CN102435520A - 高频往复式微动摩擦磨损试验机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高频往复式微动摩擦磨损试验机，是一种主要用于微动磨损实验的高频往复式微动摩擦磨损试验机。其包括往复驱动机构、试验力加载机构、试样装夹机构、信号采集处理系统及电气控制系统，其特征是：所述试验力加载机构加载试验力的方式为磁力加载。本发明通过采用磁力加载的方式，实现了小载荷加载的要求，可以使试验机达到较高的试验精度。

Description

高频往复式微动摩擦磨损试验机
技术领域
本发明涉及一种高频往复式摩擦磨损试验机，是一种主要用于微动磨损实验的高频往复式微动摩擦磨损试验机。
背景技术
磨损是材料破坏、失效的形式之一。在有振动的机械中，螺纹联接、花键联接和过盈配合联接等都容易发生微动磨损，微动磨损的机理是：摩擦表面间的正向压力使表面上的微凸体粘着。微动磨损可致使材料破坏、失效。
目前新材料、新工艺的研究，除传统的力学、理化等指标的测试考量外，摩擦磨损性能的测试已逐渐广泛应用。
高频往复式摩擦磨损试验机是用于研究材料或表面涂层摩擦性能的实验仪器。现有的摩擦磨损试验机主要有液压加载式摩擦磨损试验机、砝码加载式摩擦磨损试验机等，但上述的摩擦磨损试验机其加载的方式均只适用于大载荷的加载，不能满足于小载荷的加载要求，对于小载荷的加载，其精度差，适应性差。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种能适应小载荷加载要求、试验精度高的摩擦磨损试验机。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种高频往复式微动摩擦磨损试验机，包括往复驱动机构、试验力加载机构、试样装夹机构、信号采集处理系统及电气控制系统，其特殊之处是，所述试验力加载机构加载试验力的方式为磁力加载。
本发明是通过磁力加载的方式将试验力加载到试样上。由于磁力加载的加载力较小，因而可以保证有较高的测试精度。
所述试验力加载机构包括与升降机构连接的施力座、与往复驱动机构连接并设置在试样上方的施力杆，所述施力座的下表面设置有上加载磁铁，所述施力杆上对应于所述施力座上的上加载磁铁设有下加载磁铁，上加载磁铁和下加载磁铁相对应端的极性相同。本发明通过升降机构带动施力座上下移动，当升降机构带动施力座向下运动时，设置在施力座下表面上的上磁铁与设置在施力杆上的下磁铁同性相斥，从而形成压力，通过施力杆施加到试样上，形成摩擦面间的试验力。通过控制升降机构可以控制试验力的施加和试验力的大小。
本发明中与施力座连接的升降机构可采用现有技术的任何结构形式，但考虑到结构设计的简单及可靠性，本发明所采用的结构形式是：所述的升降机构包括与传动机构连接的滚珠丝杠，直线导轨，所述施力座滑动设置在直线导轨上并与所述滚珠丝杠的丝母连接。本发明通过传动机构带动滚珠丝杠转动，从而带动与丝母连接的施力座沿直线导轨上下移动。
为便于试验力的加载，所述施力杆上连接有保持架，所述下加载磁铁设置在保持架上。由上加载磁铁和下加载磁铁产生的斥力通过保持架传递给施力杆并最终施加到试样上，形成试验力。
进一步的方案是，所述施力杆上设有试验力传感器，所述试样装夹机构包括下试样盒、上试样夹头、带有加热机构的加热座、固定座，所述加热座设在所述下试样盒下部并与所述固定座连接，所述固定座固定于机座上，所述上试样夹头对应下试样盒设置在所述施力杆的一端。
为便于获得摩擦力数据，在固定座的一侧设有摩擦力传感器。
本发明的往复驱动机构可采用现有技术的任何能产生往复运动的驱动机构形式，考虑到功耗及节能效果，本发明的往复驱动机构采用的方案是：所述往复驱动机构包括高强永磁铁、感应线圈、平衡弹簧片、导向轴，所述导向轴的一端通过线圈架与所述的感应线圈连接，其另一端与施力杆连接，所述平衡弹簧片与线圈架连接，所述的高强永磁铁对应所述的感应线圈设置在壳体内。该往复驱动机构是利用电磁感应原理产生周期变化的电磁力作为直线往复运动的激振力，通过调节电磁线圈供电频率即可达到调节激振频率的目的，而通过调节电流值可调节振动副值大小，从而得到不同的位移。
本发明的有益效果是：本发明通过采用磁力加载的方式，实现了小载荷加载的要求，可以使试验机达到较高的试验精度；通过可靠的结构设计，使得试验力的施加更稳定、可靠，整个加载系统稳定可靠，运行控制精度高；通过采用电磁感应原理，构建磁致驱动机构，实现往复运动，激振电流小，功耗低。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是图1的左视示意图；
图3是图1中的下试样装夹装置的放大示意图；
图中，1、上基座，2、下基座，3、线圈架，4、感应线圈，5、导向轴，6、高强永磁铁，7、壳体，8、皮带轮I，9、轴承，10、直线导轨，11、滚珠丝杠，12、施力座，13、上加载磁铁，14、下加载磁铁，15、保持架，16、施力杆，17、上试样夹头，18、下试样装夹装置，19、摩擦力传感器，20、试验力传感器，21、皮带轮II，22、步进电机，23、上试样，24、下试样，25、下试样盒，26、加热座，27、固定座，28、弹性支撑，29、机座，30、平衡弹簧片。
具体实施方式
下面结合附图及非限定性的实施例对本发明作进一步的说明：
实施例
如附图1-3所示，一种高频往复式微动摩擦磨损试验机，包括往复驱动机构、试验力加载机构、试样装夹机构、信号采集处理系统及电气控制系统。
该试验机的机架包括上基座1和下基座2。
试验力加载机构包括与升降机构连接的施力座12、与往复驱动机构连接的施力杆16。所述的升降机构包括分别固定在上基座1上的滚珠丝杠11、直线导轨10、步进电机22，滚珠丝杠11的传动端和步进电机22的输出端分别安装有同步皮带轮I和同步皮带轮II，皮带轮I和皮带轮II通过同步齿形带传动。施力座12与滚珠丝杠11的丝母连接并通过滑块连接板滑动设置在直线导轨10上。在施力座12的下表面设有上加载磁铁13。施力杆16水平设置，其上连接有保持架15，在保持架15上对应施力座12上的上加载磁铁13设有下加载磁铁14，上加载磁铁13和下加载磁铁14相对应端的极性相同。施力杆16上还设有试验力传感器20。
往复驱动机构包括高强永磁铁6、感应线圈4、平衡弹簧片30、导向轴5，导向轴5的一端通过线圈架3与感应线圈4连接，其另一端与试验力加载机构的施力杆16连接。高强永磁铁6对应感应线圈4设置在壳体7内。平衡弹簧片30与线圈架3连接，其作用是：在导向轴5移动时保持线圈架3的平衡稳定。
试样装夹机构设置在施力杆16的下方，其包括下试样装夹装置18和上试样装夹装置，下试样装夹装置18包括下试样盒25、带有加热机构的加热座26、固定座27，加热座26设在下试样盒25下部并与固定座27连接，固定座27通过设置在下部的弹性支撑28固定于机座29上。上试样装夹装置为上试样夹头17，其对应下试样盒25设置在施力杆16的一端。下试样24为光洁的平面，设置在下试样盒25内。上试样23为钢球，设置在上试样夹头17内。下试样盒25内还设有温度测量电阻，用于测量摩擦副表面温度。在固定座27的一侧设有摩擦力传感器19。
往复驱动机构、试验力加载机构分别与电气控制系统和数据采集处理系统连接。
本实施例中，往复驱动机构利用电磁感应原理产生周期变化的电磁力作为直线往复运动的激振力，通过调节电磁线圈供电频率即可达到调节激振频率的目的，而通过调节电流值可调节振动副值大小，从而得到不同的位移。试验力加载机构由步进电机22驱动，通过同步齿形皮带、皮带轮和滚珠丝杠11传递动力，由直线运动导轨导向，带动施力座12上下运动，固定在施力座12下表面的上加载磁铁13与施力杆端的下加载磁铁14同性相斥，从而形成压力，通过施力杆16施加到上试样上，形成上下试样摩擦面间的试验力。通过控制电机带动施力座的上下空间移动，来控制试验力的施加和试验力的大小。
本实施例的其他部分采用现有技术，在此不再赘述。
上述实施例仅用于对本发明的说明，并非对其限制，本发明并不局限于上述的结构形式，在此基础上还可以有其他的结构变化，例如：本发明的往复驱动机构也可以不采用上述的电磁驱动结构形式，其也可以采用现有技术的任何驱动形式。再如：本发明中的试验力加载机构其加载磁力的具体机械结构也并不局限于上述实施例所述的结构，其还可以在本发明的磁力加载原理的基础上作出其他的结构变化。

Claims (7)

1.一种高频往复式微动摩擦磨损试验机，包括往复驱动机构、试验力加载机构、试样装夹机构、信号采集处理系统及电气控制系统，其特征是：所述试验力加载机构加载试验力的方式为磁力加载。
2.根据权利要求1所述的高频往复式微动摩擦磨损试验机，其特征是：所述试验力加载机构包括与升降机构连接的施力座(12)、与往复驱动机构连接并设置在试样上方的施力杆(16)，所述施力座(12)的下表面设置有上加载磁铁(13)，所述施力杆(16)上对应于所述施力座(12)上的上加载磁铁(13)设有下加载磁铁(14)，上加载磁铁(13)和下加载磁铁(14)相对应端的极性相同。
3.根据权利要求2所述的高频往复式微动摩擦磨损试验机，其特征是：所述的升降机构包括与传动机构连接的滚珠丝杠(11)，直线导轨(10)，所述施力座(12)滑动设置在所述直线导轨(10)上并与所述滚珠丝杠(11)的丝母连接。
4.根据权利要求2或3所述的高频往复式微动摩擦磨损试验机，其特征是：所述施力杆(16)上连接有保持架(15)，所述下加载磁铁(14)设置在保持架(15)上。
5.根据权利要求4所述的高频往复式微动摩擦磨损试验机，其特征是：所述施力杆(16)上设有试验力传感器(20)，所述试样装夹机构包括下试样盒(25)、上试样夹头(17)、带有加热机构的加热座(26)、固定座(27)，所述加热座(26)设在所述下试样盒(25)下部并与所述固定座(27)连接，所述固定座(27)固定于机座(29)上，所述上试样夹头(17)对应下试样盒(25)设置在所述施力杆(16)的一端。
6.根据权利要求5所述的高频往复式微动摩擦磨损试验机，其特征是：在固定座(27)的一侧设有摩擦力传感器(19)。
7.根据权利要求2或3所述的高频往复式微动摩擦磨损试验机，其特征是：所述往复驱动机构包括高强永磁铁(6)、感应线圈(4)、平衡弹簧片(30)、导向轴(5)，所述导向轴(5)的一端通过线圈架(3)与所述的感应线圈(4)连接，其另一端与施力杆(16)连接，所述平衡弹簧片(30)与线圈架(3)连接，所述的高强永磁铁(6)对应所述的感应线圈(4)设置在壳体(7)内。
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