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图1 摩擦试件实物图 表1 摩擦配对材料图片
1.2 摩擦磨损实验系统 为了完成轴向柱塞泵摩擦副摩擦磨损实验，设计了摩擦磨损实验系统，如图2所示。该系统主要由立式万能摩擦磨损试验机、小型液压站和数据采集计算机三个部分组成。另外准备微精电子天平测量试件质量，每次秤量前，使用超声波清洗机清洗干净[5]。图片
图2 摩擦磨损实验系统 摩擦试验机主轴安装上试件，由电机带动主轴按一定速度旋转，主轴转速通过转速传感器来检测和调整。下试件安装在试验机下侧连接轴上，连接轴上安装有摩擦力矩传感器，用来检测摩擦副之间的摩擦力矩。采集到的主轴转速、试验力和摩擦力矩信息实时传输到数据采集计算机并作处理。 为解决实验过程中温度对实验结果的影响，设计了小型液压站，主要负责摩擦副装置润滑油液的提供和油液的散热，如图2所示。油液自液压站到实验模型中实现循环，进出油口的连接方法采用下入上出方式。一方面利用油液循环流动的特点将摩擦磨损过程产生的大量的热带走，使整个实验过程在温度变化不大的条件下进行，避免上下试件之间发生粘着磨损；另一方面将摩擦磨损过程中产生的磨粒在流动过程中带走，避免上下试件之间发生磨粒磨损。 1.3 摩擦实验参数 根据每组摩擦副配对材料实验中得到的摩擦系数数据，绘制出配对材料的摩擦系数变化曲线，最后通过磨损情况和摩擦系数变化情况分析，给出具体的结论，其中平均磨损量的计算利用公式： ws=Δm/Nl （1） 式中 Δm —— 磨损量，kg; N —— 加载力，N； l —— 摩擦表面的滑动距离，m。 在实验前，先对上下试件利用超声波清洗机进行清洗，清洗时放一点除油粉，为了除去试件表面的油污，设置温度为50℃，清洗20min，自然晒干，然后利用微精电子天平进行称重，多次测量求取平均值。在实验时，设置加载力为400N，主轴转速为1500r/min，实验时间为60min，同时启动小型液压泵站使油杯中的油液循环流动。在实验后，取下上下试件，再次利用超声波清洗机对试件进行清洗，与实验前的方法一样，清洗完后进行称重求取平均值。 2 实验结果分析第一组实验上试件材料为烧结铜，下试件材料为25Cr3MOAl，采集摩擦系数实验数据，绘制其变化曲线如图3所示。
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图3 第一组材料摩擦系数曲线
可以得到，该组配对材料的平均摩擦系数值为0.11355，上试件平均磨损量为6.45569×10-6mg/(N·m)，磨损量为33.7mg。下试件平均磨损量为-4.41713×10-7mg/(N·m)，磨损量为-2.3mg，下试件磨损量为负值的原因是黏附着少许上试件材料。第一组摩擦副材料的总磨损量为31.4mg。 从实验前后试件比对来看，上下试件表面均有轻微的刮擦磨损，下试件磨损量为负值且很小，考虑到微精电子天平精度的情况，此时下试件应该有一个非常小的磨损量，且磨损量值接近于零。相对下试件，上试件的磨损量较大。由实验摩擦系数曲线图得出，若单从摩擦系数方面来看，摩擦副在对磨时摩擦系数不稳定，上下波动较大。 第二组实验上试件材料烧结铜，下试件材料为38CrMoAl，经过实验所获得如图4所示的摩擦系数变化曲线。
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图4 第二组材料摩擦系数曲线 可以得到，该组配对材料的平均摩擦系数值为0.06646，上试件平均磨损量为3.82630×10-7mg/(N·m)，磨损量为2.0mg。下试件平均磨损量为5.77066×10-8mg/(N·m)，磨损量为0.3mg。第二组摩擦副材料的总磨损量为2.3mg。 从实验前后试件对比，很明显可以看出，上下试件表面只产生细微的刮擦磨损，上下试件磨损量值都很小，考虑到微精电子天平精度的情况，同样下试件磨损量几乎接近于零。由实验摩擦系数曲线可以看出，摩擦副对磨时摩擦系数基本保持一个降低的趋势，在大约3000 s时，突然有了一次增大后又继续呈现降低趋势。综合上下试件的磨损量和摩擦系数曲线图来看，该对摩擦副的摩擦磨损性能较好，适合配对摩擦副的材料选型。 第三组实验上试件材料为ZQAl9-4，下试件材料为18CrMnTi，经过实验所获取的摩擦系数变化曲线如图5所示。图片
图5 第三组材料摩擦系数曲线 该对材料摩擦副的平均摩擦系数值为0.04094，上试件平均磨损量为9.16594×10-6mg/(N·m)，磨损量为48.0mg。下试件平均磨损量为-1.34610×10-7mg/(N·m)，磨损量为-0.7mg。摩擦副的总磨损量为47.3 mg。 此时上下试件表面只产生轻微的刮擦磨损，下试件磨损量值为负，且负值很小，此时下试件应该处于一个非常小的磨损情况，磨损量值可能接近于零。摩擦副对磨时摩擦系数基本保持一个降低的趋势，且波动幅度不是太大，综合上下试件的轻微刮擦以及下试件超低的磨损量和稳定的摩擦系数，该对摩擦副也较适合配对摩擦副的材料选型。 综合以上三组实验磨损量数值，分别画出上、下试件的磨损量分布图如图6所示，上下试件磨损量之和即为摩擦副的总磨损量。 从图6可以看出这三组配流盘摩擦副配对材料中，第二组实验即烧结铜和38CrMoAl的配对材料具有最小的磨损量和较低的摩擦系数，也就意味着该对材料制作的轴向柱塞泵配流盘摩擦副具有最优的摩擦磨损特性。图片
图6 上下试件磨损量统计 3 结论 综上所述， 对某型号的轴向柱塞泵缸体材料采用烧结铜，配流盘材料为氮化处理的38CrMoAl时，摩擦副对磨时摩擦系数基本保持一个降低的趋势， 且上下试件的磨损量也最小，因此具有最优的摩擦磨损性能。研究结论为配流盘摩擦副材料选择提供一定的参考。参考文献
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