CN100478669C

CN100478669C - 一种摩擦磨损测试装置

Info

Publication number: CN100478669C
Application number: CNB2006100078707A
Authority: CN
Inventors: 包亦望; 李庆阳; 邱岩
Original assignee: China Building Materials Academy CBMA
Current assignee: China Building Materials Academy CBMA; China Building Material Test and Certification Group Co Ltd
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2026-02-21
Also published as: CN1815172A

Abstract

本发明涉及一种摩擦磨损测试装置，其特征在于：它包括两维力传感检测部分和旋转运动部分；所述力传感检测部分包括：一上连接座，其可连接在所述万能材料试验机的卡头内；一垂直传感器，其连接在所述上连接座的底部；一下连接座，其连接在所述垂直传感器的底部；一支撑座，其通过圆柱销连接在所述下连接座内；一水平传感器，其一端连接在所述支撑座内腔周向壁面内；一压头，其通过滑轨和滑块滑动的连接在所述支撑座内腔顶部，且与所述水平传感器的另一端连接；所述旋转运动部分包括：一底座，其可连接在所述万能材料试验机的基座上；一支撑架，其连接在所述底座上；一电机，其连接在所述支撑架上，一传动机构，其连接在所述电机的输出端；一负载转盘，其连接在所述传动机构的输出端。本发明与万能材料试验机配合可以完成各种固定材料的力学性能测试。

Description

一种摩擦磨损测试装置

技术领域

本发明涉及一种摩擦磨损装置，特别是关于一种能够与万能材料试验机配合使用，对固体材料进行摩擦磨损性能测试的摩擦磨损测试装置。

背景技术

各种固体材料的表面性能(包括表面硬度、抗划伤性、耐磨性能等)是影响整体性能和可靠性的重要因素，表面的微小缺陷可导致固体材料的强度大幅度下降。为了安全性和可靠性的要求，必须对各种固体材料的表面抗划伤和抗磨损能力进行测试。在测试材料之间的摩擦磨损特性时，通常要将测试样品置于摩擦磨损试验机上试验，通过试验中测定的摩擦系数及试验后试件磨损的状况和磨损的程度，对固体材料进行评定，或对不同固体材料之间的性能进行比较。

目前国内外有很多各种型号的摩擦磨损试验机，性能各有特点。但大部分型号的摩擦磨损试验机都是一个独立的设备，无论是驱动装置、传动装置和控制装置都必须配备齐全，因此价格比较昂贵。而目前已有的万能材料试验机具有测试固体材料的弯曲强度、抗拉强度、抗压强度和应力应变关系等功能，如何在同一台万能材料试验机上完成固体材料的摩擦磨损测试，是本发明的研究课题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以作为夹具灵活地在万能材料试验机上拆装，并可以与万能材料试验机配合对固体材料进行摩擦磨损试验的摩擦磨损测试装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种摩擦磨损测试装置，其特征在于：它包括两维力传感检测部分和旋转运动部分；所述力传感检测部分包括：一上连接座，其可连接在万能材料试验机的卡头内；一垂直传感器，其连接在所述上连接座的底部；一下连接座，其连接在所述垂直传感器的底部；一支撑座，其通过圆柱销连接在所述下连接座内；一水平传感器，其一端连接在所述支撑座内腔周向壁面内；一压头，其通过滑轨和滑块滑动的连接在所述支撑座内腔顶部，且与所述水平传感器的另一端连接；所述旋转运动部分包括：一底座，其可连接在所述万能材料试验机的基座上；一支撑架，其连接在所述底座上；一电机，其连接在所述支撑架上；一传动机构，其连接在所述电机的输出端；一负载转盘，其连接在所述传动机构的输出端。

本发明还包括往复运动部分，所述往复运动部分包括：一往复运动支板，其可拆卸地连接在所述支撑架顶部；一样品台，其滑动地设置在所述往复运动支板上；一连杆，其一端枢接在所述样品台上；一偏心销，其顶部枢接在所述连杆的另一端，底部可插设在所述负载转盘上设置的偏心孔中。

在所述力传感检测部分设置有缓冲装置，所述缓冲装置包括：在所述支撑座上部，设置有一调节螺母，在所述调节螺母与所述下连接座之间设置一复位弹簧，通过圆柱销连接所述支撑座与所述下连接座的销孔中，所述支撑座上的销孔为长孔。

在所述力传感检测部分设置有缓冲装置，所述缓冲装置包括：将所述压头分成两部分，上部的压块与所述滑块连接，所述水平传感器连接在所述压块的侧部，下部的压头通过一弹性梁连接在所述压块底部，所述调节螺母设置在所述支撑座上，且旋紧在所述下连接座底部。

所述旋转运动部分的支撑架由四块平板组装而成，其中：第一平板通过螺栓与所述底座连接成一体；第二平板与第一平板之间设置有一调节装置，且通过螺栓连接成一体；第三平板与第二平板之间通过套筒定位，且一侧通过螺栓连接成一体；第四平板与第三平板之间通过套筒定位，且通过螺栓穿过第四平板，第三、四平板之间的套筒，第三平板，第二、三平板之间的套筒，固定在第二平板上。

所述电机固定在第三平板上表面的一侧，所述电机的输出轴位于所述第二、三平板之间，所述传动机构包括：连接在所述电机输出轴上的带轮，连接所述带轮的同步带，连接在所述同步带另一端的带轮及固定在该带轮上的传动轴，所述传动轴通过轴承支承在所述第三、第四平板上，所述负载转盘通过螺栓固定在所述传动轴的顶端。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明以现有技术中的万能材料试验机为工作平台，通过万能材料试验机上的压力施加、数据处理等完备的技术设施，设计制造一套小型摩擦磨损夹具，着重在传感检测、旋转运动和往复运动三部分下功夫，使本发明通过几个部分的结合，实现对固体材料进行摩擦磨损测试的功能。其性价比高，是现有技术中摩擦磨损测试设备无法比拟的。2、本发明传感检测部分的垂直传感器和水平传感器与万能材料试验机上的数据采集系统结合，不但可以获取非常精确可靠的测量数据，而且试验中的摩擦系数随时间的变化图形可以由万能材料试验机的控制软件自动记录。3、本发明的旋转运动部分仅通过一个电机带动同步带和传动轴，便实现了带动样品安装的负载转盘转动，传动结构非常简单，实现了支撑结构的可调节可固定的功能，使整体设备结构简单紧凑，制造、拆装、运输非常方便。4、本发明的往复运动部分结构更加简单，其可以非常方便地在旋转运动部分的支撑架上装拆，并通过负载转盘的转动带动样品作往复运动，从而实现本发明既可以进行球盘式摩擦磨损试验，又可以进行往复式摩擦磨损试验的功效。5、本发明在检测传感部分中设置了弹簧缓冲结构或弹性压头缓冲结构，可以有效地防止由于样品不平引起的冲击力，保护本试验机的压力传感器不受损坏。6、本发明往复运动的速度和距离都可以通过设置在负载转盘上偏心孔和偏心销的插入位置进行调节。本发明结构简单，成本低，装拆方便，测量精确，它与万能材料试验机一起可以完成各种固定材料的力学性能测试，而不必再专门配备其它摩擦磨损测试设备。

附图说明

图1是本发明结构示意图

图2是图1的旋转运动部分俯视示意图

图3是本发明往复运动部分结构示意图

图4是图3的俯视示意图

图5是本发明传感检测部分另一实施例结构示意图

图6是图5的仰视示意图

图7是图5的局部剖视示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1～4所示，本发明是与现有技术中的万能材料试验机配合使用的摩擦磨损测试装置，它包括两维力传感检测部分10、旋转运动部分30和往复运动部分60三部分结构，其中力传感检测部分10和旋转运动部分30与万能材料试验机配合使用可以进行球盘式摩擦磨损试验，往复运动部分60与旋转运动部分30连接可以进行往复式摩擦磨损试验。

如图1所示，本发明的力传感检测部分10包括：一上连接座11，上连接座11通过其上的销孔12固定在万能材料试验机横梁上的卡头中，并通过螺母13锁紧。在上连接座11的底部通过螺钉连接一现有技术的“S”型垂直传感器14，垂直传感器14的数据输出口15通过数据线连接计算机。在垂直传感器14的底部通过螺钉连接一下连接座16，在连接座16上通过一圆柱销17连接一支撑座18，在支撑座18下部内腔顶部设置滑轨19和滑块20，滑轨19和滑块20可以在市场上成套购买。将一压头21固定连接在滑块20上，将一现有技术的“S”型水平传感器22通过螺钉连接在支撑座18下部内腔周向壁面上，水平传感器22的另一端通过螺钉固定在压头21上，水平传感器22的数据输出口通过数据线连接计算机。

如图1、图2所示，本发明的旋转运动部分30包括：一底座31，底座31的销孔32可通过销子固定在万能材料试验机的基座上，并通过螺母33锁紧。在底座31上设置有一支撑架，支撑架由多块平板34、35、36、37组装而成。平板34通过螺栓38固定在底座31上，平板34、35的一端分别固定一连接条39、40，两连接条39、40之间设置一调节螺栓41，用于调节平板34、35之间的位置，当转动调节螺栓41使平板35相对于平板34定位后，通过螺栓42将平板34、35固定在一起，其中平板35上螺栓42的连接孔为长孔。平板36、37，分别通过套筒43、44定位，用螺栓45穿过平板36和套筒43拧紧在平板35上，用螺栓46穿过平板37、套筒44、平板36和套筒43拧紧在平板35上。以上螺栓和套筒可以根据需要每种设置多个。在平板36上固定一直流电机47，电机47的输出端位于平板35、36之间，电机47的输出端连接一带轮48，带轮48通过一同步带49连接另一带轮50，带轮50上连接一传动轴51，传动轴51通过轴承支承在平板36、37上，传动轴51的顶部连接一负载转盘52，在球盘式摩擦磨损试验中，将样品放置在负载转盘52上。当电机47转动时，同步带49通过传动轴51带动负载转盘52上的样品，相对于压头21作旋转摩擦磨损运动。

如图2、图3、图4所示，本发明的往复运动部分60包括：一往复运动支板61，其通过四个螺栓62连接在支撑架顶部的平板37上。在支板61顶部设置有滑轨63和滑块64，滑轨63和滑块64可以成套在市场上购买。滑块64顶部通过螺钉65连接一样品台66，在样品台66凸伸的一端枢接一连杆67，连杆67的另一端枢接一偏心销68，偏心销68可穿过支板61上设置的通孔69，插设在负载转盘52上设置的偏心孔53中。偏心孔53可以设置距离负载转盘52中心不同的几个，不同的偏心距离决定了样品台66的往复移动幅度。在往复式摩擦磨损试验中，样品放置在样品台66上，当电机47带动负载转盘52转动时，插在负载转盘52偏心孔53中的偏心销68可以通过连杆67带动样品台66上的样品，相对于压头21作往复摩擦磨损运动。

上述实施例中，被检测材料样品如果有凹凸不平的表面，可能会对压头21产生冲击，如果力传感检测部分10全部采用刚性连接，冲击作用会对垂直传感器14产生破坏，因此应在力传感检测部分10设置缓冲结构。

如图1所示，其中的一种缓冲结构包括：在支撑座18与下连接座16对应开设的销孔中，将支撑座18的销孔23开成长孔，这样当圆柱销17插入两者16、18的销孔后，支撑座18可相对圆柱销17上下轻微移动。同时在支撑座18上部设置一调节螺母24，在调节螺母24与下连接座16之间设置一复位弹簧25，通过转动调节螺母24可以设定复位弹簧25的预紧力。这样，在试验过程中，通过弹簧的弹性缓冲可以有效防止由于样品不平引起的冲击。

如图5、图6、图7所示，是另一种缓冲结构，在此结构中，支撑座18和下连接座16的销孔相同，圆柱销17插入对应的销孔，并通过支撑座18上部的调节螺母24锁紧，使支撑座18和下连接座16连接成一稳固的整体。本实施例中压头21分成两部分，上部为压块26，下部为压头21’，压块26的顶部连接滑块20，压块26的侧部通过螺钉27固定在水平传感器22上，在压块26的底部固定一具有一定刚性的弹性梁28，在弹性梁28上通过螺母29锁紧压头21’的尾部。这样，在试验过程中，通过弹性梁28的弹性缓冲可以有效防止由于样品不平引起的冲击。

上述实施例中，旋转运动部分30和往复运动部分60的结构是可以变化的，比如旋转运动部分30的支撑架结构和传动机构的组成和连接，都是可以变化的。

准备摩擦磨损试验时，首先启动与万能材料试验机配套的计算机，通过计算机控制调节万能材料试验机横梁位置，带动本发明力力传感检测部分10上下移动，使压头21与设置在负载转盘52上的样品材料接触，并施加一定的垂直载荷Fy；然后启动电机47，通过带轮48、同步带49、另一带轮50和传动轴51带动负载转盘52以一定转速旋转，进行旋转摩擦磨损运动测试。如果进行作往复摩擦磨损运动测试，则需要将支板61通过螺栓62安装在平板37上，并将偏心销68插设在负载转盘52的偏心孔53中。使负载转盘52带动偏心销68转动，偏心销68带动连杆67，连杆67带动样品台66上的样品在滑轨63上作往复直线运动。

在样品旋转或者往复运动过程中，将产生水平摩擦力Fx，通过水平传感器22检测信号并将信号送到计算机中；预先施加的垂直力Fy通过垂直传感器14检测并送到计算机中。通过计算机软件进行控制、数据处理，得到Fx、Fy随摩擦时间的函数曲线，以及摩擦系数μ＝Fx/Fy随时间的函数曲线。同时在摩擦试验进行了设定的路径之后，用精密电子秤测出试验前后质量损失ΔW，计算出磨损率G＝ΔW/Fy·L，其中L是摩擦点总的滑移长度。将摩擦系数曲线显示出来，进而分析不同材料的摩擦磨损特性。

上述球盘式摩擦磨损试验和往复式摩擦磨损试验，可以根据需要或样品条件选择其中一种进行，或两种都进行。

Claims

1、一种摩擦磨损测试装置，其特征在于：它包括两维力传感检测部分和旋转运动部分；

所述力传感检测部分包括：

一上连接座，其可连接在万能材料试验机的卡头内；

一垂直传感器，其连接在所述上连接座的底部，

一下连接座，其连接在所述垂直传感器的底部；

一支撑座，其通过圆柱销连接在所述下连接座内；

一水平传感器，其一端连接在所述支撑座内腔周向壁面内；

一压头，其通过滑轨和滑块滑动的连接在所述支撑座内腔顶部，且与所述水平传感器的另一端连接；

所述旋转运动部分包括：

一底座，其可连接在所述万能材料试验机的基座上；

一支撑架，其连接在所述底座上；

一电机，其连接在所述支撑架上；

一传动机构，其连接在所述电机的输出端；

一负载转盘，其连接在所述传动机构的输出端。

2、如权利要求1所述的一种摩擦磨损测试装置，其特征在于：它还包括往复运动部分，所述往复运动部分包括：

一往复运动支板，其可拆卸地连接在所述支撑架顶部；

一样品台，其滑动地设置在所述往复运动支板上；

一连杆，其一端枢接在所述样品台上；

一偏心销，其顶部枢接在所述连杆的另一端，底部可插设在所述负载转盘上设置的偏心孔中。

3、如权利要求1所述的一种摩擦磨损测试装置，其特征在于：在所述力传感检测部分设置有缓冲装置，所述缓冲装置包括：在所述支撑座上部，设置有一调节螺母，在所述调节螺母与所述下连接座之间设置一复位弹簧，通过圆柱销连接所述支撑座与所述下连接座的销孔中，所述支撑座上的销孔为长孔。

4、如权利要求2所述的一种摩擦磨损测试装置，其特征在于：在所述力传感检测部分设置有缓冲装置，所述缓冲装置包括：在所述支撑座上部，设置有一调节螺母，在所述调节螺母与所述下连接座之间设置一复位弹簧，通过圆柱销连接所述支撑座与所述下连接座的销孔中，所述支撑座上的销孔为长孔。

5、如权利要求1所述的一种摩擦磨损测试装置，其特征在于：在所述力传感检测部分设置有缓冲装置，所述缓冲装置包括：将所述压头分成两部分，上部的压块与所述滑块连接，所述水平传感器连接在所述压块的侧部，下部的压头通过一弹性梁连接在所述压块底部，所述调节螺母设置在所述支撑座上，且旋紧在所述下连接座底部。

6、如权利要求2所述的一种摩擦磨损测试装置，其特征在于：在所述力传感检测部分设置有缓冲装置，所述缓冲装置包括：将所述压头分成两部分，上部的压块与所述滑块连接，所述水平传感器连接在所述压块的侧部，下部的压头通过一弹性梁连接在所述压块底部，所述调节螺母设置在所述支撑座上，且旋紧在所述下连接座底部。

7、如权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种摩擦磨损测试装置，其特征在于：所述旋转运动部分的支撑架由四块平板组装而成，其中：

第一平板通过螺栓与所述底座连接成一体；

第二平板与第一平板之间设置有一调节装置，且通过螺栓连接成一体；

第三平板与第二平板之间通过套筒定位，且一侧通过螺栓连接成一体；

第四平板与第三平板之间通过套筒定位，且通过螺栓穿过第四平板，第三、四平板之间的套筒，第三平板，第二、三平板之间的套筒，固定在第二平板上。

8、如权利要求7所述的一种摩擦磨损测试装置，其特征在于：所述电机固定在第三平板上表面的一侧，所述电机的输出轴位于所述第二、三平板之间，所述传动机构包括：连接在所述电机输出轴上的带轮，连接所述带轮的同步带，连接在所述同步带另一端的带轮及固定在该带轮上的传动轴，所述传动轴通过轴承支承在所述第三、第四平板上，所述负载转盘通过螺栓固定在所述传动轴的顶端。