CN102419291A

CN102419291A - 一种在线可控摩擦系数与滑差的滚动摩擦磨损试验机

Info

Publication number: CN102419291A
Application number: CN2011101076818A
Authority: CN
Inventors: 邢旭辉; 杨明江; 李正阳; 王红才
Original assignee: Institute of Mechanics of CAS
Current assignee: Institute of Mechanics of CAS
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2031-04-28
Also published as: CN102419291B

Abstract

本发明公开了一种在线可控摩擦系数与滑差的滚动摩擦磨损试验机，包括：下试样轴平台，在下试样轴平台上通过第一轴承座设置有第一传动轴，第一传动轴的动力输入端与第一电机的动力输出端相连，下试样安装在第一传动轴的动力输出端；在下试样轴平台上安装有第二传动轴，该第二传动轴的动力输入端与第二电机的动力输出端相连，在第二传动轴上还安装有主动传动齿轮；上试样轴平台，通过第四轴承座可转动安装在第二传动轴上，在上试样轴平台上安装有第三传动轴，第三传动轴的动力输入端设置有与主动传动齿轮相啮合的被动传动齿轮，上试样安装在第三传动轴的动力输出端。本发明可以方便的实现不同滑差的滚动摩擦磨损实验。

Description

一种在线可控摩擦系数与滑差的滚动摩擦磨损试验机

技术领域

本发明涉及一种滚动摩擦磨损试验装置，尤其是能在线控制摩擦系数和滑差并能实时测量试样直径的变化并补偿直径变化引起的摩擦系数与滑差的测量误差。

背景技术

目前，公知的滚动摩擦磨损试验机由电机提供动力，由齿轮将动力分散到上下试样的两轴，通过两轴带动上下试样对滚实现滚动摩擦实验。例如，现有技术CN201060144Y公开了一种滚动摩擦磨损试验机，该试验机包括三个不同方位的驱动步进电机，扭矩传感器，二维移动平台，测力传感器，滚动负荷模块和计算机程控模块构成，步进电机驱动移动平台前后移动，使摩擦环试样与主动摩擦环试样接触并施加一定的载荷，载荷大小由测力传感器测量确定。这种试验机用两种滚动负荷模块可以实现两种滚动摩擦试验，任意滑差下的两摩擦环的滚动摩擦。

但是，这种传统的试验机有以下几个局限：

1.无法测量和补偿在实验过程中试样磨损后的直径变化引起的实际滑差和摩擦力的误差。

2.无法实现定摩擦系数的摩擦磨损实验。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种测量更精确的在线可控摩擦系数与滑差的滚动摩擦磨损试验机。

本发明提供的一种在线可控摩擦系数与滑差的滚动摩擦磨损试验机包括：

下试样轴平台，在该下试样轴平台上通过第一轴承座可转动设置有第一传动轴，该第一传动轴的动力输入端与第一电机的动力输出端相连，下试样安装在该第一传动轴的动力输出端；在该下试样轴平台上通过第二轴承座还安装有第二传动轴，该第二传动轴的动力输入端与第二电机的动力输出端相连，在第二传动轴上还安装有主动传动齿轮；

上试样轴平台，通过第四轴承座可转动安装在所述第二传动轴上，在该上试样轴平台上还通过第三轴承座还安装有第三传动轴，该第三传动轴的动力输入端设置有与所述主动传动齿轮相啮合的被动传动齿轮，上试样安装在该第三传动轴的动力输出端；

压力加载平衡装置，设置在所述上试样轴平台上，用于向上试样施加一定大小的压力，使上试样保持一定的压力与下试样相接触；

其中，在所述第一传动轴上设置有第一扭力传感器，在所述第三传动轴上设置有第二扭力传感器；在所述上试样轴平台和下试样轴平台之间还设置有检测上试样与下试样轴心距离变化的位移传感器。

优选地，所述加载平衡装置包括设置在所述上试样轴平台一侧和所述下试样轴平台上的用于向所述上试样和下试样施加一定压力的压力加载单元、设置在所述上试样轴平台一侧的用于平衡施加的压力的平衡砣、和测量所述上试样和下试样之间压力的压力传感器。

优选地，在所述第二传动轴的动力输入端通过涡流制动器与所述第二电机的动力输出端相连。

本发明可以方便的实现不同滑差的滚动摩擦磨损实验，可以实时测量试样直径的大小，补偿实验过程中试样磨损后的直径变化引起的实际滑差和摩擦力的误差，可以实现定摩擦系数的摩擦磨损实验。具体来说，具有如下优点：

1、上下试样分别由独立的伺服电机驱动，通过减速，可以实现从0rmp到1200rpm的调节，分辨率0.316rpm，方便地实现不同滑差的滚动摩擦磨损实验。上试样受力方向与转动方向一致，伺服电机需要制动。为了长期稳定工作避免制动电阻过热或母线电压升高，在上试样与上试样伺服电机之间加装涡流制动器，吸收由试样传递过来的功率，使上试样伺服电机处于对外做功状态。

2.上试样轴平台与下试样轴平台之间安装位移传感器可以实时测得两轴中心之间的距离，即为上下试样的半径之和；分别在上试样轴与下试样轴上安装扭矩传感器，可以实时测量轴上的扭矩。根据作用力与反作用力原理，上下试样受到大小相等方向相反的摩擦力，上下试样轴上测得的扭矩之比等于上下试样的半径之比，结合测量得到的上下试样轴间距离可以得到上下试样的半径。通过软件可以实时补偿实验过程中试样磨损后的直径变化引起的实际滑差和摩擦力的误差。

3.通过调节涡流制动器的电流可以控制阻力扭矩的大小，可以实现定摩擦系数的摩擦磨损实验。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的俯视图。

图中：

1、14——伺服电机，

2——齿形带，

3、5、8、10、18——传动轴，

4、9——扭矩传感器，

6——下试样，

7——上试样，

11、12、22、23——齿轮，

13——涡流制动器，

15——压力加载装置，

16——位移传感器，

17——上试样轴平台，

19——压力传感器，

20——压力加载平衡砣，

21——计算机测控系统，

24、25、26、27、28、29、30、31——轴承座，

32——下试样轴平台。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明具体包括：下试样轴平台32、上试样轴平台17和压力平衡加载装置，在下试样轴平台32上通过第一轴承座24、25可转动设置有第一传动轴3、5，该第一传动轴3、5的动力输入端与第一电机1的动力输出端相连，下试样6安装在第一传动轴3、5的动力输出端。在下试样轴平台32上通过第二轴承座30、31还安装有第二传动轴18，第二传动轴18的动力输入端与第二电机14的动力输出端相连，在第二传动轴14上还安装有主动传动齿轮12。

上试样轴平台17通过第四轴承座28、29可转动安装在第二传动轴18上，在上试样轴平台17上还通过第三轴承座26、27还安装有第三传动轴8、10，第三传动轴8、10的动力输入端设置有与主动传动齿轮12相啮合的被动传动齿轮11，上试样7安装在第三传动轴18的动力输出端。

压力加载平衡装置设置在上试样轴平台17上，用于向上试样7施加一定大小的压力，使上试样7保持一定的压力与下试样6相接触。在本发明实施例中，加载平衡装置采用的具体结构是：该加载平衡装置包括设置在上试样轴平台17一侧和下试样轴平台32上的用于向上试样7和下试样6施加一定压力的压力加载单元15，设置在上试样轴平台17一侧的用于平衡施加的压力的平衡砣20以及测量上试样7和下试样6之间压力的压力传感器19。由于上试样轴平台17是可以绕第二传动轴18旋转的，因此通过压力加载单元15就可以使上试样7紧靠在下试样6上，起到了补充上下试样在实验中的磨损。结合测量得到的上下试样轴间距离可以得到上下试样的半径。通过软件就可以实时补偿实验过程中试样磨损后的直径变化引起的实际滑差和摩擦力的误差。

为了便于测量扭矩，第一传动轴3、5通过第一扭力传感器4相连，第三传动轴8、10通过第二扭力传感器9相连；在上试样轴平台17和下试样轴平台32之间还设置有检测上试样7与下试样6轴心距离变化的位移传感器16。

另外，在第二传动轴18的动力输入端通过涡流制动器13与第二电机14的动力输出端相连。这样，就可以通过调节涡流制动器13的电流控制阻力扭矩的大小，从而可以实现定摩擦系数的摩擦磨损实验。

此外，在本发明实施例中，如图1所示，第一电机1的动力输出端设置有齿轮22，在第一传动轴3、5的动力输入端设置有齿轮23，齿轮22通过齿形带2与齿轮23相连，从而实现将第一电机1的动力传递给第一传动轴3、5。由于采用齿形带的方式进行动力传递，这样能够克服以往采用皮带打滑的现象，从而确保测量的精确性。

本发明第一电机1通过齿轮22、齿形带2、齿轮23、第一传动轴3、扭第一矩传感器4、第一传动轴5将扭矩传递到下试样6；第二电机14通过流制动器13、第二传动轴18、齿轮12、齿轮11、第三传动轴10、扭矩传感器9、第三传动轴8将扭矩传递到上试样7。测控系统21采集第一电机1、第二电机14的转速信号、第一、二扭矩传感器4、9的扭矩信号、压力传感器19的压力信号、位移传感器16的位移信号；测控系统21控制第一、二电机1、14的转速或扭矩、涡流制动器13的阻力扭矩，从而实现精确的在线可控摩擦系数与滑差的滚动摩擦磨损实验。

Claims

1.一种在线可控摩擦系数与滑差的滚动摩擦磨损试验机包括：

其中，在所述第一传动轴上设置有第一扭力传感器，在所述第三传动轴上设置有第二扭力传感器；在所述上试样轴平台上还设置有检测上试样与下试样轴心距离变化的位移传感器。

2.如权利要求1所述的试验机，其特征在于，所述加载平衡装置包括设置在所述上试样轴平台一侧和所述下试样轴平台上的用于向所述上试样和下试样施加一定压力的压力加载单元、设置在所述上试样轴平台一侧的用于平衡施加的压力的平衡砣、和测量所述上试样和下试样之间压力的压力传感器。

3.如权利要求1或2所述的试验机，其特征在于，在所述第二传动轴的动力输入端通过涡流制动器与所述第二电机的动力输出端相连。