CN102519816A

CN102519816A - 一种薄膜高温摩擦磨损试验装置

Info

Publication number: CN102519816A
Application number: CN2011104076364A
Authority: CN
Inventors: 曾群锋; 张刚伟
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2012-06-27

Abstract

一种薄膜高温摩擦磨损试验装置，包括机壳，机壳内设置有驱动机，驱动机的主动轴上设置有动试样圆盘，动试样圆盘上方非接触设置有导磁体、感应加热线圈和红外测温仪，在动试样圆盘上方接触设置有定试样，定试样由定试样夹具固定，定试样夹具安装于U型悬臂梁上，定试样夹具上方放有加载砝码，U型悬臂梁的一端还设置有配重，在U型悬臂梁上对称的安有线性位移传感器，机壳上固定有径向进给系统，径向进给系统上方是调节旋转轴，U型悬臂梁通过连接件与调节旋转轴连接；本发明采用感应加热方式，热量直接在工件表面上产生，功率密度高，可在短时间内可获得实验所需温度，具有加热效率高，速度快、加热部分简单，控制灵活的特点。

Description

一种薄膜高温摩擦磨损试验装置

技术领域

本发明涉及摩擦磨损试验机技术领域，特别涉及一种薄膜高温摩擦磨损试验装置，以感应加热方式快速、均匀、高效地获得高温，特别在要求快速、均匀、高效加热的工况下尤其适用。

技术背景

随着汽车、航空、航天等工业的发展，材料在高温工况下的摩擦磨损性能日益重要，为了满足工程应用的研究需要，需设计出适用的高温摩擦磨损试验机来模拟材料在实际使用条件的摩擦磨损性能。操作方便、数据可靠、性能稳定是高温摩擦磨损试验机所应具备的特点。

摩擦磨损实验的目的是为了对摩擦磨损现象及其本质进行研究，正确地评价各种因素对材料摩擦磨损性能的影响，从而确定符合工程应用使用要求的摩擦副元件的最优参数。由于摩擦磨损现象十分复杂，摩擦磨损条件不同，试验方法和装置种类繁多，目前已有多种摩擦磨损试验机，如集于在线测量、表面形貌测量等多功能摩擦磨损试验机(CN 200910021407.1)、特殊功用的超薄涂层耐摩擦磨损测试仪器(CN 200910050323.0，CN 200520075885.8，CN 200620125386.X)等。在高温工况下，材料的力学性能如强度、硬度、变形等发生重大变化，同时温度和腐蚀介质等因素也会对摩擦学系统的物化性能、力学性能和磨损机理产生影响。现有的摩擦磨损试验机种类繁多，这些试验机多用于不同润滑、温度条件下对材料摩擦系数的测定。目前，有许多学者对普通摩擦磨损试验机进行了改造，如西安交通大学邢建东等在Fischer的高温氧化磨损试验机的基础上，研制了高温磨损试验机，该试验机的试验温度范围为室温～900℃；在普通摩擦磨损试验机架上设有加载机构高温炉(CN 01264970.8)，摩擦副在整个高温炉内加热；也有只涉及到塑料薄膜的高温摩擦试验机(CN 200920294488.8)，在水平试验台底部安装有加热器，加热器与温控器连接，但温度只有100℃左右；高温气氛摩擦磨损试验机可精确控制多种气氛比例(CN 200910064465.2)，其加热部分为半封闭结构的炉体，其控制最高温度为700℃。目前，通用的高温摩擦磨损试验机的加热方式通常采用电阻式加热方式，加热速度慢、加热效率低，升温所需时间长达几小时，能源消耗大；而且对高温摩擦磨损试验机其它部件如旋转主轴、滚动轴承等热影响大；同时采用运动机构整体加热的方法，由于摩擦磨损试验机的传动主轴、滚动轴承等零件选材的困难，限制了最高加热温度，因此需采用新的加热方式对动试样圆盘表面进行快速、高效加热。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种薄膜高温摩擦磨损试验装置，采用试样表面的感应加热方式，热量直接在工件内产生，功率密度高，在短时间内可获得实验所需温度，可模拟材料在高温工况下的摩擦磨损状态，测试材料在高温工况下的摩擦磨损性能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种薄膜高温摩擦磨损试验装置，包括机壳15，机壳15内设置有驱动机16，驱动机16的主动轴1上设置有动试样圆盘3，动试样圆盘3上方非接触设置有导磁体5、感应加热线圈4和红外测温仪9，在动试样圆盘3上方接触设置有定试样8，定试样8由定试样夹具6固定，定试样夹具6安装于U型悬臂梁10上，定试样夹具6上方放有加载砝码7，U型悬臂梁10的一端还设置有配重11，在U型悬臂梁10上对称的安有线性位移传感器12，机壳15上固定有径向进给系统14，调节旋转轴13固定于径向进给系统14上方，U型悬臂梁10通过连接件与调节旋转轴13连接在一起。

本发明的动试样圆盘高温由电磁感应加热的方式获得，利用感应加热装置的导磁体和导热线圈，在试样中感应出高频涡流，试样发热达到实验所需的温度，其温度范围为室温～1000℃。

本发明的主要优点为：

(1)本高温摩擦磨损试验机采用的感应加热方式，热量直接在工件内产生，功率密度高，可在短时间内可获得实验所需温度，其时间是常用加热设备的1/10甚至1/100。并且对其它部件如力传感器、传动部分的热影响小，可极大的提高测量精度。本设计加热方法加热效率高，热分布均匀、速度快、加热部分简单，控制灵活；

(2)本薄膜高温摩擦磨损试验装置体积小，结构简单，易于操作拆卸，可方便精确地控制载荷和温度，经济实惠；

(3)采用U型悬臂梁设计，对力变形灵敏，采用对称的位移传感器，消除误差；

(4)可通过调整径向进给系统而获得不同的线速度；

(5)测试范围宽，可实现对高温(室温～1000℃)下的金属及无机非金属材料及润滑剂摩擦磨损性能的考察，达到模拟表面薄膜的高温摩擦磨损性能的目的。

附图说明

图1是本发明薄膜高温摩擦磨损试验装置的示意图。

图2是本发明感应加热装置的感应加热线圈4和导磁体5对试样进行非接触式加热的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细叙述。

参见图1，一种薄膜高温摩擦磨损试验装置，包括机壳15，机壳15内设置有驱动机16，驱动机16的主动轴1上设置有动试样圆盘3，主动轴1带动动试样圆盘3旋转，动试样圆盘3上方非接触设置有导磁体5、感应加热线圈4和红外测温仪9，导磁体5和感应加热线圈4对动试样圆盘3进行非接触式加热，红外测温仪9测定动试样圆盘3表面温度，在动试样圆盘3上方接触设置有定试样8，定试样8由定试样夹具6固定，定试样8的高度通过调节定试样夹具6的高度而得到，定试样夹具6安装于U型悬臂梁10上，定试样夹具6上方放有加载砝码7，U型悬臂梁10的一端还设置有配重11，通过调节配重11而使悬臂梁10平衡，在U型悬臂梁10上对称的安有线性位移传感器12，线性位移传感器12测量摩擦系统的摩擦力，机壳15上固定有径向进给系统14，径向进给系统14上方是调节旋转轴13，U型悬臂梁10通过连接件与调节旋转轴13连接在一起，通过调节旋转轴13和径向进给系统14来调整定试样8的径向半径，即为摩擦半径，定试样8的高度通过调节定试样夹具6的高度而得到。

本发明的工作原理为：分别安装动试样圆盘3于动试样夹具中，定试样8夹在试样夹具6上，通过调节定试样夹具6与动试样的距离，来调节定试样8的高度，调节旋转轴13和径向进给系统14来调整定试样8的径向半径，把感应加热线圈4上的导磁体5放于动试样圆盘上方，调整好摩擦半径后；参照图2，对动试样圆盘进行加热，直到加到设定温度，进入保温状态，加热范围为室温～1000℃；放置砝码7对摩擦副进行加载，放下U型悬臂梁10让定试样8与动试样圆盘3接触；接通驱动机16，使之带动主动轴1作匀速转动，从而带动试样圆盘3与定试样做点面接触的相对运动。驱动机16带动主动轴1旋转，安装于U型悬臂梁10的线性位移传感器12将信号输送至数据采集卡，从而获得摩擦副所受的摩擦力。

Claims

1.一种薄膜高温摩擦磨损试验装置，其特征在于，包括机壳(15)，机壳(15)内设置有驱动机(16)，驱动机(16)的主动轴(1)上设置有动试样圆盘(3)，动试样圆盘(3)上方非接触设置有导磁体(5)、感应加热线圈(4)和红外测温仪(9)，在动试样圆盘(3)上方接触设置有定试样(8)，定试样(8)由定试样夹具(6)固定，定试样夹具(6)安装于U型悬臂梁(10)上，定试样夹具(6)上方放有加载砝码(7)，U型悬臂梁(10)的一端还设置有配重(11)，在U型悬臂梁(10)上对称的安有线性位移传感器(12)，机壳(15)上固定有径向进给系统(14)，调节旋转轴13固定于径向进给系统(14)上方，U型悬臂梁(10)通过连接件与调节旋转轴(13)连接在一起。