JPH05332909A - Friction/abrasion tester - Google Patents

Friction/abrasion tester

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JPH05332909A
JPH05332909A JP14297892A JP14297892A JPH05332909A JP H05332909 A JPH05332909 A JP H05332909A JP 14297892 A JP14297892 A JP 14297892A JP 14297892 A JP14297892 A JP 14297892A JP H05332909 A JPH05332909 A JP H05332909A
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JP
Japan
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test piece
weight
friction
wear
test
Prior art date
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Application number
JP14297892A
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Japanese (ja)
Inventor
Masato Kuno
正人 久野
Takashi Izumi
敬 出水
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Osaka Prefecture
Original Assignee
Osaka Prefecture
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Publication date
Application filed by Osaka Prefecture filed Critical Osaka Prefecture
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Publication of JPH05332909A publication Critical patent/JPH05332909A/en
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Abstract

PURPOSE:To accurately measure friction characteristics and abrasion characteristics of a material by driving a first urging body to obtain the reciprocation necessary for generation of the friction or abrasion, and measuring the friction or abrasion by means of a measuring part provided at a second urging body. CONSTITUTION:Linear bearings 2 and 3 on a base 1 are provided with first and second urging bodies 4 and 10, respectively. While a sample A and a sample B are respectively mounted on the urging body 4 and an intermediate member 12, a desired weight, is set, in a weight holder 14. The member 12 is balanced around a horizontal shaft 11 by a counter weight 13 when without the weight in the weight, holder 14. Therefore, if the weight is disposed, a load corresponding to the weight acts between the samples A and B. When a motor 5 is rotated with a predetermined rotating number by a control part 7, the urging body 4 reciprocates in the horizontal direction. At this time, the frictional force generated between the samples A and B is transmitted to a load cell of a measuring part 15 secured to the base 1 via the member 12, the horizontal shaft 11 and an arm 17. The output of the load cell indicates the frictional force acting between the samples A and B.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、種々の材料の摩擦特性
又は摩耗特性を測定するための摩擦摩耗試験装置に関す
る。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a friction and wear test apparatus for measuring friction or wear characteristics of various materials.

【0002】[0002]

【従来の技術及びその問題点】近年、工業材料における
耐摩耗性の要求に応えるべく、金属材料に代えてセラミ
ックス材料が多用されており、金属材料に対しては、C
VDやイオンプレイティング等のPVD、或いはイオン
注入法等の表面処理が広く適用されている。
2. Description of the Related Art In recent years, in order to meet the demand for wear resistance in industrial materials, ceramic materials have been widely used instead of metal materials.
PVD such as VD or ion plating, or surface treatment such as ion implantation is widely applied.

【0003】工業材料の耐摩耗特性の評価は、摩耗損量
の判断が中心となる。この摩耗を導く最も大きな力は、
接触する二つの物体の間に働く抵抗力、即ち摩擦力であ
る。摩擦力と、これを生ぜしめる二つの物体間の接触加
重との比が摩擦係数であるが、摩擦係数の値は実際に接
触している部分の状況によって大きく異なる。例えば、
接触する二つの物体間に摩耗粉が存在するとき、その摩
耗粉がアブレッシブ粉体として作用し、摩耗を促進させ
る場合もあれば、ベアリングのような作用をして摩耗か
ら保護する場合もある。従って、摩擦係数の大小によっ
て材料の摩耗特性を評価する場合は、摩耗粉の挙動を考
察に加えることが不可欠となる。
The evaluation of the wear resistance of industrial materials is based mainly on the judgment of wear loss. The greatest force that leads to this wear is
It is a resistance force, that is, a frictional force, which acts between two objects that are in contact with each other. The ratio of the frictional force to the contact load between two objects that produces it is the frictional coefficient, and the value of the frictional coefficient varies greatly depending on the conditions of the actual contact area. For example,
When abrasion powder is present between two objects that come into contact with each other, the abrasion powder may act as an abrasive powder to promote abrasion, or it may act like a bearing to protect from abrasion. Therefore, when evaluating the wear characteristics of a material based on the magnitude of the friction coefficient, it is essential to consider the behavior of wear particles.

【0004】既に、本発明者が開発した摩擦摩耗試験装
置を図2に示す。この装置は、基台101の一端側に平
板状試験片Sを支持するための支持体102を設け、他
端側に、モーター103により回転させられる偏心カム
104を備えている。支持体102と偏心カム104と
の間には、基台101に支持された案内筒105が設け
られ、該案内筒に摺動ロッド106が摺動可能に挿通さ
れている。摺動ロッド106の一端には偏心カム104
に接するカムフォロワ107が設けられており、該カム
フォロワ107は、案内筒105との間に配置された圧
縮コイルバネ108により偏心カムに押し付けられてい
る。摺動ロッド106の他端側は試験片Sの上方まで延
び、その先端部下面には球状の試験片Tが固着され、試
験片S上面に接している。摺動ロッド106における案
内筒105と試験片Tとの間には重錘109が垂下さ
れ、試験片Tを試験片Sに一定の力で押し付ける役割を
成している。摺動ロッド106は、一部が薄肉とされ、
そこに歪みケージ110が貼られている。歪ゲージ11
0の出力は、増幅器111を経てレコーダ112に接続
されている。
FIG. 2 shows a friction and wear test apparatus already developed by the present inventor. This apparatus is provided with a support 102 for supporting the flat plate-shaped test piece S on one end side of a base 101, and an eccentric cam 104 rotated by a motor 103 on the other end side. A guide cylinder 105 supported by the base 101 is provided between the support body 102 and the eccentric cam 104, and a sliding rod 106 is slidably inserted in the guide cylinder. The eccentric cam 104 is provided at one end of the sliding rod 106.
A cam follower 107 is provided in contact with the cam follower 107, and the cam follower 107 is pressed against the eccentric cam by a compression coil spring 108 arranged between the cam follower 107 and the guide cylinder 105. The other end of the sliding rod 106 extends above the test piece S, and a spherical test piece T is fixedly attached to the lower surface of the tip of the test piece S and is in contact with the upper surface of the test piece S. A weight 109 is hung between the guide tube 105 and the test piece T in the sliding rod 106, and serves to press the test piece T against the test piece S with a constant force. The sliding rod 106 is partially thin,
The strain cage 110 is attached there. Strain gauge 11
The output of 0 is connected to the recorder 112 via the amplifier 111.

【0005】この装置を使用する際は、試験片Tを試験
片Sに押し付けた状態で、モーター103を所定速度で
回転させ、偏心カム104を介して摺動ロッド106を
往復動させる。試験片Tと試験片Sとの間に作用する摩
擦力は、この往復動に対する抵抗力となり、これにより
摺動ロッド106に伸縮が生じ、その伸縮が歪みゲージ
110により検出され、レコーダー112に記録され
る。こうして求められた摩擦力と重錘109との比から
摩擦係数を求める。
When using this apparatus, the motor 103 is rotated at a predetermined speed while the test piece T is pressed against the test piece S, and the sliding rod 106 is reciprocated via the eccentric cam 104. The frictional force acting between the test piece T and the test piece S becomes a resistance force against this reciprocal movement, whereby the sliding rod 106 expands and contracts, and the expansion and contraction is detected by the strain gauge 110 and recorded in the recorder 112. To be done. The friction coefficient is obtained from the ratio of the thus obtained friction force and the weight 109.

【0006】しかしながら、この装置においては、摺動
ロッド106に測定部(歪みゲージ110)が設けられ
ている。このように、往復動する部材に測定部を設けて
いるため、該測定部の重量を大きくすると往復動部分の
慣性が大きくなり、そこに作用する力の測定に影響を及
ぼすことになる。したがって、測定部には重量の小さい
測定部材しか取り付けることができない。歪みゲージ
は、重量が小さく、この要求に沿うものである。しかし
ながら、歪みゲージによる測定の精度を高くするために
は、歪みゲージが取り付けられる箇所の歪みをある程度
大きくする必要があり、この装置では、摺動ロッドの一
部を薄肉化することになる。その結果、薄肉化した部分
は、摺動方向に垂直な成分の歪みを生じ易くなる。この
垂直歪みは、歪みゲージの測定値に影響を与え、測定精
度の低下をもたらすという問題があった。また、往復動
する部材に測定部が配置されているので、駆動源の振動
等がノイズとなって測定部に影響を及ぼし、この点から
も測定精度の低下をもたらしていた。
However, in this apparatus, the sliding rod 106 is provided with a measuring section (strain gauge 110). As described above, since the reciprocating member is provided with the measuring section, when the weight of the measuring section is increased, the inertia of the reciprocating section is increased and the measurement of the force acting thereon is affected. Therefore, only a measuring member having a small weight can be attached to the measuring section. Strain gauges are light in weight and meet this requirement. However, in order to increase the accuracy of the measurement with the strain gauge, it is necessary to increase the strain at the position where the strain gauge is attached to some extent, and in this device, a part of the sliding rod is thinned. As a result, the thinned portion is likely to cause distortion of a component perpendicular to the sliding direction. This vertical strain has a problem that it affects the measured value of the strain gauge and causes a decrease in measurement accuracy. In addition, since the reciprocating member is provided with the measuring unit, vibration of the driving source and the like cause noise, which affects the measuring unit, and from this point also the measurement accuracy is reduced.

【0007】本発明は、このような従来の装置の問題点
を解決し、材料の摩擦特性又は摩耗特性を精度よく測定
することができる装置を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to solve the above problems of the conventional apparatus and to provide an apparatus capable of accurately measuring the frictional property or wear property of a material.

【0008】[0008]

【問題点を解決するための手段】本発明の前記目的は、
静止系に設けられた水平な支持面と、低摩擦状態で該支
持面上に摺動可能に支持された第1摺動体及び第2摺動
体と、前記第1摺動体を前記支持面上で摺動させる駆動
部と、前記第1摺動体に取り付けられた第1試験片保持
部と、前記第2摺動体に対し水平軸回りに回動可能に取
り付けられた中間部材と、該中間部材に取り付けられ、
前記第1試験片保持部の試験片の上面に他の試験片を接
触させて保持する第2試験片保持部と、前記水平軸より
前記第2試験片保持部側において前記中間部材に取り付
けられる重錘と、前記第2摺動体と静止系とを接続する
ように配置され前記第1試験片から第2試験片を経て前
記第2摺動体に作用する伝達力を測定する測定部とを備
えたことを特徴とする摩擦摩耗試験装置により達成され
る。
The above objects of the present invention are as follows:
A horizontal supporting surface provided in the stationary system, a first sliding body and a second sliding body slidably supported on the supporting surface in a low friction state, and the first sliding body on the supporting surface. A driving unit for sliding, a first test piece holding unit attached to the first sliding body, an intermediate member attached rotatably around a horizontal axis with respect to the second sliding body, and the intermediate member. Installed,
It is attached to the intermediate member on the side of the second test piece holding section from the horizontal axis, and the second test piece holding section which holds another test piece in contact with the upper surface of the test piece of the first test piece holding section. A weight, and a measuring unit arranged to connect the second sliding body and the stationary system to measure a transmission force acting on the second sliding body from the first test piece through the second test piece. It is achieved by the friction and wear test device characterized by the above.

【0009】[0009]

【作用及び効果】本発明に係る摩擦摩耗試験装置におい
ては、静止系の支持面上に低摩擦状態で摺動可能に第1
摺動体及び第2摺動体を支持し、第1摺動体の側に第1
試験片保持部を設け、第2摺動体の側に第2試験片保持
部を設けて、2つの試験片を重錘による荷重下に接触さ
せる。この状態で第1摺動体を往復動させると、第1試
験片と第2試験片との摩擦接触に基づき、第2摺動体は
第1摺動体に伴われた動きをしようとする。これに対
し、静止形と第2摺動体との間に測定部が設けられ、該
測定部は、第1試験片から第2試験片を経て第2摺動体
に作用する伝達力を測定する機能を有している。したが
って、測定部により測定される伝達力を摩擦力としてと
らえることができる。このように、摩擦又は摩耗の発生
に必要な往復動を第1摺動体を駆動して生じさせ、測定
部は第2摺動体に設けられるので、測定部に、たとえば
ロードセルのような比較的重量の大きい測定部材を使用
しても前記往復動に対して慣性作用の影響を与えること
がない。したがって、重量を軽くするために、往復動に
垂直な方向の撓み発生の問題を生じる虞のある歪みゲー
ジを使用しなくてもよく、種々の測定装置を広く使用す
ることが可能となり、摩擦又は摩耗の測定及び評価を容
易且つ正確に行なうことができる。また、往復動する部
材と測定部とが別個に配置されているので、駆動源の振
動等がノイズとなって測定部に影響を及ぼすという問題
がなく、この点からも測定精度の向上が図られる。
In the friction and wear test apparatus according to the present invention, it is possible to slide on the stationary support surface in a low friction state.
It supports the sliding body and the second sliding body, and the first sliding body supports the first sliding body.
The test piece holding part is provided, the second test piece holding part is provided on the side of the second sliding body, and the two test pieces are brought into contact with each other under the load of the weight. When the first sliding body is reciprocated in this state, the second sliding body tries to move along with the first sliding body based on the frictional contact between the first test piece and the second test piece. On the other hand, a measuring unit is provided between the stationary type and the second sliding body, and the measuring unit has a function of measuring the transmission force acting on the second sliding body from the first test piece through the second test piece. have. Therefore, the transmission force measured by the measuring unit can be regarded as the frictional force. In this way, the reciprocating motion required for the generation of friction or wear is generated by driving the first sliding body, and the measuring section is provided on the second sliding body, so that the measuring section has a relatively heavy weight such as a load cell. Even if a measuring member having a large size is used, the reciprocating motion is not affected by the inertial action. Therefore, in order to reduce the weight, it is not necessary to use a strain gauge that may cause a problem of bending in a direction perpendicular to the reciprocating motion, and various measuring devices can be widely used, and friction or The wear can be measured and evaluated easily and accurately. In addition, since the reciprocating member and the measuring section are separately arranged, there is no problem that vibration of the driving source causes noise and affects the measuring section. Be done.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の実施例につき添付図面を参照
しつつ説明する。図1は、本発明の1実施例に係る摩擦
摩耗試験装置を概略的に示している。この装置は、基台
1上に間隔をおいて配置され各々水平な支持面を有する
リニアベアリング2、3を備えている。リニアベアリン
グ2上には水平に延びる第1摺動体4が載置されてお
り、該第1摺動体の一端には平板状の第1試験片Aが第
1試験片保持部8により水平に支持されている。第1摺
動体の他端は、モータ5に軸着された偏心カム6に接続
され、モーター5の回転により第1摺動体4が一定の振
幅で水平方向に往復動するようになっている。モータ5
には、その回転速度を制御するための制御部7が接続さ
れている。リニアベアリング3上には、第2摺動体10
が載置されており、その上端部には摺動方向に垂直に延
びる水平軸11が設けられている。水平軸11には棒状
の中間部材12が該水平軸回りに回転可能に支持されて
いる。中間部材12の一端は第1試験片Aの上方まで延
び、その先端部下面には球状の第2試験片Bが第2試験
片保持部9により保持されている。中間部材12の他端
には、水平軸11に関して中間部材12の両側の重量を
バランスさせるためのカウンターウエイト13が取り付
けられている。水平軸11から第2試験片Bまでの距離
の1/3の位置に、重錘ホルダー14が設けられてい
る。基台1には、リニアベアリング3近傍に測定部15
が設けられており、該測定部は、基台1に固定され内部
にロードセルを有した固定部16と、第2摺動体に固着
されて固定部16のロードセルに作用するアーム17と
を備えている。ロードセルの出力は増幅器20を経てコ
ンピュータ21に接続されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 schematically shows a friction and wear test device according to one embodiment of the present invention. This device comprises linear bearings 2, 3 arranged on a base 1 at intervals and each having a horizontal support surface. A horizontally extending first sliding body 4 is placed on the linear bearing 2, and a flat plate-shaped first test piece A is horizontally supported by a first test piece holding portion 8 at one end of the first sliding body. Has been done. The other end of the first sliding body is connected to an eccentric cam 6 axially attached to the motor 5, and the rotation of the motor 5 causes the first sliding body 4 to reciprocate in the horizontal direction with a constant amplitude. Motor 5
A control unit 7 for controlling the rotation speed is connected to the. The second sliding body 10 is provided on the linear bearing 3.
Is mounted, and a horizontal shaft 11 extending vertically to the sliding direction is provided at the upper end portion thereof. A rod-shaped intermediate member 12 is supported on the horizontal shaft 11 so as to be rotatable around the horizontal shaft. One end of the intermediate member 12 extends above the first test piece A, and a spherical second test piece B is held by the second test piece holding portion 9 on the lower surface of the tip end portion thereof. At the other end of the intermediate member 12, counter weights 13 for balancing the weights on both sides of the intermediate member 12 with respect to the horizontal shaft 11 are attached. The weight holder 14 is provided at a position ⅓ of the distance from the horizontal shaft 11 to the second test piece B. The base 1 has a measuring unit 15 near the linear bearing 3.
The measuring unit includes a fixing unit 16 fixed to the base 1 and having a load cell inside, and an arm 17 fixed to the second sliding body and acting on the load cell of the fixing unit 16. There is. The output of the load cell is connected to the computer 21 via the amplifier 20.

【0011】この装置では、第1試験片に平板状の試験
片、第2試験片に球状の試験片を使用したが、試験片の
配置をこの逆とすることも可能であり、必要に応じて種
々の形状の試験片の使用することもできる。
In this apparatus, a flat plate-shaped test piece was used as the first test piece and a spherical test piece was used as the second test piece. However, the arrangement of the test pieces can be reversed, and as required. It is also possible to use test pieces of various shapes.

【0012】この試験装置は、以下のように使用され
る。第1摺動体4に試料Aを取り付け、中間部材12に
試料Bを取り付けた状態で重錘ホルダー14に所望の重
錘を取り付ける。中間部材12は、カウンターウエイト
13により、重錘のない状態では水平軸11回りの重量
バランスが保たれているので、重錘を取り付けることに
より、これに応じた荷重が試料Aと試料Bとの間に作用
することとなる。この例では、前述の如き重錘ホルダー
の位置から、重錘の1/3の荷重が作用する。この状態
で、制御部7により所定の回転数でモーター5を回転さ
せる。これにより、第1摺動体4が水平方向に往復動す
る。この時に試料A及び試料Bの間に生じる摩擦力は、
中間部材12、水平軸11及びアーム17を経て、測定
部15のロードセルに伝えられる。このロードセルの出
力に基き、試料A及びBの間に働く摩擦力を求めること
ができる。
This test apparatus is used as follows. With the sample A attached to the first sliding body 4 and the sample B attached to the intermediate member 12, a desired weight is attached to the weight holder 14. The intermediate member 12 maintains the weight balance around the horizontal axis 11 by the counterweight 13 in the state where there is no weight. Therefore, by attaching the weight, a load corresponding to the weight is applied between the sample A and the sample B. It will work in between. In this example, 1/3 of the weight of the weight acts from the position of the weight holder as described above. In this state, the control unit 7 rotates the motor 5 at a predetermined rotation speed. As a result, the first sliding body 4 reciprocates in the horizontal direction. At this time, the frictional force generated between sample A and sample B is
It is transmitted to the load cell of the measuring unit 15 via the intermediate member 12, the horizontal shaft 11, and the arm 17. The frictional force acting between the samples A and B can be obtained based on the output of the load cell.

【0013】図示の例においては、1/2サイクルでの
摩擦力Fは、次式により求めることができる。 F=κ(T−i)/2 ここで、κはロードセルによって得た電圧値を荷重値に
読み替えるための各ロードセル固有の補正値、Tは測定
された電圧量、iは第2摺動体及びこれの付随物自体の
重量が第2摺動体と静止系との接触面に作用させる摩擦
力に相当する電圧量である。この摩擦力Fと垂直荷重N
により、摩擦係数μは、次式から求めることができる。
In the illustrated example, the frictional force F at 1/2 cycle can be obtained by the following equation. F = κ (T−i) / 2 where κ is a correction value specific to each load cell for reading the voltage value obtained by the load cell into a load value, T is the measured voltage amount, and i is the second sliding body and The weight of the accessory itself is the amount of voltage corresponding to the frictional force acting on the contact surface between the second sliding body and the stationary system. This friction force F and vertical load N
Therefore, the friction coefficient μ can be obtained from the following equation.

【0014】μ=F/N 上記「i」の値は、例えば次のようにして求めることが
できる。できるだけ小さい垂直荷重の下で、第1試験片
及び第2試験片として低摩擦材を選択し、潤滑剤を使用
する等により、両試験片間の摩擦力を極めて小くし、第
1摺動体を往復動させても第2摺動体が静止状態を保持
し又は測定部に力が検出されない程にする。例えば、両
試験片としてポリテトラフルオロエチレンを使用し、両
者間に粘性の低い潤滑油を介在させる。この状態では、
第2摺動体と静止系との摩擦力が、第1試験片及び第2
試験片間の摩擦力より大きい。この状態から潤滑剤の変
更等により、第1試験片及び第2試験片間の摩擦力を増
大させて行き、第1摺動体の往復動に伴って第2摺動体
が移動し又は測定部に力が検出される状態とし、このと
きの摩擦力を読み取る。これが、前述の「i」に略相当
する。
Μ = F / N The value of "i" can be obtained, for example, as follows. Under a minimum vertical load, select a low friction material for the first and second test pieces, and use a lubricant to reduce the frictional force between both test pieces to a very low level. Even if the second slide body is reciprocated, the second slide body remains stationary or no force is detected by the measurement unit. For example, polytetrafluoroethylene is used as both test pieces, and a low-viscosity lubricating oil is interposed between them. In this state,
The frictional force between the second sliding body and the stationary system is the same as the first test piece and the second test piece.
Greater than frictional force between test pieces. From this state, the frictional force between the first test piece and the second test piece is increased by changing the lubricant, and the second sliding body moves or reciprocates with the reciprocating movement of the first sliding body, or The force is detected and the frictional force at this time is read. This substantially corresponds to the above-mentioned "i".

【0015】本試験装置の第1摺動体の往復動を所定時
間継続し、ロードセルからの出力を読み取ることによ
り、試料間の摩擦特性及び摩耗特性の経時的変化を測定
することができる。この例では、ロードセルからの出力
はコンピュータに接続されているので、その出力を所定
の時間間隔で採取することにより、摩擦力又は摩擦係数
の経時的変化をリアルタイムで読取ることができる。
By continuing the reciprocating motion of the first sliding body of the test apparatus for a predetermined time and reading the output from the load cell, it is possible to measure the changes with time in the friction characteristics and wear characteristics between the samples. In this example, since the output from the load cell is connected to the computer, by sampling the output at a predetermined time interval, it is possible to read the change over time in the friction force or the friction coefficient in real time.

【0016】以下、図示の装置を用いて行なった試験及
び試験結果について説明する。試験条件は以下の通りで
あった。
Tests and test results conducted using the illustrated apparatus will be described below. The test conditions were as follows.

【0017】第1試験片:長さ75mm、幅25mm、
厚さ1mmの平板状試験片 第2試験片:直径10mmの球状試験片 試験片の材質:第1試験片 SUS304 第2試験片 SUS304及びSUJ2 (全てラッピング加工で表面仕上げされたもの) 第1摺動体の往復動のストローク:10mm 第1試験片に対する第2試験片の垂直接触荷重:0.9
8N及び4.9N 第1摺動体の振動数:1Hz及び2Hz 第1試験片の往復動繰返し数:7200サイクル 得られた結果を図3から図6に示す。図3から図5は、
第1摺動体の振動数を2Hzとし、試験片の材質及び垂
直接触荷重を変えた場合の試験結果を示しており、図3
及び図4は第1摺動体の往復動繰返し数と摩擦係数との
関係を示すグラフ、図5は各試験条件下での7200サ
イクルの往復動終了後における摩耗痕を、第1摺動体の
往復動方向に垂直な断面で示すプロファイルである。図
6は第1摺動体の振動数を1Hz及び2Hzとした場合
の繰返し数及び摩擦係数の関係を示すグラフである。
First test piece: length 75 mm, width 25 mm,
Flat test piece with a thickness of 1 mm 2nd test piece: Spherical test piece with a diameter of 10 mm Material of test piece: 1st test piece SUS304 2nd test piece SUS304 and SUJ2 (all surface finished by lapping) 1st slide Reciprocating stroke of moving body: 10 mm Vertical contact load of the second test piece to the first test piece: 0.9
8N and 4.9N Vibration frequency of the first sliding body: 1 Hz and 2 Hz Reciprocating frequency of the first test piece: 7200 cycles The obtained results are shown in FIGS. 3 to 6. 3 to 5 are
FIG. 3 shows the test results when the frequency of the first sliding body is set to 2 Hz and the material of the test piece and the vertical contact load are changed.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the number of reciprocating movements of the first sliding body and the friction coefficient, and FIG. 5 shows the wear marks after the reciprocating movement of 7200 cycles under each test condition. It is a profile shown by the cross section perpendicular to the moving direction. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the number of repetitions and the coefficient of friction when the frequencies of the first sliding body are 1 Hz and 2 Hz.

【0018】第1試験片及び第2試験片が共にSUS3
04である場合について見ると、図3及び図4に示され
ているように比較的低い摩擦係数に拘らず、図5に示さ
れている摩耗痕は、垂直接触荷重が0.98Nの場合に
もかなりの大きさを示し、垂直接触荷重が4.9Nの場
合には極めて広い幅を示している。これはゴデットやイ
ワブチらが提唱する「サードボディ(Third body)」の
作用によって説明できる。サードボディとは、接触する
ふたつの物体間に存在する接触面介在物のことで、本発
明の場合は摩耗粉を意味する。すなわち、摩耗過程にお
いて、摩耗粉が生成し凝集して、緻密化されながら堆積
層を形成することにより、これが接触界面でひとつの物
体らしき様相を示すという理論に基づいた考案である。
この摩耗粉の集合体が接触2固体間の金属接触を妨げる
作用をするには、接触するふたつの固体間に働く接触荷
重を支える耐力が必要である。この耐力の大小は主に、
摩耗粉の凝集の度合や、緻密化された摩擦粉のサイズや
硬さ、そして、堆積層の厚みの四種類の因子に依存する
と考えられる。今回の試験のように球対平面の接触で往
復摺動型摩擦の場合、これらの四種類の因子に直接影響
を与えるものは、試験片寸法、往復動の振幅、往
復動の振動数、垂直接触荷重であると推定できる。た
とえば図6のように、一定の垂直接触荷重条件下で同じ
試験片の組合せであっても往復動の振動数が1Hzから
2Hzに変わるだけで、このように異なる結果が得られ
る。これは、上述のの往復動振動数が与える摩擦粉の
挙動への影響を明らかにしている。同様に垂直接触荷重
が0.98Nから4.9Nに変わるだけで、図3及び図
4に示すように異なる結果が現れた。このことから、こ
の摩擦摩耗試験中での摩耗粉の挙動がある程度類推でき
る。
Both the first and second test pieces are SUS3
In the case of No. 04, despite the relatively low friction coefficient as shown in FIGS. 3 and 4, the wear scar shown in FIG. Also shows a considerable size, and shows an extremely wide width when the vertical contact load is 4.9 N. This can be explained by the action of the "third body" proposed by Godet and Iwabuchi. The third body is a contact surface inclusion existing between two objects that come into contact with each other, and in the case of the present invention, means a wear powder. That is, this is a device based on the theory that wear particles are generated and aggregated in the wear process to form a deposited layer while being densified, and that this exhibits a single object-like appearance at the contact interface.
In order for the aggregate of wear particles to act to prevent the metal contact between the two solids in contact with each other, it is necessary to have a proof stress for supporting the contact load acting between the two solids in contact with each other. The strength of this strength is mainly
It is considered that it depends on four factors such as the degree of agglomeration of wear particles, the size and hardness of the densified friction particles, and the thickness of the deposited layer. In the case of reciprocal sliding friction due to ball-to-plane contact as in this test, the factors that directly affect these four factors are the specimen size, reciprocating amplitude, reciprocating frequency, and vertical It can be estimated that it is a contact load. For example, as shown in FIG. 6, even with the same combination of test pieces under a constant vertical contact load condition, different results are obtained only by changing the reciprocating frequency from 1 Hz to 2 Hz. This clarifies the influence of the above-mentioned reciprocating frequency on the behavior of the friction powder. Similarly, when the vertical contact load is changed from 0.98 N to 4.9 N, different results are obtained as shown in FIGS. 3 and 4. From this fact, the behavior of the abrasion powder during this frictional wear test can be inferred to some extent.

【0019】上部球状試験片(第1試験片)がSUJ2
で下部平板状試験片(第2試験片)がSUS304の組
合せの場合、図3及び図4の両方の結果に示されている
通り、摺動の最初期に非常に高い摩擦係数を示すが、そ
の直後にその値は0.4あたりまで急激に減少してい
る。その後、幾分の変動はするものの約800サイクル
以降は0.8〜0.9の値に達し、その値を維持してい
る。摩耗粉生成のための駆動力は金属接触による大きな
摩擦力と考えられるので、800サイクル程度の繰り返
し摺動で活発な摩擦粉が接触部で生成されているものと
思われる。図3に示されたごとく、垂直接触荷重が0.
98Nのときには摩擦摩耗試験全般にわたって高い摩擦
係数を示しているが、3600サイクルや5000サイ
クルのあたりで摩擦係数の急激な減少が認められる。同
様に、垂直接触荷重が4.8Nのときには、2700、
4500、5800サイクル近傍でこの現象が認められ
る。この急激な減少は接触2固体間に摩耗粉が堆積さ
れ、ある程度の厚みをもった層が形成されたことにより
ベアリングのような挙動を示したものと考えられる。し
たがって、垂直接触荷重が0.98Nの場合には、往復
摺動振幅が10mmと比較的大きいこととあいまって、
生成された摩耗粉が接触部分から容易に排出され、接触
2固体は常に金属接触することとなり、このように高い
摩擦係数が全般にわたって示されたものと思われる。同
じ試験片の組合せでも垂直接触荷重が4.9Nのときに
は、5800サイクル以降は0.6程度の低い摩擦係数
を常時示している。この条件での摩耗損傷を示す図5
(c)の摩耗痕のプロファイルより、下部平板状試験片
表面に現れる摩耗は深さ方向に損傷を拡大させていく傾
向にあることがわかる。したがって、5800サイクル
程度までの繰り返しで摩耗損傷は深さを増し、生成され
た摩耗粉がその摩耗損傷部の中に堆積していくものと思
われる。加えて、接触部には比較的大きい4.9Nの垂
直加重が負荷されているため堆積した摩耗粉は容易には
排出されず、接触2固体間の金属接触を妨げ、摩耗粉が
常にベアリングのような役割を果たしているものと考え
られる。この考察により、垂直接触荷重が0.98Nと
4.9Nに変わっても摩耗損傷幅に大きな差が現れてい
ない図5(a)と(c)の結果も同時に説明できる。す
なわち、4.9Nの垂直接触荷重であっても接触部分に
介在する摩耗粉の保護によって摩耗幅を拡大させるよう
な損傷には至らなかったと考えられる。一方、上下の試
験片ともSUS304同志の組合せの場合、摺動摩擦の
非常に初期の段階で相当量の摩耗粉が生成されていると
推察できる。図3に示した垂直接触荷重が0.98Nの
ときの摩擦係数の変化から、約4000サイクルを境に
してまったく異なる接触状態になったと判断すべきであ
る。図4の上部球状試験片がSUJ2で垂直接触荷重が
4.9Nのときの5800サイクル以後の摩擦係数と同
様に、図3に示したSUS304同志の組合せで垂直接
触荷重が0.98Nのときでも、4000サイクルまで
は接触2固体間に摩擦の非常に初期の段階で生成された
摩耗粉が介在し、これが2固体間の金属接触を妨げるよ
うな働きをしたと思われる。
The upper spherical test piece (first test piece) is SUJ2.
In the case where the lower flat plate-shaped test piece (second test piece) is a combination of SUS304, as shown in the results of both FIG. 3 and FIG. 4, a very high friction coefficient is exhibited in the first stage of sliding, Immediately after that, the value sharply decreased to around 0.4. Thereafter, although it fluctuates to some extent, it reaches a value of 0.8 to 0.9 after about 800 cycles and maintains that value. Since the driving force for generation of wear particles is considered to be a large frictional force due to metal contact, it is considered that active friction particles are generated at the contact portion by repeated sliding for about 800 cycles. As shown in FIG. 3, the vertical contact load is 0.
At 98 N, a high friction coefficient is shown over the entire friction and wear test, but a sharp decrease in the friction coefficient is recognized around 3600 cycles and 5000 cycles. Similarly, when the vertical contact load is 4.8 N, 2700,
This phenomenon is observed near 4500 and 5800 cycles. It is considered that this abrupt decrease is due to the fact that wear particles are deposited between the two solids in contact with each other and a layer having a certain thickness is formed, so that it behaves like a bearing. Therefore, when the vertical contact load is 0.98 N, the reciprocal sliding amplitude is 10 mm, which is relatively large.
The generated wear debris was easily discharged from the contact portion, and the contact 2 solid was always in metal contact, and it is considered that such a high friction coefficient was generally exhibited. Even with the same combination of test pieces, when the vertical contact load is 4.9 N, a low friction coefficient of about 0.6 is constantly shown after 5800 cycles. FIG. 5 showing wear damage under these conditions
From the profile of the wear mark in (c), it is understood that the wear appearing on the surface of the lower flat plate-shaped test piece tends to expand the damage in the depth direction. Therefore, it is considered that the wear damage increases in depth by repeating up to about 5,800 cycles, and the generated wear powder accumulates in the wear damaged portion. In addition, since a relatively large vertical load of 4.9 N is applied to the contact portion, the accumulated wear debris is not easily discharged, which prevents metal contact between the two solids, and the wear debris always keeps the bearing. It is thought that it plays such a role. From this consideration, it is possible to simultaneously explain the results of FIGS. 5A and 5C in which the wear damage width does not significantly differ even when the vertical contact load changes from 0.98 N to 4.9 N. That is, it is considered that even with a vertical contact load of 4.9 N, the damage that would increase the wear width was not achieved due to the protection of the wear particles existing in the contact portion. On the other hand, when the upper and lower test pieces are the combination of SUS304, it can be inferred that a considerable amount of abrasion powder is generated at the very early stage of sliding friction. From the change of the friction coefficient when the vertical contact load is 0.98 N shown in FIG. 3, it should be judged that the contact state becomes completely different at about 4000 cycles. Similar to the friction coefficient after 5800 cycles when the upper spherical test piece in FIG. 4 is SUJ2 and the vertical contact load is 4.9 N, even when the vertical contact load is 0.98 N in the combination of SUS304 shown in FIG. It is believed that up to 4000 cycles, wear debris generated in the very early stage of friction was present between the two solids in contact, which acted to prevent metal contact between the two solids.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の1実施例を概略的に示す正面図であ
る。
FIG. 1 is a front view schematically showing an embodiment of the present invention.

【図2】従来の摩擦摩耗試験装置を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing a conventional friction and wear test device.

【図3】本発明に係る試験装置により得られた試験結果
を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing test results obtained by the test apparatus according to the present invention.

【図4】本発明に係る試験装置により得られた試験結果
を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing test results obtained by the test apparatus according to the present invention.

【図5】本発明に係る試験装置により得られた試験結果
を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing test results obtained by the test device according to the present invention.

【図6】本発明に係る試験装置により得られた試験結果
を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing test results obtained by the test apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基台 2、3 リニアベアリング 4 第1摺動体 5 モータ 6 偏心カム 8 第1試験片保持部 9 第2試験片保持部 10 第2摺動体 12 中間部材 14 重錘ホルダー 15 測定部 1 base 2 and 3 linear bearing 4 first sliding body 5 motor 6 eccentric cam 8 first test piece holding part 9 second test piece holding part 10 second sliding body 12 intermediate member 14 weight holder 15 measuring part

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】静止系に設けられた水平な支持面と、低摩
擦状態で該支持面上に摺動可能に支持された第1摺動体
及び第2摺動体と、前記第1摺動体を前記支持面上で摺
動させる駆動部と、前記第1摺動体に取り付けられた第
1試験片保持部と、前記第2摺動体に対し水平軸回りに
回動可能に取り付けられた中間部材と、該中間部材に取
り付けられ、前記第1試験片保持部の試験片の上面に他
の試験片を接触させて保持する第2試験片保持部と、前
記水平軸より前記第2試験片保持部側において前記中間
部材に取り付けられる重錘と、前記第2摺動体と静止系
とを接続するように配置され前記第1試験片から第2試
験片を経て前記第2摺動体に作用する伝達力を測定する
測定部とを備えたことを特徴とする摩擦摩耗試験装置。
1. A horizontal support surface provided in a stationary system, a first slide body and a second slide body slidably supported on the support surface in a low friction state, and the first slide body. A drive unit that slides on the support surface, a first test piece holding unit attached to the first slide body, and an intermediate member attached to the second slide body so as to be rotatable about a horizontal axis. A second test piece holding part attached to the intermediate member and holding another test piece in contact with the upper surface of the test piece of the first test piece holding part, and the second test piece holding part from the horizontal axis. On the side, the weight attached to the intermediate member, and the transmission force that is arranged so as to connect the second sliding body and the stationary system and that acts on the second sliding body from the first test piece through the second test piece. A friction and wear test apparatus, comprising:
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