CN102680339A

CN102680339A - 一种滚动微动磨损试验装置

Info

Publication number: CN102680339A
Application number: CN2011104381390A
Authority: CN
Inventors: 李济顺; 乔方南; 薛玉君; 刘春阳; 隋新; 马伟
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2031-12-23
Also published as: CN102680339B

Abstract

本发明涉及一种滚动微动磨损试验装置，包括机架，所述机架上沿竖向导向装配有下试样体，所述下试样体于底部传力连接有升降加载装置，下试样体的上表面上设有下凹的圆弧面并于所述圆弧面上放置有滚动体试样；所述机架上通过立架设有水平轴并通过水平轴装配有上夹具，所述水平轴的轴线与所述圆弧面的中心线位于同一竖直平面内，所述上夹具的下部转动装配有分设于所述滚动体试样径向两侧并与滚动体试样滚压配合的两滚轮，所述两滚轮的轴线均与水平轴的轴线平行且与水平轴的轴线之间的距离相等，所述上夹具传动连接有用于驱动其绕水平轴的轴线往复摆动的驱动装置；解决了针对滚动微动磨损无法进行试验检测的问题。

Description

一种滚动微动磨损试验装置

技术领域

本发明涉及微动磨损试验装置领域，尤其是一种滚动微动磨损试验装置。

背景技术

微动磨损（Fretting Wear）即接触表面的相对位移由外界机械振动、疲劳载荷、电磁振动或热循环等交变载荷作用下引起的微动，一般其位移幅度为微米量级。这些接触表面通常名义上是静止的，即微动发生在“紧固”配合的机械部件中,微动磨损对局部的反复作用，可以造成接触表面摩擦磨损，并能萌生疲劳裂纹，降低局部疲劳强度，使机械零部件的疲劳寿命大大降低。因此，微动磨损要比一般的滑动磨损严重得多。微动损伤普遍存在于机械行业、核反应堆、航空航天器、桥梁工程、汽车、铁路、船舶、电力工业甚至人工植入器官等领域的紧配合部件中，现已成为一些关键零部件失效的主要原因之一。

目前，为了便于研究，通常对于简单化的球-平面接触方式，根据接触体间相对运动的不同，微动可分为4种基本运行模式，即：（1）切向微动(或平移式微动)；（2）径向微动；（3）转动微动；（4）扭动微动。按对摩擦副发生的相对运动来划分，主要有两种运动，即直线运动(往复切向运动和径向运动)和旋转运动(滚动一切向和转动的复合、转动和扭动)。与直线运动相比，旋转下的球-平面运动较复杂，有三种运动形式，即（1）滚动运动；（2）转动运动；（3）扭动运动。

滚动微动是滚动体在交变载荷下在滚动面上发生滚动，并产生微幅滚动的相对运动；与转动微动相比，转动微动的旋转轴在运动的时候是不存在有位移的,而滚动运动的旋转轴是存在着位移的。在滚动微动滚动为运动的零部件中，特别是在风电轴承中，滚动微动磨损带来的损害是风电轴承失效的主要形式。目前，关于微动磨损的研究都是以简化的球-平面接触形式为基础的，对于复杂接触形式的微动磨损，如滚动微动磨损则由于试验设备的限制，无法进行模拟试验检测研究。研究滚动微动试验的方法，以改进机械工程的相关设计，减少工程中出现的滚动微动磨损问题，对提高装备与机械部件的性能和寿命具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滚动微动磨损试验装置，以解决目前无法对滚动微动磨损进行试验检测的问题。

为了解决上述问题，本发明的滚动微动磨损试验装置采用以下技术方案：一种滚动微动磨损试验装置，包括机架，所述机架上沿竖向导向装配有下试样体，所述下试样体于底部传力连接有升降加载装置，下试样体的上表面上设有下凹的圆弧面并于所述圆弧面上放置有滚动体试样；所述机架上通过立架设有水平轴并通过水平轴装配有上夹具，所述水平轴的轴线与所述圆弧面的中心线位于同一竖直平面内，所述上夹具的下部转动装配有分设于所述滚动体试样径向两侧并与滚动体试样滚压配合的两滚轮，所述两滚轮的轴线均与水平轴的轴线平行且与水平轴的轴线之间的距离相等，所述上夹具传动连接有用于驱动其绕水平轴的轴线往复摆动的驱动装置。

所述机架上设有升降工作台，所述的下试样体通过所述升降工作台沿竖向导向活动装配于机架上并通过升降工作台与所述升降加载装置传动连接。

所述下试样体通过设于工作台上的下夹具固设于工作台上。

所述驱动装置具有转动输出轴，所述水平轴与所述立架转动配合，所述上夹具与水平轴止旋配合并通过水平轴与驱动装置的转动输出轴传动连接。

所述水平轴通过设于其远离上夹具的一端的曲柄摇杆机构将上夹具与驱动装置的转动输出轴传动连接。

所述升降加载装置及驱动装置均受控连接于一控制器，所述下试样体与升降加载装置之间设有荷重传感器，所述转动输出轴上设有转速传感器，所述荷重传感器及转速传感器均连接于所述控制器。

所述水平轴与机架之间设有用于检测上夹具的摆动幅度的编码器，所述编码器连接于所述控制器。

由于本发明的滚动微动磨损试验装置具有所述的下试样体、滚动体试样及上夹具，所述下试样体上设有所述圆弧面，所述上夹具摆动装配于机架上并于下部转动装配有分设于所述滚动体试样径向两侧并与滚动体试样滚压配合的两滚轮；因此，在工作时可通过所述驱动装置驱动上夹具摆动，并同时通过所述升降加载装置为为滚动体提供径向载荷，从而可通过上夹具的两滚轮带动滚动体试样在下试样的圆弧面上往复滚动，以此来模拟滚动微动磨损的工作状况，从而对滚动微动磨损进行试验检测，解决了针对滚动微动磨损无法进行试验检测的问题。

附图说明

图1是本发明的滚动微动磨损试验装置的实施例1的传动原理图；

图2是本发明的滚动微动磨损试验装置的实施例1的结构示意图；

图3是图2的左视图；

图4是图2的后视图；

图5是图2的A-A剖视图；

图6是图2中的滚轮的装配示意图；

图7是图2中的滚动体试样与下试样体的配合示意图；

图8是图7的B-B剖视图。

具体实施方式

滚动微动磨损试验装置的实施例1，如图1-8所示，具有机架1，机架1上设有可升降的工作台2，工作台2与机架1的一立架3上的导轨4导向配合，工作台2的底部设有升降加载装置，升降加载装置包括立设的千斤顶5，千斤顶5与工作台2之间从下向上依次设有传力轴6、滑座7、碟簧8及荷重传感器9，其中传力轴6支设于千斤顶5与滑座7之间，滑座7呈上端开口的筒形并沿竖向（与水平面垂直的方向）滑动导向插装在设于工作台2下部的导向通道内，滑座7的下端设有外翻沿并通过其外翻沿与工作台2的下端限位配合，碟簧8及荷重传感器9均设于工作台2的导向通道内，碟簧8可用于补偿消除装置工作时的震动；工作台2上设有保持架，保持架包括一体立设于工作台上的一基墙10及通过连接螺栓11装配于基墙10一侧的配合架12，配合架12上具有一“7”字形段，基墙10和配合架12之间设有第一定位块13和第二定位块14，其中第二定位块14呈台阶形，第一、第二定位块相对设置并形成下夹具，二者之间围成一截面呈矩形的夹持槽，所述夹持槽内设有下试样15，下试样15通过设于配合架12的立壁上的顶紧螺栓16顶紧固定于所述夹持槽内，下试样15的上表面上设有下凹的圆弧面并于所述圆弧面上放置有圆柱形的滚动体试样17，滚动体试样17的轴线与下试样15的圆弧面的中心线平行，基墙10和配合架12的“7”字形段的水平段分别位于滚动体试样17的轴向两端并与滚动体试样17沿轴向限位配合，保证滚动体试样17不会沿轴向攒动；立架3上转动装配有水平轴18，水平轴18的轴线与下试样15的圆弧面的中心线在竖直平面内共面，水平轴18的一端止旋装配有上夹具，上夹具包括夹具体19及转动装配于夹具体19下部的两滚轮20，具体地说，即夹具体的下部具有平行间隔设置的两耳板，滚轮包括中间的圆柱形的轮体及沿轮体的轴向向轮体的两侧悬伸的支撑臂，两滚轮20的支撑臂均通过轴承转动装配于对应的耳板上，该两滚轮20分设于滚动体试样的径向两侧（即滚动体试样被夹设于两滚轮之间）并与滚动体试样的外周面滚压配合，两滚轮20的转动轴线均与水平轴18的轴线平行且二者到水平轴18的轴线的距离相等，另外，初始状态下，两滚轮20的转动轴线到滚动体试样17的轴线的距离相等；水平轴18通过两圆锥滚子轴承21与立架3转动配合，圆锥滚子轴承21可起到支撑和固定水平轴18的作用，上夹具通过水平轴18传动连接有驱动其绕水平轴的轴线往复摆动的驱动装置，驱动装置采用电机22，具体地说，即水平轴18远离上夹具的一端通过曲柄摇杆机构与电机22传动连接，曲柄摇杆机构包括固定装配于电机的转动输出轴上的转盘23，转盘23上设有沿径向延伸的导向滑道并通过导向滑道导向装配有偏心块24，偏心块24通过螺钉顶紧固定于转盘23上，通过调节偏心块24在转盘上的位置可以调节偏心块的偏心距，转盘23和偏心块24构成曲柄滑块机构的曲柄，偏心块24通过一连杆25与止旋装配于水平轴上的摆臂26传动连接，转盘、偏心块、连杆进构成曲柄摇杆机构，电机的转动输出轴上设有转速传感器，水平轴与立架的配合处设有编码器，编码器用于监测上夹具的摆动幅度；另外，电机、千斤顶均受控连接于一控制器，通过该控制器可控制电机的转速和千斤顶施力的大小，荷重传感器、转速传感器和编码器均连接于所述控制器。

进行试验时，首先将所述下试样体通过下夹具固定装配于升降工作台上，将所述滚动体试样放置于下试样体的圆弧面上并保证圆弧面的中心线、滚动体试样的轴线及水平轴的轴线均位于同一竖直平面内，然后启动驱动装置（电机）及升降加载装置（千斤顶），则可通过所述曲柄摇杆机构及上夹具上的两滚轮带动滚动体试样在下试样体上往复转动，并同时通过所述升降加载装置为滚动体试样及下试样提供径向加载，从而模拟滚动微动的工作状况，其中升降加载装置提供的加载从下到上依次经过所述传力轴、碟簧及荷重传感器及工作台最终到达所述下试样，其中碟簧可防止滚动体试样在相对下试样体运动时的卡死，所述的荷重传感器可将升降加载装置提供的载荷大小传递至控制器，所述转速传感器可将驱动装置的转动输出轴的转速传递至控制器，所述编码器可将上夹具的摆动角度传递至控制器，通过控制器控制驱动装置的转速及升降加载装置施加的载荷则可改变试验参数进行多组试验研究。

在滚动微动磨损试验装置的其它实施例中，所述的控制器、荷重传感器、转速传感器及编码器均可省略，此种情况下可通过预设所述升降加载装置的加载载荷、驱动装置的转速及上夹具的摆动幅度来进行试验；还可将所述连杆的远离曲柄的一端与上夹具的上端连接，使上夹具作为摇杆来工作，此种情况下，还可将所述水平轴固定装配于所述立架上，使夹具体与水平轴转动配合。

Claims

1.一种滚动微动磨损试验装置，其特征在于，包括机架，所述机架上沿竖向导向装配有下试样体，所述下试样体于底部传力连接有升降加载装置，下试样体的上表面上设有下凹的圆弧面并于所述圆弧面上放置有滚动体试样；所述机架上通过立架设有水平轴并通过水平轴装配有上夹具，所述水平轴的轴线与所述圆弧面的中心线位于同一竖直平面内，所述上夹具的下部转动装配有分设于所述滚动体试样径向两侧并与滚动体试样滚压配合的两滚轮，所述两滚轮的轴线均与水平轴的轴线平行且与水平轴的轴线之间的距离相等，所述上夹具传动连接有用于驱动其绕水平轴的轴线往复摆动的驱动装置。

2.根据权利要求1所述的滚动微动磨损试验装置，其特征在于，所述机架上设有升降工作台，所述的下试样体通过所述升降工作台沿竖向导向活动装配于机架上并通过升降工作台与所述升降加载装置传动连接。

3.根据权利要求2所述的滚动微动磨损试验装置，其特征在于，所述下试样体通过设于工作台上的下夹具固设于工作台上。

4.根据权利要求1所述的滚动微动磨损试验装置，其特征在于，所述驱动装置具有转动输出轴，所述水平轴与所述立架转动配合，所述上夹具与水平轴止旋配合并通过水平轴与驱动装置的转动输出轴传动连接。

5.根据权利要求4所述的滚动微动磨损试验装置，其特征在于，所述水平轴通过设于其远离上夹具的一端的曲柄摇杆机构将上夹具与驱动装置的转动输出轴传动连接。

6.根据权利要求4所述的滚动微动磨损试验装置，其特征在于，所述升降加载装置及驱动装置均受控连接于一控制器，所述下试样体与升降加载装置之间设有荷重传感器，所述转动输出轴上设有转速传感器，所述荷重传感器及转速传感器均连接于所述控制器。

7.根据权利要求6所述的滚动微动磨损试验装置，其特征在于，所述水平轴与机架之间设有用于检测上夹具的摆动幅度的编码器，所述编码器连接于所述控制器。