-
GPM-30A
技术方案
设备名称：微机控制滚动接触疲劳试验机
（外观参考图）
1.
主要用途
GPM-30A
微机控制
滚动接触疲劳试验机主要用于模拟滚动接触零件（如轴承、轮轨、
轧辊等）
工况的失效试验，
将一恒定的载荷施加于滚动或滚动加滑动接触的试样，
使其接触
表面受到循环接触应力的作用。
通
过控制和改变负荷、
速度、
滑差率、
时
间、
摩擦配偶材料、
表面粗糙度、
硬度
等参数的情况下进行测试，
以评定试样材料的疲劳破坏机理，
评
价材料在
滚动接触状态下的疲劳寿命，并可完成齿轮接触疲劳、轴承接触疲劳、
轮轨磨耗试验等。现
该设备已在多家高校、科研机构、生产企业投入使用
，高校主要用于科学研究及教学实验。
该机为卧式框架结构，由变频电机控制加载和旋转，各试验参数实现单元化设置，操
作方便，试验读数准确可靠，通过工业控制计算机可进行各参数设置、
控制，可实时显示
摩
擦力矩
-
时间、试验力
-
摩擦系数等曲线，并记录、存储、打印试验曲线。
2.
适用标准
GB/T 10622-1989
《金属材料滚动接触疲劳试验方法》
YB/T
5345-2006
《金属材料滚动接触疲劳试验方法》
JB/T
10510-2005
《滚动轴承材料接触疲劳试验方法》
3.
结构简述
试验机主要由主动轴运动系统、陪试轴运动系统、
试验力加载系统、
< br>测量系统
、
润滑系
统及冷却系统
、
摩擦副装夹部分、
电气控制箱、
工业控制计算机
测控系统等部分组成。
试验
机下部是机座，
机座左上部装有下主轴及其驱动系统，机座中部
装有油缸、
活塞。
机座右后
上部装有上
主轴及其驱动系统，
强电控制系统安装在机座内。
主液压油源及
润滑油源位于主
机的后部，
通过液压油路及控制电缆等与试验主
机相连接。
电气控制箱完成信号的采集、
变
换、传输任务，通过串口电缆与工业控制计算机测控系统连接。
图
1
主机结构图
1<
/p>
—
齿轮
箱（改
变
滑差
率）
2<
/p>
—
陪
试运
动系<
/p>
统
3
—
液
压作
动器
4
—<
/p>
循
环
油
箱
5
—
主
动
轴
运
动
系
统
6
—
液
压
泵
站
7
—固定齿轮箱
8
—工作台
9
—机架
10
—壳体
11
—调整垫铁
3.1
主动轴驱动系统及工作原理
图
2
主动轴运动部分结构参考图
主动轴运
动部分卧式安装于主机工作台之上。
该机的标准配置摩擦副形式为环和环，
下
试环（
3
）装于主动轴（
4
）前端，并由固定螺母（
1
）和挡圈（
2
）紧固，可随主动轴以一定
的转速旋转。主动轴通过弹性联轴器（
6
）<
/p>
（
8
）与转速转矩传感器（
7
）串联，再通过弹性联
轴器
(10)
与齿轮箱连接，由变频电机（
11
< br>）驱动。电机由驱动器控制，试验过程中恒转矩输
出，转速自
100r/min
至
1500r/min
< br>，具有无级可调的特点。
3.2
摩擦力矩测量装置
当试环旋转，
并且试环之间有一定的压力时，
二
者之间便会有摩擦力矩产生，
此摩擦力
矩通过主轴（
4
）
、联轴器（
6
）作用在转速转矩传感器
(7)
上，再有控制
系统采集处理，最后
在操作软件界面上“摩擦力矩”
对话框中显
示，当摩擦力矩超设定值，
试验机会启动自动停
车功能。
3.3
陪试轴驱动系统及工作原理
图
3
陪试轴运动部分结构参考图
变频电机
（
1
）驱动齿轮轴（
4
）带动齿轮（
3
）通过过渡齿轮（
2
）和齿轮（
16
）传递带
动传动轴（
15
）旋转，同时通过一对齿轮（
12
）
（
10
）啮合带动陪试主轴（
8
）同步旋转，
试
环（
7
）通过固定螺母（
5
）和挡圈（
6
）紧固于
陪试主轴（
8
）端部。传动轴组件通过左、右
< br>轴承座体（
9
）
（
14
）固定于工作台上，陪试主轴（
8
）安装于杠杆保持架（
13
）一端，杠杆
保持架（
13
）可以传动轴（
15
）为支点做杠杆运动以传递试验力。
（
11
）为止动销，插入止
动销，在试验过程中可以防止
陪试主轴的转动。
3.4
试验力微控液压加载系统
图
4
试验力加载系统
液压加载系统主要有液压泵站（
7
）和作动器部分（
4
）组成。油缸
活塞上升，通过钢球
（
3
）加载于承压
块（
2
）上，杠杆保持架（
6
）以传动轴为支点带动一端的陪试轴向下传递
试验力于主动轴端，
分别与陪试轴端和主动轴端紧固的上、
下试环间则产生试验力。
试环与
试块之间的压力，由负荷传感器测量，并在控制面板“试验力”
窗口上显示出来，该试验力
可通过计算机控制系统进行预置、
反
馈，
实现自动控制。
承压块
（
2
）
由紧定螺钉
（
1
）
紧固。
手柄（
8
）方便试验过程中的操作。限位柱（
5
）为杠杆保持架（
6
）下行限位之用
，可避免
碰撞。
本试验机是通过液压
油缸的活塞来对试环施加压力负荷，为了适应长时间负荷试验的
要求，
< br>本机采用了负荷保持阀的结构。
试验力的施加是通过微机对液压系统进行控制实现
自
动加载的。
微机控制步进电机，
步进
电机带动一对减速比为
16
：
1
的行星齿轮运动副，
通过
丝杆的转动拉动微控
负荷保持阀的阀芯，使试验机的系统压强增大，根据
F
1
F
2
?
，从而
A
1
A
2
实现加载活塞对钢球试验力的施加。其液压原理如图
4
所示，
1.
油泵电机组
2.
系统节流阀
3.
压力表
4.
系统溢流阀
5.
加载电磁阀
6.
卸荷电磁阀
7.
微控负荷保持阀
8.
柱塞油缸<
/p>
9.
过滤器
10.
油箱
图
5
液压加载原理图
< br>当压力油进入负荷保持阀体，经过平衡后，平衡孔使负荷保持，活塞稳定在一定的位
置上，
即达到负荷保持的目的；
当步进电机旋转时，
压力油间失去平衡，
负荷将上升或下降，
如果此
时系统压力高于预置压力，则传感器将预置压力输入微机控制系统与预置压力比较，
然后
由微机控制电机反转，直至系统压力与预置压力平衡为止。
3.5
油盒及循环油箱
图
6
油盒部分
如图，需要时可安装油盒（
4
）于摩擦
副处，加入润滑油，使油液浸过下试环（
3
）下
边缘，上、下试环（
1
）
（<
/p>
3
）旋转时带入润滑油。温度传感器
（品
牌：进口
瑞士罗卓尼克）
（
2
）可测量回路油液温度。回路油温测量范围：
0-300
℃，测量误差：±
1
℃。<
/p>
为满足长时间工作试验的需求，
所配两套油源均采用低热量的油路设计，增加风冷式
回油冷却器；当
油路通电时冷却风扇将自动开启，为其降温。
3.6
控制系统
该机控制系统由工业控制计算机
（品牌：研祥）
、专业控制
软件、电气控制柜等部分构
成。
工业
控制计算机
（品牌：研祥）
安装有
Wi
ndows
中文系统及济南益华摩擦学测试技术
有限公司自主研
发的控制软件，
按钮化简单操作，
界面简洁明亮，
操作方便，有在线提示功
能，
一键式输入可轻松完成
试验参数设置；
控制软件集预设、
采集、
控制、
数据分析与处理、
数据存储、生成报表、打印等功能于
一体。