扭矩式摩擦磨損試驗機 工作原理 

扭矩式摩擦磨損試驗機是一種廣泛應用于材料科學、機械工程和潤滑劑評估領域的精密測試設備。其核心工作原理是通過精確測量旋轉軸上的扭矩來反推并計算摩擦副之間的摩擦力，從而獲得摩擦系數(shù)，并同步評估材料的磨損性能。

以下是其工作原理的詳細分解：

1. 核心機械結構與運動形式：
試驗機通常采用“上試樣旋轉-下試樣固定"的經典模式（如銷-盤式、球-盤式）。上試樣（如銷或球）被安裝在一根由高性能電機驅動的主軸末端，并壓緊在靜止的下試樣（如圓盤或平面）表面。主軸驅動上試樣以恒定或可編程的轉速旋轉，在接觸面上形成相對滑動摩擦。

2. 核心測量原理——扭矩與摩擦力的轉換：
這是此類試驗機工作的基石。當兩試樣接觸并發(fā)生相對滑動時，接觸界面產生的摩擦力（Ff） 會形成一個與旋轉方向相反的阻力矩。這個阻力矩被傳遞到驅動主軸上，表現(xiàn)為驅動電機需要額外輸出的扭矩（T）。
關鍵在于，摩擦力與測得的扭矩之間存在直接的物理關系。對于球/銷在旋轉圓盤上的接觸形式，其關系可簡化為：摩擦力 Ff = 扭矩 T / 等效摩擦半徑 R。這里的等效摩擦半徑根據(jù)接觸點的軌跡（通常是一個圓環(huán)）計算得出。因此，通過高精度扭矩傳感器實時測量驅動軸的扭矩變化，即可直接、連續(xù)地計算出摩擦力的瞬時值。

3. 摩擦系數(shù)的實時計算：
根據(jù)摩擦學基本定義，摩擦系數(shù)（μ）= 摩擦力（Ff）/ 法向載荷（Fn）。試驗機通過獨立的加載系統(tǒng)（通常為伺服電機或氣動加載）施加并保持一個恒定的、已知的法向載荷。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同步接收來自扭矩傳感器的摩擦力信號和力傳感器的法向載荷信號，實時計算并記錄下摩擦系數(shù)隨時間的變化曲線。這使得研究人員能夠觀察到摩擦過程的穩(wěn)定性、跑合階段以及任何突變的摩擦事件。

4. 磨損的評估：
磨損性能的評估通常在試驗結束后進行，屬于“事后分析"。主要方法包括：

• 稱重法： 使用精密天平測量試樣在試驗前后的質量損失。

• 形貌分析法： 利用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡或三維表面輪廓儀觀察和分析下試樣表面留下的磨損痕跡（磨痕）的寬度、深度、體積和微觀形貌，以判斷磨損機制。

5. 系統(tǒng)集成與控制：
整個系統(tǒng)由計算機控制，可精確設定和控制試驗參數(shù)，如法向載荷、旋轉速度（滑動速度）、試驗時間、環(huán)境溫度（如有溫控腔）等。高頻率的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)確保能捕捉到摩擦過程的動態(tài)細節(jié)。

總結來說，扭矩式摩擦磨損試驗機的工作原理精髓在于“以扭測摩"。它通過將難以直接測量的界面摩擦力，轉化為可高精度測量的旋轉軸扭矩，從而實現(xiàn)了對摩擦系數(shù)連續(xù)、精確的在線監(jiān)測，并結合試驗后的磨損形貌分析，為評價材料配對、涂層或潤滑劑的摩擦磨損性能提供了核心量化數(shù)據(jù)。