CN101339113A - 机床主轴轴颈轴瓦摩擦学性能试验机 - Google Patents

机床主轴轴颈轴瓦摩擦学性能试验机 Download PDF

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Abstract

机床主轴轴颈轴瓦摩擦学性能试验机，涉及试验装置，具体涉及机床主轴轴颈轴瓦副摩擦磨损过程的模拟、检测装置，属于摩擦学技术领域。本发明包括驱动部分、试验部分、加载部分、测量系统；驱动部分的变频器与调速电机连接，调速电机的主轴通过联轴器与支撑轴相连，支撑轴为阶梯轴；试验部分的应变梁垂直设置在上试样夹具上端；上试样夹具下端的方形槽内螺钉锁紧上试样，上试样的下方设置环形下试样；加载部分的应变梁的上端过盈配合连接施力杠杆，施力杠杆一端设置配重块，施力杠杆另一端设置砝码架。本发明提出了一种模拟实际工况，结构简单，同时能有效评估滑动轴承副材料、润滑介质摩擦学特性的试验装置，并可实现加速磨损试验。

Description

机床主轴轴颈轴瓦摩擦学性能试验机
技术领域
本发明涉及试验装置，具体涉及机床主轴轴颈轴瓦副摩擦磨损过程的模拟、检测装置，属于摩擦学技术领域。
背景技术
滑动轴承是常用的支撑-传动部件之一，机床主轴滑动轴承副的摩擦学性能对机床精度、寿命有直接影响。机床主轴滑动轴承副在工作超过10000小时之后，轴颈表面出现严重的疲劳点蚀和微小裂纹，导致机床精度、一次磨损量及寿命远低于国外同类产品。产生此现象的主要原因是滑动轴承副材料、表面工程和润滑油特性等没有经过系统的匹配研究，因而减摩抗磨性能较差。
目前国内外的标准摩擦磨损机常用于不同材料的摩擦学性能评价，或用于润滑介质性能的快速评定，但标准摩擦磨损机上进行的试样试验与实际使用试验间往往无对应关系。基于滑动轴承副的特点，其摩擦磨损不仅受材料本身属性的影响，也与润滑介质的特性，润滑状态密切相关。而根据摩擦学原理，滑动轴承的磨损主要发生在启动和停车时，此时润滑状态属于边界润滑，摩擦副表面微凸体直接接触导致磨损。为了遴选出合适的摩擦副材料、表面涂层工艺和润滑介质匹配，模拟实际工况十分必要。
2006年4月18日，燕山大学曾提交了一份名为《径向滑动轴承摩擦磨损在线测量试验机》的专利申请，中国申请号为200610012604.3，其中公开了一种滑动轴承摩擦磨损在线测量装置，可实现摩擦副胶合失效和磨损失效瞬间的急停保护。但其结构较为复杂，摩擦系数测量方法存在不足，特别当摩擦副摩擦系数较小时，误差很大。
发明内容
本发明针对上述问题，为研究不同轴颈轴瓦副材料，尤其是轴颈表面涂层在不同润滑条件下的摩擦磨损特性，提出了一种模拟实际工况，结构简单，同时能有效评估滑动轴承副材料、润滑介质摩擦学特性的试验装置，并可实现加速磨损试验。本发明采用下试样摩擦环模拟轴颈，摩擦环表面制备涂层，采用上试样块模拟轴瓦材料，合理优化试验参数；通过高精度位移传感器测量上试样微小偏移量，计算摩擦系数，实现轴颈轴瓦副摩擦学性能准确评估。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
本发明包括驱动部分、试验部分、加载部分、测量系统；
本发明的驱动部分包括变频器、调速电机、联轴器、支撑轴、支座、底座；变频器与调速电机连接，调速电机的主轴通过联轴器与支撑轴相连，支撑轴为阶梯轴，固定于支座上，支座设置在底座上；
试验部分包括应变梁、上试样夹具、上试样、下试样、油环；应变梁垂直设置在上试样夹具上端；上试样夹具下端的方形槽内螺钉锁紧上试样，上试样的下方设置环形下试样；下试样与支撑轴间隙配合，并用螺母锁紧；下试样的内侧设置油环，油环与支撑轴过盈配合；
加载部分包括支架、施力杠杆、砝码架、配重块，应变梁的上端过盈配合连接施力杠杆，施力杠杆松螺纹连接支架，支架安装于底座上，施力杠杆一端设置配重块，施力杠杆另一端设置砝码架；
测量系统包括电涡流位移传感器，数据处理电路和计算机；电涡流位移传感器相对设置在上试样夹具的一侧，电涡轮位移传感器的正上方设置限位螺钉，电涡流位移传感器通过传感器支架与底座连接；传感器支架中设置探头，电涡流位移传感器的测量信号接入数据处理电路，经AD转换和单片机预处理，输入计算机。
比较好的是，本发明的联轴器的两部分之间通过柔性绳连接。
比较好的是，本发明的支座包括一对角接触球轴承、预紧环、端盖，角接触轴承面对面布置在支座的中部，角接触轴承的外侧分别设置预紧环，预紧环的外侧分别设置端盖。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明通过试验绘制一定载荷下的轴颈轴瓦副的streibeck曲线，得到摩擦副在边界润滑状态时的临界转速，确定试验参数，模拟实际工况；采用位移传感器测量上试样夹具在摩擦力作用下的偏移，计算轴颈轴瓦副摩擦系数，克服小摩擦系数不易准确测量的缺点。
2、本发明可用于评定不同材料和处理工艺的轴颈轴瓦副摩擦磨损性能；向润滑介质中加入添加剂，可研究添加剂在摩擦磨损中的作用及润滑机理。
3、本发明通过杠杆机构有效控制载荷，可实现加速摩擦磨损实验；测量系统能对摩擦力精确在线测量并显示，可用于轴颈轴瓦副摩擦规律研究。
4、本发明的油环上套有油链，油链一端浸入油杯，试验时油环带动油链转动，为摩擦副提供润滑。
5、本发明的联轴器的两部分之间通过柔性绳连接，用以缓冲吸振。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是图1的左视图。
图3是本发明的测量部分的结构示意图。
其中：1、变频器，2、调速电机，3、联轴器，4、支撑轴，5、角接触球轴承，6、支座，7、预紧环，8、端盖，9、支架，10、油环，11、下试样，12、上试样，13、上试样夹具，14、应变梁，15、施力杠杆，16、电涡流位移传感器，17、传感器支架，18、限位螺钉，19、配重块，20、砝码架，21、底座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
如图1、图2所示，本发明包括驱动部分、试验部分、加载部分、测量系统；
驱动部分包括变频器1、调速电机2、联轴器3、支撑轴4、支座6、底座21；变频器1与调速电机2连接，调速电机2的主轴通过联轴器3与支撑轴4相连，支撑轴4为阶梯轴，固定于支座6上，支座6设置在底座21上；
试验部分包括应变梁14、上试样夹具13、上试样12、下试样11、油环10；应变梁14垂直设置在上试样夹具13上端；上试样夹具13下端的方形槽内螺钉锁紧上试样12，上试样12的下方设置环形下试样11；下试样11与支撑轴4间隙配合，并用螺母锁紧；下试样11的内侧设置油环10，油环10与支撑轴4过盈配合；
加载部分包括支架9、施力杠杆15、砝码架20、配重块19，应变梁14的上端过盈配合连接施力杠杆15，施力杠杆15松螺纹连接支架9，支架9安装于底座21上，施力杠杆15一端设置配重块19，施力杠杆15另一端设置砝码架20；
测量系统包括电涡流位移传感器16，数据处理电路和计算机；电涡流位移传感器16相对设置在上试样夹具13的一侧，电涡轮位移传感器16的正上方设置限位螺钉18，电涡流位移传感器16通过传感器支架17与底座21连接；传感器支架17中设置探头，电涡流位移传感器16的测量信号接入数据处理电路，经AD转换和单片机预处理，输入计算机。
本发明的联轴器3的两部分之间通过柔性绳连接。
本发明的支座6包括一对角接触球轴承5、预紧环7、端盖8，角接触轴承5面对面布置在支座6的中部，角接触轴承5的外侧分别设置预紧环7，预紧环7的外侧分别设置端盖8。
上试样12按要求加工成方形；下试样11加工成环，表面按要求工艺或涂层处理。下试样11锁紧在支撑轴4上，上试样12置于下试样11正上方。启动变频器1和调速电机2并加载。紧固于支撑轴4上的油环10随支撑轴4一起转动，带动油链卷起润滑油润滑。在上下试样间摩擦力作用下，应变梁14产生变形，使上试样夹具13发生偏移。高精度电涡流位移传感器16测量偏移量并将信号经由数据处理部分送入计算机处理，计算机根据应变梁14刚度和载荷大小计算出摩擦系数，并实时绘制摩擦系数曲线。调整电机转速，测量不同转速下的轴颈轴瓦副摩擦系数，绘制此载荷及摩擦副材料匹配下的streibeck曲线，确定使摩擦副保持边界润滑状态的临界转速以确定试验参数，可评定不同材料及处理工艺的轴颈轴瓦副摩擦磨损性能；向润滑介质中加入添加剂，实现研究不同添加剂对摩擦磨损的作用及其机理。

Claims (3)

1、一种机床主轴轴颈轴瓦摩擦学性能试验机，其特征在于：包括驱动部分、试验部分、加载部分、测量系统；
驱动部分包括变频器(1)、调速电机(2)、联轴器(3)、支撑轴(4)、支座(6)、底座(21)；变频器(1)与调速电机(2)连接，调速电机(2)的主轴通过联轴器(3)与支撑轴(4)相连，支撑轴(4)为阶梯轴，固定于支座(6)上，支座(6)设置在底座(21)上；
试验部分包括应变梁(14)、上试样夹具(13)、上试样(12)、下试样(11)、油环(10)；应变梁(14)垂直设置在上试样夹具(13)上端；上试样夹具(13)下端的方形槽内螺钉锁紧上试样(12)，上试样(12)的下方设置环形下试样(11)；下试样(11)与支撑轴(4)间隙配合，并用螺母锁紧；下试样(11)的内侧设置油环(10)，油环(10)与支撑轴(4)过盈配合；
加载部分包括支架(9)、施力杠杆(15)、砝码架(20)、配重块(19)，应变梁(14)的上端过盈配合连接施力杠杆(15)，施力杠杆(15)松螺纹连接支架(9)，支架(9)安装于底座(21)上，施力杠杆(15)一端设置配重块(19)，施力杠杆(15)另一端设置砝码架(20)；
测量系统包括电涡流位移传感器(16)，数据处理电路和计算机；电涡流位移传感器(16)相对设置在上试样夹具(13)的一侧，电涡轮位移传感器(16)的正上方设置限位螺钉(18)，电涡流位移传感器(16)通过传感器支架(17)与底座(21)连接；传感器支架(17)中设置探头，电涡流位移传感器(16)的测量信号接入数据处理电路，经AD转换和单片机预处理，输入计算机。
2、根据权利要求1所述的机床主轴轴颈轴瓦摩擦学性能试验机，其特征在于上述联轴器(3)的两部分之间通过柔性绳连接。
3、根据权利要求1所述的机床主轴轴颈轴瓦摩擦学性能试验机，其特征在于上述支座(6)包括一对角接触球轴承(5)、预紧环(7)、端盖(8)，角接触轴承(5)面对面布置在支座(6)的中部，角接触轴承(5)的外侧分别设置预紧环(7)，预紧环(7)的外侧分别设置端盖(8)。
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