CN101008598A - 一种摩擦磨损实验机 - Google Patents

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Abstract

一种摩擦磨损实验机，本发明涉及一种摩擦磨损过程的模拟、检测装置。它克服了传统的摩擦磨损试验装置存在一定的误差的缺陷。它包括转盘、旋转驱动装置、钢球和施压装置，它还包括试样阻值检测电路等，试样阻值检测电路由电源、电阻、采集放大电路、光电隔离电路、模数转换电路和计算机组成，旋转驱动装置与转盘的下端面相连接，钢球的上端固定在施压装置的下端上，电源的一个输出端通过电阻固定在钢球上，电源的另一个输出端连接在转盘上，采集放大电路的两个输入端分别固定在钢球和转盘上，采集放大电路的输出端通过光电隔离电路、模数转换电路连接计算机的输入端。摩擦力传递杠杆力臂能够通过改变摩擦力传感器的位置来调节。

Description

一种摩擦磨损实验机
技术领域
本发明涉及一种实验装置，具体涉及摩擦磨损过程的模拟、检测装置。
背景技术
在传统的摩擦磨损试验装置中，钢球作为摩擦副固定不动，其对试件的正压力由加载砝码决定。试件随着转盘匀速旋转，与钢球做滑动摩擦。摩擦力通过杠杆传给力传感器，计算机采集摩擦力的数据并绘制摩擦系数一时间曲线。这种评估手段是在匀速滑动摩擦下对机械参数如摩擦系数、磨损量等的测量，而实际的摩擦磨损大多是非匀速的过程，匀速测量不能较好的展现实际摩擦过程，因此其对摩擦磨损的测量是不全面的，也存在一定的误差。
经研究表明，注入层、功能膜、硬质膜等诸多表面改性层的电阻值随改性层厚度的变化而变化。因此在摩擦磨损试验的进行中，摩擦副的电学特性会发生相应的变化。据此，对改性层电阻值的检测也将从另一个层面动态地反映摩擦磨损过程。这种检测既可作为一种辅助的判断手段(如膜层何时部分或完全破损)，也可以作为一种性能评价指标。
发明内容
本发明的目的是提供一种摩擦磨损实验机，以克服传统的摩擦磨损试验装置存在一定的误差的缺陷。它包括转盘17、旋转驱动装置A、钢球14和施压装置B，旋转驱动装置A与转盘17的下端面相连接以驱动其旋转，钢球14的上端固定在施压装置B的下端上，钢球14设置在转盘17的上方，其特征在于它还包括试样阻值检测电路C、水平导向座2、光栅尺6、杠杆3、平衡重锤4和测力传感器5，试样阻值检测电路C由电源C-1、电阻R1、采集放大电路C-2、光电隔离电路C-3、模数转换电路C-4和计算机C-5组成，电源C-1的一个输出端通过电阻R1固定在钢球14上，电源C-1的另一个输出端连接在转盘17上以实现电信号的传导，采集放大电路C-2的一个输入端固定在钢球14上，采集放大电路C-2的另一个输入端连接在转盘17上以实现电信号的传导，采集放大电路C-2的输出端连接光电隔离电路C-3的输入端，光电隔离电路C-3的输出端连接模数转换电路C-4的输入端，模数转换电路C-4的输出端连接计算机C-5的输入端；施压装置B由步进电机7、螺母8、丝杠9、水平压板10、弹簧11、力传感器12和夹具13组成，步进电机7的电机轴的下端与螺母8的上端相固定，螺母8与丝杠9相旋合，丝杠9的下端与水平压板10的上顶面相固定，弹簧11压在水平压板10的下表面与力传感器12的上表面之间，力传感器12设置在夹具13的上表面上，钢球14固定在夹具13的下表面上；旋转驱动装置A由轴18、联轴器19和直流电机20组成，直流电机20的电机轴通过联轴器19与轴18的下端相固定，轴18的上端固定在转盘17的下表面上并与转盘17同轴旋转；水平导向座2中设置能沿水平导向座2长度方向滑动的滑动体2-1，杠杆3的一端连接在夹具13上，平衡重锤4旋合在杠杆3的另一端上并能沿杠杆3的杆体轴向位移，水平导向座2设置在杠杆3的下方并与杠杆3相平行，杠杆3的中部通过万向连轴节40铰接在滑动体2-1上，测力传感器5设置在杠杆3的侧面处且接触位置沿杠杆3轴向方向可调。光栅尺6设置在杠杆3的侧方以测量杠杆3长度方向的位移；
本发明的实验机工作时，把被测试件15固定在转盘17的上表面上，通过施压装置B把钢球14压在被测试件15的上表面上并调整到所需要的压紧力，通过旋转驱动装置A让转盘17在所需要的转速上旋转，电源C-1的两个输出端间施加电压信号，采集放大电路C-2采集被测试件15上的电压降，通过试样阻值检测电路C就能够检测出被测试件15上下表面间电阻值的变化来确定摩擦磨损随时间进程的变化量值。本发明提出一种测试评估摩擦特性的新思路和装置，解决了传统技术对摩擦磨损的测量因不全面所存在的误差。具有自动化程度较高等优点。非常适合对注入层、功能膜、硬质膜等诸多表面改性层的摩擦磨损试验。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图，图2是本发明实施方式一的结构示意图，图3是图2的E-E剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1和图2、图3具体说明本实施方式。本实施方式由转盘17、旋转驱动装置A、钢球14、施压装置B、试样阻值检测电路C、水平导向座2、光栅尺6、杠杆3、平衡重锤4和测力传感器5组成，试样阻值检测电路C由电源C-1、电阻R1、采集放大电路C-2、光电隔离电路C-3、模数转换电路C-4和计算机C-5组成，旋转驱动装置A与转盘17的下端面相连接以驱动其旋转，钢球14的上端固定在施压装置B的下端上，钢球14设置在转盘17的上方，电源C-1的一个输出端通过电阻R1固定在钢球14上，电源C-1的另一个输出端连接在转盘17上以实现电信号的传导，采集放大电路C-2的一个输入端固定在钢球14上，采集放大电路C-2的另一个输入端连接在转盘17上以实现电信号的传导，采集放大电路C-2的输出端连接光电隔离电路C-3的输入端，光电隔离电路C-3的输出端连接模数转换电路C-4的输入端，模数转换电路C-4的输出端连接计算机C-5的输入端。电源C-1选用幅值小于10伏的电压。本实施方式能通过计算机C-5做出摩擦系数-时间曲线来表达动态机械性能。被测试件15的膜层等效电阻分压-时间曲线除了测试摩擦副动态电学特性以外，对膜层机械性能和结构亦有重要的参考价值，如高阻抗膜层的磨损渐变、膜层破裂过程，注入层深度方向元素、结构变化等。
施压装置B由步进电机7、螺母8、丝杠9、水平压板10、弹簧11、力传感器12和夹具13组成，步进电机7的电机轴的下端与螺母8的上端相固定，螺母8与丝杠9相旋合，丝杠9的下端与水平压板10的上顶面相固定，弹簧11压在水平压板10的下表面与力传感器12的上表面之间，力传感器12设置在夹具13的上表面上，钢球14固定在夹具13的下表面上。本实施方式工作时，步进电机7固定在某个固定物30上，步进电机7电机轴的旋转能调节钢球14施加到被测试件15上的压力。步进电机带动丝杠压缩弹簧实现无级加载，弹簧下面的力传感器实时反馈载荷。在摩擦过程中通过计算机C-5中的软件可以设定并改变载荷，可以实现逐渐加载的试验。由于设置了弹簧11，即使被测试件不平或者其他震动导致摩擦载荷小幅度的抖动也能实时检测到所需数据，这样测量并计算得到的摩擦系数更合理、准确。
旋转驱动装置A由轴18、联轴器19和电机20组成，直流电机20的电机轴通过联轴器19与轴18的下端相固定，轴18的上端固定在转盘17的下表面上并与转盘17同轴旋转。如此设置的优点是能通过计算机C-5闭环控制直流电机20的无级加速、减速，实现变速情况下摩擦系数的测量。例如通过固定在直流电机20电机轴上的光电码盘输出脉冲信号，经计算机C-5采集从而计算当前直流电机20的转速，与原本设定的直流电机20转速比较后输出反馈信号，反馈信号线性隔离并放大后调整直流电机20的转速。
水平导向座2中设置能沿水平导向座2长度方向滑动的滑动体2-1，杠杆3的一端连接在夹具13上，平衡重锤4旋合在杠杆3的另一端上并能沿杠杆3的杆体轴向位移，二者之间的螺纹为细牙螺纹，以便于微调。水平导向座2设置在杠杆3的下方并与杠杆3相平行，杠杆3的中部通过万向联轴节40铰接在滑动体2-1上，测力传感器5设置在杠杆3的侧面处，光栅尺6设置在杠杆3的侧方以测量杠杆3长度方向的位移。工作时，转盘17旋转施加到钢球14上的力使杠杆3压向测力传感器5，测力传感器5所检测到的数值即是摩擦力。由于测力传感器5自身量程、灵敏度不可调，本实施方式通过移动钢球14与被测试件15的接触点，改变测力点，增加或缩小杠杆力臂，从而放大或缩小摩擦力来弥补此固有缺陷。例如增大力臂提高对小载荷条件下摩擦力的测试灵敏度，减小力臂将大载荷条件下的大摩擦力缩小在传感器量程范围之内。另外，由于测力传感器5可以由使用者沿杠杆3长度方向任意改变其设置位置，也可以起到弥补测力传感器5自身量程、灵敏度不可调缺陷的作用。光栅尺能够测量杠杆3的位移量，精度可以达到0.02mm。

Claims (1)

1、一种摩擦磨损实验机，它包括转盘(17)、旋转驱动装置(A)、钢球(14)和施压装置(B)，旋转驱动装置(A)与转盘(17)的下端面相连接以驱动其旋转，钢球(14)的上端固定在施压装置(B)的下端上，钢球(14)设置在转盘(17)的上方，其特征在于它还包括试样阻值检测电路(C)、水平导向座(2)、光栅尺(6)、杠杆(3)、平衡重锤(4)和测力传感器(5)，试样阻值检测电路(C)由电源(C-1)、电阻(R1)、采集放大电路(C-2)、光电隔离电路(C-3)、模数转换电路(C-4)和计算机(C-5)组成，电源(C-1)的一个输出端通过电阻(R1)固定在钢球(14)上，电源(C-1)的另一个输出端连接在转盘(17)上以实现电信号的传导，采集放大电路(C-2)的一个输入端固定在钢球(14)上，采集放大电路(C-2)的另一个输入端连接在转盘(17)上以实现电信号的传导，采集放大电路(C-2)的输出端连接光电隔离电路(C-3)的输入端，光电隔离电路(C-3)的输出端连接模数转换电路(C-4)的输入端，模数转换电路(C-4)的输出端连接计算机(C-5)的输入端；施压装置(B)由步进电机(7)、螺母(8)、丝杠(9)、水平压板(10)、弹簧(11)、力传感器(12)和夹具(13)组成，步进电机(7)的电机轴的下端与螺母(8)的上端相固定，螺母(8)与丝杠(9)相旋合，丝杠(9)的下端与水平压板(10)的上顶面相固定，弹簧(11)压在水平压板(10)的下表面与力传感器(12)的上表面之间，力传感器(12)设置在夹具(13)的上表面上，钢球(14)固定在夹具(13)的下表面上；旋转驱动装置(A)由轴(18)、联轴器(19)和直流电机(20)组成，直流电机(20)的电机轴通过联轴器(19)与轴(18)的下端相固定，轴(18)的上端固定在转盘(17)的下表面上并与转盘(17)同轴旋转；水平导向座(2)中设置能沿水平导向座(2)长度方向滑动的滑动体(2-1)，杠杆(3)的一端连接在夹具(13)上，平衡重锤(4)旋合在杠杆(3)的另一端上并能沿杠杆(3)的杆体轴向位移，水平导向座(2)设置在杠杆(3)的下方并与杠杆(3)相平行，杠杆(3)的中部通过万向联轴节(40)铰接在滑动体(2-1)上，测力传感器(5)设置在杠杆(3)的侧面处且与杠杆(3)的接触点沿杠杆(3)长度方向可调，光栅尺(6)设置在杠杆(3)的侧方以测量杠杆(3)长度方向的位移。
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