磨损试验机研制课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,试验装置研制背景,本项目的主要研究内容,试验装置整体构造和原理,电刷的制备,电磨损实验装置的磨损测试和数据分析,试验装置研制背景,1,滑动电接触材料（如电刷材料等）担负着在旋转部件与固定部件之间传导电流的重任，它的质量好坏直接影响到电机、仪器和有关设备的性能和使用质量，研究出能够满足高科技时代发展需要的新型滑动电接触材料，需要有相应的滑动电接触材料磨损试验装置作保证。而这种磨损试验装置，目前市面上无法购买，到摩擦磨损试验机专业厂订做价格比自己制做高20-30倍。所以自己设计试制一台滑动电接触材料磨损试验装置，既可达到经济实用目的，又可将我们所学知识加以利用，培养和锻炼自己创新能力与实际动手能力，而且对新型滑动电接触材料的研究与开发工作又能起到保证和促进作用。,滑动电接触材料（如电刷材料等）担负着在旋转部件与固定,2,滑动电接触材料中用量较大的有铜-石墨、银-石墨复合电刷材料，随着科学技术的发展，电机向着高速、大电流、微型化发展，对电刷材料的性能要求也越来越高，传统的铜-石墨、银-石墨电刷材料已不能完全满足科学技术发展需要，目前国内外多采用液态金属浸渍法、石墨粉表面镀铜法以及碳纤维、碳纳米管和导电陶瓷颗粒增强法来改善电刷材料的性能，并已取得了较好的效果，我校材料学院老师在这方面也做了大量研究工作。为了更好地检测新研制出的滑动电接触材料的耐磨性能，国内外这方面的研究工作者都是靠自行设计和制作磨损试验装置，因为电刷在工作时是靠其尾部的弹簧加力与电机转子接触传导电流，所以该磨损试验装置与专业厂家生产的摩擦磨损试验机的最大区别是加载范围小，一般在1公斤或几公斤以下，而常规的摩擦磨损试验机的加载范围一般在几公斤到几百公斤；其次是该磨损试验装置可在通电和不通电条件进行试验，而常规的摩擦磨损试验机一般都不能在通电条件下进行试验。,滑动电接触材料中用量较大的有铜-石墨、银-石墨复合电刷材料，,3,1. 设计出一台小巧玲珑、结构简单、经济又实用的环块式磨损试验装置，要求能在干摩擦条件和通电条件下进行试验，并且对磨环材料可换，电流大小和载荷大小可调。,2. 加工制做出达到上述各项功能和要求的滑动电接触材料磨损试验装置，并进行调试和实际使用。,3. 制备不同成分的新型滑动电接触材料，并加工成电刷，在自己研制的滑动电接触材料磨损试验装置上进行不通电和通电磨损试验，考核它们耐磨性能。,本项目解决的关键技术是电刷的加载装置设计和对磨环与拖动电机的联接机构设计，本项目的创新之处是研制的滑动电接触材料磨损试验装置可进行不通电和通电磨损试验，并且小巧玲珑、结构简单、经济又实用。,1. 设计出一台小巧玲珑、结构简单、经济又实用的环块式磨损,4,电磨损实验装置主要由底座、动力系统、刷握系统、加力系统组成，以及磨损测试系统。其结构原理示意图如,图1,，,图2,所示。,本试验采用的电磨损实验装置系统主要包括以下几大部分：,(1) 动力系统,采用三项异步电动机作为动力装置，型号为YVF2-80M2-2,功率为1.1KW,标准工作电压380V,额定工作电流2.6A，频率50Hz，绝缘等级为E级，额定转矩3.5N.m，转速为1400转/分。,电磨损实验装置主要由底座、动力系统、刷握系统、加力系统组成，,5,(2) 电刷支架固定系统及加载系统,如,图3,所示，角钢制作的底座与电机底座用螺丝固定，电机底座采用球墨铸铁，目的就是为了减少电机的震动，增加工作稳定性和可靠性，降低工作噪音。,(3) 磨损测试系统,主要由电刷和对磨环构成，电刷与对磨环相接触（如示意,图4,所示），利用对磨环的转动，小弹簧对电刷施加压力，使电刷稳定磨损。,(2) 电刷支架固定系统及加载系统,6,图5磨损实验装置结主视图,1.底座2.电机底座3.电机4.对磨环5.刷握装置6.刷握底座,磨损试验机研制课件,7,刷握系统是整个实验装置的核心部分用,于安装电刷，以及弹簧加力系统。,刷握具体由刷握底座，刷握构架，刷握,套，电刷槽，弹簧，加力螺母等组成。,刷握设计尺寸如图6,刷握系统是整个实验装置的核心部分用,8,银-石墨基复合材料电磨损试验按照国家标准GB12175-90电机用电刷运行试验方法，在自制的电磨损实验装置上进行。原理如图1、图2所示。式样为块环滑动。对磨环为紫铜，布氏硬度为110，对磨环直径8.000cm。其中每个电刷如图4所示安装在刷握槽内，电刷由直流电源供给试验电流。直流电源装置型号为WJ-15V30A。提供的稳定电流为04.5A.当电机开始按顺时针方向正常工作运转时，电刷在固定的支架和施压的弹簧作用，提供确定的摩擦力，然后通过调节直流电源参数，调节电流的大小，本次试验由带4.5A电流时的状况和不带电时的状况做比较。在相同的工作时间内，通过测量电刷的磨损量（计算电刷的重量减少量），来比较电磨损和纯机械磨损的差异。,银-石墨基复合材料电磨损试验按照国家标准GB,9,磨损试验机研制课件,10,本实验的电刷样品为长方体（主要是模具的限制和为后面的体积计算提供方便）。由于本论文主要研究复合材料电刷电磨损机理，所以在试验的开始，样品的各种组元的质量百分数已经是确定的了，分别是15%石墨和85%的Ag。基于选取以上数据主要是参考一些专著,23,22,对电刷成分的研究，旨在探索电刷在电磨损条件下的性能。,计算含量 试验中的样品总质量设定为64g，通过以上成分含量的百分比计算出：M(石墨)=9.6g；M（Ag）=54.4g；,称量 计算好各成分的质量后，使用托盘天平进行称量，如果金属粉末的颗粒含有较大的颗粒应该先过筛再称量。,本实验的电刷样品为长方体（主要是模具的限制和为后面的体积计算,11,手动混合 由于样品小且没有合适的混合设备，所以采用手动混合。,过筛混合 由于手动不能完全将其混匀，所以手动混合后的粉末2进行一次过筛混合相当于一次再进行一次简单的机械混合。,等量分量 实验采用700 C温度点烧结。为了防止烧结时样品出现意外损伤导致实验数据部完整，所以制样时准备多个式样。所以将混合后的粉末平均分为八份。每块样品8g。分量时先一分为二，再二分为四，四分为八！,压制 将每块的样品粉末装入模具中通过XJP-6A型压机，压力载荷为6.4Mpa保压时间为30秒。,烧结 样品放在烧结罐中用沙粒掩埋然后盖上盖子放入箱式电阻炉中烧结。,手动混合 由于样品小且没有合适的混合设备，所以采用手动,12,电刷的主要性能包括密度、硬度、抗弯,性能和电阻率。,实验数据如下表：,电刷的主要性能包括密度、硬度、抗弯,13,试验前的准备,在试验前应对电机检测，看是否有漏电，,观察电机是否声音异常或者频率是否一致。,检查刷握是否有松动现象，若出现松动应先,装上式样进行调试，使其式样与对磨环成块-,环接触。检验导线是否接触良好，直流电源,是否稳定。,试验前的准备,14,电磨损的实际工作条件是在工大材料楼,试验室进行。环境温度为222。由电动机,的转速1400转/分钟，铜环直径为8.000cm，测,得电刷的相对线速度为5.7763m/s。通入的电,流强度为04.5A.电刷压力为2.5N/cm3，电刷,的压力是通过刷握弹簧的压缩长度计算。纯,机械磨损时（通过的电流为0A时），每隔6小,时计算一次磨损量。带电磨损时（通过的电,流为4.5A时），每隔3小时计算一次磨损量。,电磨损的实际工作条件是在工大材料楼,15,试验性能的测定,当各项试验准备阶段已完毕时，可以正,式开始试验。试验主要是分为两个步骤。一,是纯机械磨损性能的测试（通过电流为0A）,，二是带电磨损性能的测试。,试验性能的测定,16,采用每6小时测量一次电刷的重量和长度,正刷纯机械磨损,负刷纯机械磨损,采用每6小时测量一次电刷的重量和长度,17,正刷纯机械磨损,负刷纯机械磨损,正刷纯机械磨损,18,由于带磨损磨损量较大，采用每3小时计算一,次电刷的重量和长度。通过的电流大小为4.5A.,正刷带电磨损,负刷带电磨损,由于带磨损磨损量较大，采用每3小时计算一,19,正刷带电磨损,负刷带电磨损,磨损试验机研制课件,20,从实验数据来分析，带电磨损明显强纯,机械磨损，且磨损是纯机械磨损的25倍。,从实验数据来分析，带电磨损明显强纯,21,正刷磨损时间和磨损量的曲线,D曲线代表了通过电流为4.5A时，正刷磨损时间和磨损量的关系曲,线。B曲线代表了纯机械磨损时，正刷磨损时间和磨损量的关系曲线。,磨损试验机研制课件,22,负刷磨损时间和磨损量的曲线,D曲线代表了通过电流为4.5A时，负刷磨损时间和磨损量的关系曲线。,B曲线代表了纯机械磨损时，负刷磨损时间和磨损量的关系曲线。,磨损试验机研制课件,23,正刷磨损时间和电刷长度的变化曲线,正刷磨损时间和电刷长度的变化曲线,24,负刷磨损时间和电刷长度变化的曲线,负刷磨损时间和电刷长度变化的曲线,25,上图,B曲线代表了电刷的带电磨损，D曲线代表了电刷,的纯机械磨损。由电刷长度的变化率可以分析磨损强度的,大小。从图中可以看出，纯机械摩擦系数要小于带电磨损,摩擦系数。机械磨损初级，磨损量较小，从物理意义上来,讲，固体表面总是凹凸不平，相互接触是局部的，既通过,各个接触点来实现，磨损量为局部磨损。曲线的斜率小，,磨损率较小。当磨损时间加长以后，电刷表面变得平整，,与对磨环的间隙配合也完美了之后，才是过渡到整个面的,磨损。此时磨损量加大。带电磨损的斜率较稳定。与纯机,械磨损刚开始情况相同，固体接触是局部的，磨损小。但,由于有效接触面积小，电流在整个电刷上不均匀分布，电,流在接触点处电流突然增大，是接触点强烈发热，产生黏,着磨损。磨损量增大。这样一方面因素使磨损减弱，一方,面又使磨损增大。但随着磨损的进行，点接触逐渐变少，,随之黏着磨损也减少。故曲线曲率变化不明显。,上图B曲线代表了电刷的带电磨损，D曲线代表,26,根据电刷磨损的物理过程，从现有的各,种观点认为，电刷的磨损乃是接触元件之间,动力相互作用的结果，从而改变了它们之间,的接触表面状况，使得接触表面发生了质变,过程，电刷的磨损大致可分为三种形式：,没有电流通过时的纯机械磨损;,有电流通过时的机械磨损;,纯电气磨损。,根据电刷磨损的物理过程，从现有的各,27,电刷在整个滑动接触过程中都是在电流的作用下进行的。,当电流通过时，电流仅集中在电刷表面很小的接触区面积上，,而使得局部发热，电刷表面的温度升高，导致电刷表面的颗,粒结合强度减弱或氧化，引起接触材料表面颗粒脱落。电气,磨损过程还与极性有关，磨损是与接触元件材料的阳离子移,动方向有关，阳离子由正电刷移向集电环，再由集电环移向,负电刷，而阳离子数与电流密度成正比，因此电流密度就决,定了阳离子的强度。电流的作用外，阳离子强度还与电刷材,质有关,30,，浸银石墨电刷在磨损接触过程中，在正电刷的接,触区和负电刷下的集电环表面都生成了金属颗粒和氧化物，,而产生了磨粒磨损，因此正电刷的磨损大于负电刷。由于集,电环是一种铸态金属材料，电刷是一种粉末冶金材料，因而,电刷的磨损速度大于集电环。,电刷在整个滑动接触过程中都是在电流的,28,电刷的机械磨损本身是一种复杂现象,17,，机械,作用主要是通过四种磨损机理来破坏接触元件表面,颗粒之间的联接。它们是：1粘着磨损机理，2粒磨,损机理，3表面疲劳磨损机理，4摩擦氧化磨损机理。,四种磨损机理一般很少单独出现，它们可能同时起,作用或交替发生作用。只有磨粒磨损和表面疲劳磨,损才能直接产生屑，粘着磨损和摩擦氧化磨损是通,过材料的转移和反应产物的间接作用而产生磨屑脱,落，松脱的磨屑一部份吸附在集电环的表面形成过,渡层。,电刷的机械磨损本身是一种复杂现象17，机,29,