Page 90 - 《摩擦学学报》2020年第3期

356 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

Force sensor
Bearing
Flat
sample

Cylinder
sample

Servo motor

(a) Picture of expermental equipment (b) Schematic of the sample contact

Fig. 3 Schematic of the experimental equipment
图 3 试验设备示意图

面试样；对于滚子/滚子轴摩擦副，由于滚子轴位置相 学特性.
对固定，而滚子可以绕着滚子轴自由转动，导致滚子 2.2 试验参数

轴磨损严重，所以在其试验中，滚子轴材料作为平面 试验参数有载荷F、行程S和转速n. 在机构中，最
试样，滚子材料作为柱面试样. 关键的载荷为1.28 N，根据赫兹弹性接触理论，在试验
综合考虑工艺性和耐腐蚀能力，设定如表1所示 最大接触应力与机构实际工况最大接触应力相等的
的备选摩擦副材料，材料对应的成分列于表2中. 材料 情况下，试验载荷为
的摩擦学特性主要与其硬度和韧性有关 ，所以对于  b 2 ( 1 1 )
[13]

Cam/Roller : F C = ×1.28× +

 ×ρ m
摩擦磨损严重的滚子材料，选用了硬度较高的材料  b 1 ρ 1 ρ 2


 ( )
 1 1

022Cr12Ni9Cu2NbTi、90Cr18MoV和一种韧性高的材  b 4 ×1.28× − ×ρ m
Roller/Roller shaft : F R =


b 3 ρ 3 ρ 4
料1Cr18Ni9Ti. 相对于滚子，分别选择硬度较高的 (1)
07Cr17Ni7Al和硬度较低的40Cr13作为滚子轴材料，
其中：F 为凸轮/滚子摩擦副对应的试验载荷，b =1.5 mm
2
C
硬度和韧性居中的TC4作为凸轮材料，以比较其摩擦
为试验试样的线接触长度，b =1.3 mm为机构的凸轮/
1
表 1 摩擦副材料相关参数 滚子摩擦副的线接触长度，ρ =0.5 mm为机构最大载
1
Table 1 Information of friction pair materials 荷处对应的凸轮曲率半径，ρ =0.8 mm为机构滚子的
2

Group Part Material Hardness(HRC) 外半径，ρ =7 mm为试验柱面试样的外半径. F 为滚
R
m
Cam TC4 32
子/滚子轴摩擦副对应的试验载荷，b =10 mm为试验
A1 Roller 022Cr12Ni9Cu2NbTi 52 4
试样的线接触长度，b =1.4 mm为机构的滚子/滚子轴
Roller shaft 07Cr17Ni7Al 52 3
Cam TC4 32 的线接触长度，ρ =0.390 mm为机构滚子轴的曲率半
3
A2 Roller 1Cr18Ni9Ti 20
径，ρ =0.406 mm为机构滚子的内半径. 据此，可解得
4
Roller shaft 40Cr13 37
F =33.6 N，F =6.47 N.
Cam TC4 32 C R
A3 Roller 90Cr18MoV 56 以机构中的凸轮/滚子摩擦副的滑动行程6.52 mm
Roller shaft 40Cr13 37
作为摩擦磨损试验的行程S的依据. 机构的设计寿命
表 2 相关材料化学成分
Table 2 Chemical compositions of related materials

Material w(C)/% w(Fe)/% w(Ti)/% w(Al)/% w(V)/% w(Cr)/% w(Ni)/% w(Nb)/% w(Cu)/% w(Mo)/%
TC4 <0.1 <0.3 balanced 5.5~6.8 3.5~4.5 − − − − −
022Cr12Ni9Cu2NbTi <0.03 balanced 0.8~1.4 − − 11~12.5 7.5~9.5 0.1~0.5 1.5~2.5 <0.5
07Cr17Ni7Al <0.09 balanced − 0.75~1.5 − 16~18 6.5~7.5 − − −
1Cr18Ni9Ti <0.12 balanced <0.8 − − 17~19 8~11 − − −
40Cr13 0.36~0.45 balanced − − − 12~14 <0.6 − − −
90Cr18MoV 0.85~0.95 balanced − − 0.07~0.12 17~19 <0.6 − − 1~1.3