CN102175598A

CN102175598A - 一种端面扭动摩擦磨损试验机及方法

Info

Publication number: CN102175598A
Application number: CN 201110039814
Authority: CN
Inventors: 王世博; 张德坤; 毛勇; 葛世荣
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2031-02-18
Also published as: CN102175598B

Abstract

一种端面扭动摩擦磨损试验机及方法，试验机包括传动装置和压力加载装置，传动装置包括伺服电机、减速器、偏心轮、连杆，压力加载装置包括力传感器、推力球轴承、固定件、主轴、转盘、转盘连接杆、托盘、扭矩传感器、提升轴、滑动套件、液压缸。通过液压缸对试件进行轴向加压，由连杆传动机构驱动使试件产生摩擦扭动，经扭矩传感器测出摩擦扭矩值，力传感器测出正压力值，得出摩擦系数值。可以通过设置不同正压力、扭动频率等模拟不同工况条件下的端面接触的扭动摩擦磨损试验，摩擦扭矩测量精确；加载平稳精度，冲击小，并且可实现动态加载。其结构简单，操作方便，试验效果好。

Description

一种端面扭动摩擦磨损试验机及方法

技术领域

本发明涉及摩擦磨损试验机及方法，尤其是一种适用于扭动摩擦工况下的摩擦副性能测试的端面扭动摩擦磨损试验机及方法。

背景技术

两相互接触物体在外力P作用下发生相对运动或有相对运动的趋势时，接触面上产生的切向阻力F称为摩擦力，这种阻抗现象称为摩擦。按运动副的运动形式可以分为滑动摩擦和滚动摩擦。在实验室中，用于研究滑动摩擦的试验机非常多，其主要形式有环－块式、销－盘式、端面对摩形式、微动磨损形式等。扭动摩擦是指在一定载荷下接触副接触界面发生往复旋转的相对运动，在生产和生活中广泛存在，从常用的球阀到人体中的髋关节、膝关节和脊柱关节等置换关节，以及交通运输中大量存在的往复旋转件如工程机械中的聚合物平面滑动回转支撑、汽车挂车的转向回转盘和火车转向架的心盘等。

针对不同的磨损形式，实验室已经有多种试验机。如M2000摩擦磨损试验机，立式万能试验机，销-盘摩擦磨损试验机，CETR实验机等。但这些试验机多为单一磨损试验机，如CETR试验机可以实现不同振幅的往复直线运动和转动形式，不能实现扭动运动形式。目前还没有一种可用于实现端面接触的扭动摩擦磨损试验机。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种端面扭动摩擦磨损试验机及方法，通过设置正压力、电机转速和往复频率可以准确模拟工况中的扭动摩擦条件，测试扭动摩擦副的摩擦系数，从而能够准确模拟不同扭动工况的端面扭动摩擦磨损试验。

技术方案：本发明的端面扭动摩擦磨损试验机，包括传动装置和压力加载装置，所述的传动装置包括竖直布设在底座上的伺服电机、与伺服电机相连并固定在电机机架上的减速器，减速器上设有偏心轮，偏心轮上设有连杆；所述的压力加载装置包括对称设在底箱上的立柱和设在立柱上的顶梁构成的固定架，固定架的顶梁上依次连接有力传感器、推力球轴承、套装在立柱内的固定件、主轴和转盘，转盘上设有与连杆相连接的转盘连接板；底箱内设有竖直布设的液压缸，液压缸的柱塞穿过底箱连接有提升轴，提升轴上连接有扭矩传感器，扭矩传感器上连接有与转盘相扣合的托盘；提升轴的外壁上设有套装在立柱上的滑动套。

所述相扣合的转盘和托盘内端面对称开有放置上、下试件的凹槽；所述的转盘连接板呈扇形。

本发明的端面扭动摩擦磨损试验方法，包括以下步骤：

a．将半径R均相同的上、下试件分别固定在转盘和托盘内；

b．通过数据采集控制系统控制液压缸动作，液压缸的柱塞推动提升轴向上运动，使固定在转盘和托盘内的上、下试件相对端面紧密接触；

c．根据实验要求对相对端面紧密接触的上、下试件施加压力达设定值载荷P，设在上试件上方的力传感器实时将不同压力的信号输出，经数据采集控制系统显示压力值G；

d．当压力值达到实验要求设定的压力值G时，停止加压，并保压，根据实验要求设定伺服电机的转速r和上试件的扭动次数n、扭动角度θ；

e．启动伺服电机驱动偏心轮转动，偏心轮带动连杆传动转盘连接板，与转盘连接板相连的转盘扭动带动上试件随之扭动，使上、下试件的接触面形成扭动摩擦；

f．设在下试件下方的扭矩传感器实时测出摩擦扭矩M _f，并送至数据采集控制系统，通过数据采集控制系统得出摩擦系数值f以及在设定载荷和转速下的摩擦系数-角位移曲线，从而考察正压力、扭动角度和频率对端面扭动摩擦磨损行为的影响，揭示聚合物扭动摩擦系数变化规律和扭动磨损机理。

所述设定伺服电机的转速r=1000~1500r/min，上试件的扭动次数n=800~1200，其扭动角度θ=1~30°。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明能够实现端面接触的扭动摩擦磨损试验和疲劳状态下的扭动摩擦磨损试验；可以通过设置不同的正压力，不同的扭动频率等模拟不同的工况条件；通过调整四连杆传动机构各杆件的长度就可方便调整试验所需的扭动角度；动力源部分采用伺服电机，输出启动力矩大，并便于控制扭动频率；采用静态扭矩传感器测量摩擦扭矩，摩擦扭矩测量精确；压力采用液压加载和力传感器测量的闭环控制方式，加载平稳精度，冲击小，并且可实现动态加载。其结构简单，操作方便，试验效果好，对研发构件的端面扭动摩擦磨损，减少工程中出现的扭动摩擦磨损问题，提高装备与器械的性能和寿命，节约能源，具有十分重要的意义。

附图说明

图1 为本发明端面扭动摩擦磨损试验机结构主视图。

图2 为本发明端面扭动摩擦磨损试验机结构侧视图。

图3 为本发明端面扭动摩擦磨损试验机结构俯视图。

图中：1-底座，2-伺服电机，3-电机机架，4-减速器，5-偏心轮，6-连杆，7-立柱，8-固定架，9-力传感器，10-推力球轴承，11-固定件，12-主轴，13-转盘，14-上试件，15-下试件，16-托盘，17-扭矩传感器，18-提升轴，19-滑动套件，20-液压缸，21 -转盘连接板，22- 底箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明的端面扭动摩擦磨损试验机，主要由传动装置和压力加载装置构成，传动装置包括竖直安装在底座1上的伺服电机2，伺服电机2的输出轴连接有经电机机架3固定的减速器4，减速器4的输出轴连接有偏心轮5，偏心轮5上设有连杆6；压力加载装置包括对称设在底箱22上的立柱7和设在立柱7上的顶梁8构成的固定架，固定架的顶梁8上依次连接有力传感器9、推力球轴承10、套装在立柱7内的固定件11、主轴12和转盘13，转盘13用螺钉与主轴12连接，转盘13上设有与连杆6相连接的转盘连接板21，转盘连接板21呈扇形。底箱22内设有竖直布设的液压缸20，液压缸20的柱塞穿过底箱22连接有提升轴18，提升轴18上经花键连接有扭矩传感器17，扭矩传感器17上连接有与转盘13相扣合的托盘16，扭矩传感器17的上端与托盘16采用花键连接；托盘16上端面设有放置下试件15的凹槽，转盘13下端面设有放置上试件14的凹槽，提升轴18的外壁上设有套装在立柱7上的滑动套19，连接方式为螺纹连接；固定件11为柱状，两侧连有套装在立柱7内的套杆，固定件11和滑动套19可沿立柱7上下移动。

本发明的端面扭动摩擦磨损试验方法，采用伺服电机2通过连杆6传动机构驱动主轴12上的摩转盘13扭动，正压力由液压缸20对试件进行轴向加压，扭矩传感器17测出摩擦扭矩，力传感器9测出正压力，并送至数据采集控制系统，通过数据采集控制系统分析得出摩擦系数以及在设定载荷和转速下摩擦系数-角位移曲线。其中：力传感器9载荷测量范围为0~50KN，扭矩传感器17的测量范围为0~10000N·m。具体步骤如下：

a．将半径R均相同的上、下试件14、15分别固定在转盘13和托盘16内，根据试验不同选择不同的半径R，如上下试件半径R=100mm；

b．通过数据采集控制系统控制液压缸20动作，液压缸20的柱塞推动提升轴18向上运动，使固定在转盘13和托盘16内的上、下试件14、15相对端面紧密接触；

c．根据实验要求对相对端面紧密接触的上、下试件14、15施加压力达设定值载荷P，根据试验不同施加不同的压力值G，如设定值载荷P=30 KN，通过设在上试件上方的力传感器9实时将不同压力的信号输出，经数据采集控制系统显示压力值G；

d．当压力值达到实验要求设定的压力值G时，停止加压，并保压，根据实验要求通过数据采集控制系统设定伺服电机2的转速r=1000~1500r/min上试件扭动次数n=800~1200，扭动角度θ=1~30°；

e．启动伺服电机2驱动偏心轮5转动，带动连杆6传动转盘连接板21，与转盘连接板21相连的转盘13扭动带动上试件14随之扭动，液压缸20对提升轴18加压，下试件15不动，上、下试件14、15的接触面产生扭动摩擦磨损；

f．经设在下试件15下方的扭矩传感器17实时将扭矩信号输出，经设在下试件15下方的扭矩传感器17实时测出摩擦扭矩M _f，并送至数据采集控制系统，经摩擦系数计算公式：

Figure 2011100398142100002DEST_PATH_IMAGE002

得出试件的摩擦系数值f；式中：M _f— 摩擦扭矩；G — 正压力；R —试件半径；通过数据采集控制系统分析得出摩擦系数值以及在设定载荷和转速下的摩擦系数-角位移曲线，从而考察正压力、扭动角度和频率对端面扭动摩擦磨损行为的影响，揭示聚合物扭动摩擦系数变化规律和扭动磨损机理。

Claims

1.一种端面扭动摩擦磨损试验机，其特征在于：包括传动装置和压力加载装置，所述的传动装置包括竖直布设在底座（1）上的伺服电机（2）、与伺服电机（2）相连并固定在电机机架（3）上的减速器（4），减速器（4）上设有偏心轮（5），偏心轮（5）上设有连杆（6）；所述的压力加载装置包括对称设在底箱（22）上的立柱（7）和设在立柱（7）上的顶梁（8）构成的固定架，固定架的顶梁（8）上依次连接有力传感器（9）、推力球轴承（10）、套装在立柱（7）内的固定件（11）、主轴（12）和转盘（13），转盘（13）上设有与连杆（6）相连接的转盘连接板（21）；底箱（22）内设有竖直布设的液压缸（20），液压缸（20）的柱塞穿过底箱（22）连接有提升轴（18），提升轴（18）上连接有扭矩传感器（17），扭矩传感器（17）上连接有与转盘（13）相扣合的托盘（16）；提升轴（18）的外壁上设有套装在立柱（7）上的滑动套（19）。

2.根据权利要求1所述的端面扭动摩擦磨损试验机，其特征在于：所述相扣合的转盘（13）和托盘（16）内端面对称开有放置上、下试件（14、15）的凹槽。

3.根据权利要求1所述的端面扭动摩擦磨损试验机，其特征在于：所述的转盘连接板（21）呈扇形。

4.一种如上述权利要求所述试验机的端面扭动摩擦磨损试验方法，其特征在于包括以下步骤：

a．将半径R均相同的上、下试件（14、15）分别固定在转盘（13）和托盘（16）内；

b．通过数据采集控制系统控制液压缸（20）动作，液压缸（20）的柱塞推动提升轴（18）向上运动，使固定在转盘（13）和托盘（16）内的上、下试件（14、15）相对端面紧密接触；

c．根据实验要求对相对端面紧密接触的上、下试件（14、15）施加压力达设定值载荷P，设在上试件（14）上方的力传感器（9）实时将不同压力的信号输出，经数据采集控制系统显示压力值G；

d．当压力值达到实验要求设定的压力值G时，停止加压，并保压，根据实验要求设定伺服电机（2）的转速r和上试件（14）的扭动次数n、扭动角度θ；

e．启动伺服电机（2）驱动偏心轮（5）转动，偏心轮（5）带动连杆（6）传动转盘连接板（21），与转盘连接板（21）相连的转盘（13）扭动带动上试件（14）随之扭动，使上、下试件（14、15）的接触面形成扭动摩擦；

f．设在下试件（15）下方的扭矩传感器（17）实时测出摩擦扭矩M _f，并送至数据采集控制系统，通过数据采集控制系统得出摩擦系数值f以及在设定载荷和转速下的摩擦系数-角位移曲线，从而考察正压力、扭动角度和频率对端面扭动摩擦磨损行为的影响，揭示聚合物扭动摩擦系数变化规律和扭动磨损机理。

5.根据权利要求4所述的端面扭动摩擦磨损试验方法，其特征在于：设定伺服电机（2）的转速r=1000~1500r/min，上试件（14）的扭动次数n=800~1200，其扭动角度θ=1~30°。