定。
5、试验机得环境与工作条件：
①在室温１00C~350Ｃ范围内，室内条件;
②相对湿度不大于８０%;
③在稳固得基础上正确安装;
④在周围无振动、无腐蚀性介质与无强电磁场干扰得清洁得环境中;
⑤使用电源:三相四线　38０Ｖ；电源电压得波动范围不应超过额定电压得１0%。
6、关键部件品牌一览表
项目
名称
品牌说明
１
电机
皖南电机
2
变频器
合资品牌 英威腾
３
计算机
研祥工业控制计算机
4
工业控制板卡
台湾 　泓格
５
温度传感器
瑞士 罗卓尼克
6
轴承
P5级轴承
７
扭矩传感器
北京三晶
８
打印机
惠普
9
弹性膜片联轴器
日本 米思米
10
油泵
日本 油研
11
交流接触器、空气开关
德国 施耐德
12
开关电源
洪海
1３
数据采集模块
台湾 泓格
14
试验力传感器
福建　莆田

设备配置单
类别
序号
名称
规格／数量
备　注
产
品
１
主机
1台
配有:
1. 变频电机 　 　 1台;
2. 试验力传感器　 １支;
3. 动态扭矩传感器 　１支;
4. 主机液压系统　 　1套;
5. 主机润滑及冷却系统　　1套;
6. 加速度传感器、配套电荷放大器 各一
2
电气控制柜
1台

3
工业控制计算机
１套
装有数据采集控制系统、软件，计算机硬件:PCA-6０0７LV／奔腾双核CPＵ／内存２G/硬盘５００Ｇ／DVD光驱/10M-100M　网卡／ 声卡/鼠标、键盘。

4
Ａ4页幅彩色激光打印机
１台
品牌:惠普
备
品
备
件
1
油盒
1套

2
挡油罩
1件
有机玻璃
３
压头
1件

4
测温传感器
1支

5
球座
1件

6
钢球
1件
Ф24
7
配重坨
１件

8
电源插头及连线
１套

9
摩擦副
１套
线接触试样、点接触试样个一套，小型组套工具,试样螺母工具各一套
10
防震垫铁
6件

专用
工具
1
内六方扳手
1套

2
手杆
1件

3
支架
1件

4
夹头扳手
1件

5
止动销
1件

6
起吊螺钉
４件

技术
文件
1
装箱清单
１份
含采购件型号、厂家、联系方式、主要轴承型号、密封圈型号等
２
出厂合格证
1份

3
设备使用说明书
1份
含日常维护手册、常见故障诊断手册、试样图纸、总体布局图、关键件及易损件图纸
4
软件备份光盘
1份
内含软件使用说明书
5
扭矩传感器说明书及合格证
1份

6
试验力传感器说明书及合格证
1份

7
电机使用说明书及合格证
１份

8
出厂检验报告
1份

分项报价:(总价37万元)