GPM-30A高速滾動(dòng)接觸疲勞摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)

1、GPM-30A 技術(shù)方案設(shè)備名稱：微機(jī)控制滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)（外觀參考圖）1. 主要用途GPM-30A 微機(jī)控制滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)主要用于模擬滾動(dòng)接觸零件（如軸承、輪軌、軋輥等）工況的失效試驗(yàn)，將一恒定的載荷施加于滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)接觸的試樣，使其接觸表面受到循環(huán)接觸應(yīng)力的作用。通過控制和改變負(fù)荷、速度、 滑差率、 時(shí)間、 摩擦配偶材料、表面粗糙度、硬度等參數(shù)的情況下進(jìn)行測(cè)試，以評(píng)定試樣材料的疲勞破壞機(jī)理，評(píng)價(jià)材料在滾動(dòng)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(yàn)等。現(xiàn)該設(shè)備已在多家高校、科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)投入使用，高校主要用于科學(xué)研究及教學(xué)實(shí)驗(yàn)。該機(jī)為臥式框架結(jié)構(gòu)，由

2、變頻電機(jī)控制加載和旋轉(zhuǎn)，各試驗(yàn)參數(shù)實(shí)現(xiàn)單元化設(shè)置，操作方便，試驗(yàn)讀數(shù)準(zhǔn)確可靠，通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)可進(jìn)行各參數(shù)設(shè)置、控制，可實(shí)時(shí)顯示摩擦力矩 - 時(shí)間、試驗(yàn)力- 摩擦系數(shù)等曲線，并記錄、存儲(chǔ)、打印試驗(yàn)曲線。2. 適用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10622-1989 金屬材料滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)方法YB/T 5345-2006 金屬材料滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)方法JB/T 10510-2005 滾動(dòng)軸承材料接觸疲勞試驗(yàn)方法3. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述試驗(yàn)機(jī)主要由主動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、陪試軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、試驗(yàn)力加載系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、 潤(rùn)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(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)等部分組成。試驗(yàn)機(jī)下部是機(jī)座，機(jī)座左上部裝有下

3、主軸及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)座中部裝有油缸、活塞。 機(jī)座右后上部裝有上主軸及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，強(qiáng)電控制系統(tǒng)安裝在機(jī)座內(nèi)。主液壓油源及潤(rùn)滑油源位于主機(jī)的后部，通過液壓油路及控制電纜等與試驗(yàn)主機(jī)相連接。電氣控制箱完成信號(hào)的采集、變換、傳輸任務(wù)，通過串口電纜與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)連接。1 主機(jī)結(jié)構(gòu)圖 齒輪 箱（改 變 滑差 率）2 陪 試運(yùn) 動(dòng)系 統(tǒng)3 液 壓作 動(dòng)器4循環(huán)油箱5 主 動(dòng) 軸 運(yùn) 動(dòng) 系 統(tǒng)6 液 壓 泵 站7 固定齒輪箱8工作臺(tái)9 機(jī)架10 殼體11 調(diào)整墊鐵3.1 主動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及工作原理圖 2 主動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)參考圖主動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)部分臥式安裝于主機(jī)工作臺(tái)之上。該機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置摩擦副形式為環(huán)和環(huán)

4、，下3）裝于主動(dòng)軸（4）前端，并由固定螺母（1 ）和擋圈（2）緊固，可隨主動(dòng)軸以一定6） （ 8）與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)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(jī)（11）驅(qū)動(dòng)。電機(jī)由驅(qū)動(dòng)器控制，試驗(yàn)過程中恒轉(zhuǎn)矩輸出，轉(zhuǎn)速自100r/min 至 1500r/min ，具有無級(jí)可調(diào)的特點(diǎn)。3.4 試驗(yàn)力微控液壓加載系統(tǒng)當(dāng)試環(huán)旋轉(zhuǎn)，并且試環(huán)之間有一定的壓力時(shí)，二者之間便會(huì)有摩擦力矩產(chǎn)生，此摩擦力矩通過主軸（4） 、聯(lián)軸器（6）作用在轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)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(duì)話框中顯示，當(dāng)摩擦力矩超設(shè)定值，試驗(yàn)機(jī)會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)停車功能。3.3 陪試軸

5、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及工作原理圖 3 陪試軸運(yùn)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)參考圖變頻電機(jī)（1 ）驅(qū)動(dòng)齒輪軸（4）帶動(dòng)齒輪（3）通過過渡齒輪（2）和齒輪（16）傳遞帶動(dòng)傳動(dòng)軸（15）旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過一對(duì)齒輪（12） （ 10）嚙合帶動(dòng)陪試主軸（8）同步旋轉(zhuǎn)，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(dòng)軸組件通過左、右軸承座體（9） （ 14）固定于工作臺(tái)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(dòng)軸（15）為支點(diǎn)做杠桿運(yùn)動(dòng)以傳遞試驗(yàn)力。（ 11）為止動(dòng)銷，插入止動(dòng)銷，在試驗(yàn)過程中可以防止陪試主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。圖 4 試驗(yàn)力加載系統(tǒng)液壓加載系統(tǒng)主要有液壓泵站（7）和作動(dòng)器部分（4

6、）組成。油缸活塞上升，通過鋼球（3）加載于承壓塊（2）上，杠桿保持架（6）以傳動(dòng)軸為支點(diǎn)帶動(dòng)一端的陪試軸向下傳遞試驗(yàn)力于主動(dòng)軸端，分別與陪試軸端和主動(dòng)軸端緊固的上、下試環(huán)間則產(chǎn)生試驗(yàn)力。試環(huán)與試塊之間的壓力，由負(fù)荷傳感器測(cè)量，并在控制面板“試驗(yàn)力”窗口上顯示出來，該試驗(yàn)力可通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)置、反饋， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。承壓塊 （2）由緊定螺釘（ 1 ） 緊固。手柄（8）方便試驗(yàn)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(yàn)機(jī)是通過液壓油缸的活塞來對(duì)試環(huán)施加壓力負(fù)荷，為了適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間負(fù)荷試驗(yàn)的要求， 本機(jī)采用了負(fù)荷保持閥的結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)力的施加是通過微機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行

7、控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加載的。微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)一對(duì)減速比為16：1 的行星齒輪運(yùn)動(dòng)副，通過絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)拉動(dòng)微控負(fù)荷保持閥的閥芯，使試驗(yàn)機(jī)的系統(tǒng)壓強(qiáng)增大，根據(jù)F1F2 ，從而A1A2實(shí)現(xiàn)加載活塞對(duì)鋼球試驗(yàn)力的施加。其液壓原理如圖4 所示，5. 加載電磁閥6. 卸荷電磁閥7. 微控負(fù)荷保持閥8. 柱塞油缸9. 過濾器 10. 油箱5 液壓加載原理圖當(dāng)壓力油進(jìn)入負(fù)荷保持閥體，經(jīng)過平衡后，平衡孔使負(fù)荷保持，活塞穩(wěn)定在一定的位置上， 即達(dá)到負(fù)荷保持的目的；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓力油間失去平衡，負(fù)荷將上升或下降， 如果此時(shí)系統(tǒng)壓力高于預(yù)置壓力，則傳感器將預(yù)置壓力輸入微機(jī)控制系統(tǒng)與預(yù)置壓力比較，然后由微機(jī)控

8、制電機(jī)反轉(zhuǎn)，直至系統(tǒng)壓力與預(yù)置壓力平衡為止。圖 6 油盒部分如圖，需要時(shí)可安裝油盒（4）于摩擦副處，加入潤(rùn)滑油，使油液浸過下試環(huán)（3）下邊緣，上、下試環(huán)（1） （ 3）旋轉(zhuǎn)時(shí)帶入潤(rùn)滑油。溫度傳感器（品牌：進(jìn)口瑞士羅卓尼克）（ 2）可測(cè)量回路油液溫度。回路油溫測(cè)量范圍：0-300 ，測(cè)量誤差：±1 。為滿足長(zhǎng)時(shí)間工作試驗(yàn)的需求，所配兩套油源均采用低熱量的油路設(shè)計(jì)，增加風(fēng)冷式回油冷卻器；當(dāng)油路通電時(shí)冷卻風(fēng)扇將自動(dòng)開啟，為其降溫。3.6 控制系統(tǒng)該機(jī)控制系統(tǒng)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（品牌：研祥）、專業(yè)控制軟件、電氣控制柜等部分構(gòu)成。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（品牌：研祥）安裝有 Windows 中文系統(tǒng)及濟(jì)南

9、益華摩擦學(xué)測(cè)試技術(shù)有限公司自主研發(fā)的控制軟件，按鈕化簡(jiǎn)單操作，界面簡(jiǎn)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(yàn)參數(shù)設(shè)置；控制軟件集預(yù)設(shè)、采集、 控制、 數(shù)據(jù)分析與處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、生成報(bào)表、打印等功能于一體。7 試驗(yàn)機(jī)面板操作圖8 測(cè)試系統(tǒng)操作界面操作測(cè)控軟件可運(yùn)行于Windows 9x/2000/XP/Win7 下， 可實(shí)時(shí)采集、顯示試驗(yàn)力、試驗(yàn)時(shí)間、摩擦力矩、振動(dòng)幅度、溫度、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)數(shù)、摩擦系數(shù)、滑差率等試驗(yàn)參數(shù)，可實(shí)時(shí)繪制試驗(yàn)曲線，如： 摩擦力矩- 時(shí)間、 試驗(yàn)力 - 摩擦系數(shù)等曲線，并記錄、存儲(chǔ) （文本 Txt 、圖片Bmp等格式，如以文本格式存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可用其他任何

10、通用商用報(bào)表、字處理軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理）、生成試驗(yàn)報(bào)表、打印試驗(yàn)曲線，3.6.1 全中文操作界面：按鈕化的全中文操作界面, 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔明亮, 適合任何級(jí)別的操并設(shè)有快捷操作方式，有效提高工作效率，誤操作少，使試驗(yàn)更可靠作人員 , 操作簡(jiǎn)單， 性、精確度更高。圖 9 試驗(yàn)力設(shè)定面板如圖所示，試驗(yàn)各參數(shù)設(shè)置采用一鍵式輸入方法，適用于任何級(jí)別試驗(yàn)操作人員，簡(jiǎn)化試驗(yàn)步驟，無復(fù)雜操作流程；并設(shè)有快捷操作方式，可有效提高實(shí)驗(yàn)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(yàn)開啟后，在無人情況下可完成試驗(yàn)或達(dá)到材料疲勞時(shí)可自行安全停機(jī)；2.）提供強(qiáng)大的自動(dòng)測(cè)試及數(shù)據(jù)處理

11、功能。只要按下試驗(yàn)按鈕 ,系統(tǒng)依照預(yù)先設(shè)置的試驗(yàn)參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)、測(cè)試并自動(dòng)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)；在試驗(yàn)結(jié)束后,自動(dòng)打印試驗(yàn)報(bào)告,無需再按下打印控件按鈕操作,實(shí)現(xiàn)了從自動(dòng)測(cè)試到自動(dòng)輸出試驗(yàn)結(jié)果的全自動(dòng)操作。3.6.3 保護(hù)功能：轉(zhuǎn)數(shù)、摩擦系數(shù)、摩擦力矩、試驗(yàn)時(shí)間、振動(dòng)信號(hào)參數(shù)超設(shè)定值自動(dòng)停車，保證試驗(yàn)在安全的條件下有效運(yùn)行。3.6.4 幫助功能：狀態(tài)欄提供所有操作項(xiàng)目的詳細(xì)提示及說明, 包括菜單、工具欄和對(duì)話框等 , 如需訪問提示, 可單擊 “查看” 按鈕， 屏幕上會(huì)彈出有關(guān)主題詳細(xì)說明書的下拉框, 以指導(dǎo)操作、提請(qǐng)注意。11 報(bào)表生成界面12 試驗(yàn)曲線顯示界面4. 主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)：試驗(yàn)力：試驗(yàn)力長(zhǎng)

12、時(shí)保持示值誤差：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，試驗(yàn)人員可根據(jù)需求，生成試驗(yàn)報(bào)表，存儲(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，打印等，也可將1.0 30kN ，無級(jí)可調(diào)，指示值±1 ± 1 F.S 試驗(yàn)扭矩： 扭矩示值相對(duì)誤差： 試驗(yàn)轉(zhuǎn)速：試驗(yàn)時(shí)間控制范圍：試驗(yàn)轉(zhuǎn)數(shù)顯示與控制范圍：試件尺寸：試驗(yàn)空間：1 45N.m± 1300 5800r/min ，無級(jí)可調(diào)轉(zhuǎn)速誤差±10r/min1 9999h 999999999滿足標(biāo)準(zhǔn)GB10622-89 、 YB/T5345-2006 標(biāo)準(zhǔn)， 60 × 20滿足摩擦副的裝夾? 試樣、陪試件軸線在鉛垂平面內(nèi)平行度及水平平面內(nèi)平行度：0.02mm? 主軸在安

13、裝試樣和陪試件位置處徑向跳動(dòng)量及端面跳動(dòng)量： 0.01mm ；? 停機(jī)控制方式：手動(dòng) / 自動(dòng) （時(shí)間、試驗(yàn)力、轉(zhuǎn)數(shù)、 轉(zhuǎn)速、 摩擦力矩、振動(dòng)幅度等）? 外型尺寸：1800 × 1000 × 1400mm （主機(jī)）600 × 500 × 1600mm （電氣控制柜）500 × 500 × 500mm （油箱參考尺寸，兩套）? 試驗(yàn)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)符合GB10622-89 、 YB/T5345-2006 、 JB/T 10510-2005 的有關(guān)規(guī)定。5.試驗(yàn)機(jī)的環(huán)境與工作條件：在室溫100C 350C 范圍內(nèi)，室內(nèi)條件；相對(duì)濕度不大于80%

14、；在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上正確安裝；在周圍無振動(dòng)、無腐蝕性介質(zhì)和無強(qiáng)電磁場(chǎng)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(dòng)范圍不應(yīng)超過額定電壓的10%。6.關(guān)鍵部件品牌一覽表項(xiàng)目名稱品牌說明1電機(jī)皖南電機(jī)2變頻器合資品牌英威騰3計(jì)算機(jī)研祥工業(yè)控制計(jì)算機(jī)4工業(yè)控制板卡臺(tái)灣泓格5溫度傳感器瑞士羅卓尼克6軸承P5 級(jí)軸承7扭矩傳感器北京三晶8打印機(jī)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(guān)德國(guó)施耐德12開關(guān)電源洪海13數(shù)據(jù)采集模塊臺(tái)灣泓格14試驗(yàn)力傳感器福建莆田設(shè)備配置單類別序號(hào)名稱規(guī)格 /數(shù)量備注產(chǎn)品1主機(jī)1臺(tái)配有：1. 變頻電機(jī)1臺(tái)；2. 試驗(yàn)力傳感器1支；3. 動(dòng)態(tài)扭矩傳感器1支；4. 主機(jī)液壓系統(tǒng)1套；5. 主機(jī)潤(rùn)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(tái)3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)1套裝有數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)、軟件，計(jì)算機(jī)硬件：PCA-6007LV/ 奔騰雙核CPU/內(nèi) 存 2G/ 硬 盤 500G/DVD 光 驅(qū) /10M-100M 網(wǎng)卡 / 聲卡 /鼠標(biāo)、鍵盤。4A4 頁(yè)幅彩色激光打印機(jī)1臺(tái)品牌：惠普備品1油盒1套2擋油罩1件有機(jī)玻璃3壓頭1件4測(cè)溫傳感器1支備件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(diǎn)接觸試樣個(gè)一套，小型組套工具，試樣螺母工具各一