CN103913392B - 用于材料磨损分析的多功能磨损试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于材料磨损分析的多功能磨损试验装置，包括机架、可调速动力系统、主轴定位机构，所述可调速动力系统包括电机和变频器，所述可调速动力系统共有Q组，固定在所述机架上，Q为自然数，Q≥1；所述主轴定位机构共有Q组且与所述可调速动力系统一一对应，所述主轴定位机构包括定位机构与主轴，所述主轴下端通过联轴器与所述电机连接；所述多功能磨损试验机还包括R组往复式磨损模块，S组销盘式磨损模块，T组环块式磨损模块，R，S，T均为整数，R≥0，S≥0，T≥0，且R+S+T=Q。本发明使用各个模块可通过手动进行拆装，大大减小了机器的体积，模块之间的接口连接方便，在加工和使用时只需对所需的模块进行加工，大大减小了成本。
Description
技术领域
本发明设计摩擦磨损试验机领域，尤其是一种用于磨损的模块化的多功能磨损试验机。
技术背景
两相互接触的物体，在外力的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成为摩擦力，这种阻抗现象称为摩擦。摩擦效应往往还伴随着表面材料的逐渐消失，这就是磨损，磨损是材料的三种主要失效形式之一，它造成的损失十分巨大。
按运动副的运动形式可分为滑动摩擦和滚动摩擦，在实验室中，研究滑动摩擦的形式主要有销盘式、环块式、往复式等。目前的多功能磨损试验机将各个模块集成在一起，并加入电控测量等模块，体积大，成本高，在购买时无法对功能进行选择，如进行多组并行试验，则需要购买整套机器，大大增加了试验所需成本和对场地需求；倘若采用单一功能试验机，虽然单件成本较低，但当试验要求发生变化，需要变更磨损方式时，同样需要重新购买整机，同样增加了成本；迄今为止，还没有一种模块化的可自由手动拆卸的可同时根据需求并行多组试验的多功能磨损试验机。
发明内容
为了在增加试验机功能的基础上尽量减小试验机体积，同时降低机器成本，本发明提出一种模块化的方式对试验机进行设计，各个模块可通过手动进行拆装，大大减小了机器的体积，各个模块之间的接口连接方便，在加工和使用时只需对所需的模块进行加工，大大减小了成本，在需要新功能时只需要加工相应的模块即可。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于材料磨损分析的多功能磨损试验装置，包括机架、可调速动力系统、主轴定位机构，所述可调速动力系统包括电机和变频器，所述可调速动力系统共有Q组，固定在所述机架上，Q为自然数，Q≥1；所述主轴定位机构共有Q组且与所述可调速动力系统一一对应，所述主轴定位机构包括定位机构与主轴，所述主轴下端通过联轴器与所述电机连接；所述多功能磨损试验机还包括R组往复式磨损模块，S组销盘式磨损模块，T组环块式磨损模块，R，S，T均为整数，R≥0，S≥0，T≥0，且R+S+T=Q，所述往复式磨损模块、销盘式磨损模块，环块式磨损模块安装在机架上，均可以独立拆装。
所述往复式磨损模块安装在机架上，包括凸轮、行程放大机构、摩擦块、摩擦平台、摩擦平台支撑装置和试样夹持装置A，所述凸轮安装在所述主轴上端且由所述主轴驱动，所述行程放大机构由凸轮驱动，所述摩擦平台安装在摩擦平台支撑装置上并由行程放大装置驱动，所述摩擦平台上端固定有摩擦块。
所述销盘式磨损模块固定在机架上，包括摩擦盘B、试样夹持装置B和加载装置B，所述摩擦盘B与所述主轴上端连接，所述试样夹持装置B固定在所述加载装置B上，所述加载装置B，包括压杆和支座，所述压杆通过铰链安装在所述支座上，所述支座固定在所述机架上；所述销盘式磨损模块的摩擦盘B材料可根据试验类型的不同更换。
所述环块式磨损模块包括摩擦盘C、试样夹持装置C、加载装置C和加载换向机构，所述摩擦盘C与所述主轴上端连接，所述试样夹持装置C固定在所述加载装置C上，所述加载装置C固定在所述机架上，所述加载换向机构包括滑轮座和滑轮，所述滑轮安装在所述滑轮座上，所述滑轮座固定在所述机架上，所述环块式磨损模块中的摩擦盘C材料可根据试验类型的不同更换。
所述行程放大机构固定在机架上，包括联动轴、滑块、第一导杆、第一导杆支撑座，凸轮滚子夹持装置、滚子和M组齿轮齿条机构，M为自然数，M≥2，所述联动轴固定在所述滑块上，所述滑块可滑动的安装在所述第一导杆上，所述第一导杆两端固定在所述第一导杆支撑座上，所述第一导杆支撑座固定在所述机架上，所述凸轮滚子夹持装置固定在所述滑块上，所述滚子安装在所述凸轮滚子夹持装置上，所述M组齿轮齿条机构沿着所述联动轴方向均匀排列，每组所述齿轮齿条机构包括齿轮，上齿条，下齿条，所述齿轮安装在所述联动轴上且可相对所述联动轴转动，所述上齿条固定在所述摩擦平台下端，所述下齿条固定在所述机架上，所述上齿条，所述下齿条分别与所述齿轮在上下两端啮合。
所述往复式磨损模块中的摩擦平台支撑装置共有N组且沿所述联动轴方向均匀布置，N为自然数，N≥2，每组摩擦平台支撑装置包括第二导杆，第二导杆支撑座，直线滑动轴承，所述第二导杆两端固定在所述第二导杆支撑座上，所述第二导杆支撑座固定在所述机架上，所述直线滑动轴承可滑动的安装在所述第二导杆上，所述摩擦平台固定在所述滑动轴承上。
所述往复式磨损模块中的试样夹持装置A包括P组固定架及P组试样夹持单元，P为自然数，P≥1，所述固定架固定在所述机架上，所述试样夹持单元固定在所述固定架上，且所述试样加持单元结构可以相同，也可以不同；所述摩擦块形状可以为一整块，也可以是与P组所述试样夹持装置A夹持试样相适应的P组形状相同或不同的摩擦块组成；试样夹持装置A中的固定架为绝缘材料，以在载流试验中起绝缘作用。
所述往复式磨损模块中的凸轮为等径凸轮，在所述凸轮上还开有用于与所述主轴相连接的键槽孔，优选的，由凸轮旋转所产生的从动件运动为匀加速-匀速-匀减速。
所述环块式磨损模块中的加载换向机构通过滑轮将竖直方向的重物重力转化为水平方向的加载力。
所述销盘式磨损模块中的试样夹持装置B为仿刀口结构，包括：滑动块、中部块、第一滚轴、第二滚轴和夹持块，所述滑动块开有与所述压杆相配合可使其在所述压杆上来回滑动的孔，所述滑动块下端开有半圆槽，所述中部块上下两端均开有半圆槽且半圆槽轴线互成90°，所述夹持块上端开有半圆槽，所述第一滚轴安装在所述滑动块下端的半圆槽和所述中部块上端半圆槽构成的第一剖分圆孔中，所述第二滚轴安装在所述中部块下端半圆槽和所述夹持块上端半圆槽构成的第二剖分圆孔中，所述第一滚轴的直径略小于第一剖分圆孔的直径，所述第二滚轴的直径略小于第二剖分圆孔的直径。
本发明的有益效果体现在：使用模块化的方式对试验机进行设计，各个模块可通过手动进行拆装，大大减小了机器的体积，各个模块之间的接口连接方便，在加工和使用时只需对所需的模块进行加工，大大减小了成本，在需要新功能时只需要加工相应的模块即可。本发明针对磨损试验的多样性，通过更换不同模块来模拟不同形式的磨损试验，载荷可变、速度可调，可以同时针对相同或者不同的试样进行不同形式的磨损试验或者相同形式的对照试验。
附图说明
图1是用于材料磨损分析的多功能磨损试验装置使用往复式磨损模块时整体结构示意图；
图2是用于材料磨损分析的多功能磨损试验装置使用销盘式磨损模块时整体结构示意图；
图3是用于材料磨损分析的多功能磨损试验装置使用环块式磨损模块时整体结构示意图；
图4是用于材料磨损分析的多功能磨损试验装置主轴定位机构结构示意图；
图5是往复式磨损模块结构示意图；
图6是销盘式磨损模块结构示意图；
图7是环块式磨损模块结构示意图；
图8是用于材料磨损分析的多功能磨损试验装置整体结构示意图；
图中，机架1、可调速动力系统2、主轴定位机构3、主轴3-1、定位机构3-2、定位轴套3-2-1、第一轴承3-2-1、第二轴承3-2-3、锁紧螺帽3-2-4、往复式磨损模块4，凸轮4-1、行程放大机构4-2、4-2-1、滑块4-2-2、滚子4-2-3、凸轮滚子夹持装置4-2-4、第一导杆4-2-5、齿轮4-2-6、上、下齿条4-2-7、第一导杆支撑座4-2-8，
摩擦平台支撑装置4-3、第二导杆4-3-1、直线滑动轴承4-3-2、第二导杆支撑座4-3-3，
试样夹持装置A4-4、固定架4-4-1、夹持装置4-4-2，
摩擦平台4-5，摩擦块4-6，
销盘式磨损模块5，摩擦盘B5-1、试样夹持装置B5-2、滑动块5-2-1、中部块5-2-3、第一滚轴5-2-2、第二滚轴5-2-4、夹持块5-2-5，
加载装置B5-3，压杆5-3-1、支座5-3-2，
环块式磨损模块6、摩擦盘C6-1、试样夹持装置C6-2、加载装置C6-3和加载换向机构6-4。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
参照图1-图7，一种用于材料磨损分析的多功能磨损试验装置，包括机架1、可调速动力系统2、主轴定位机构3，所述可调速动力系统2固定在所述机架1上，包括电机和变频器；所述主轴定位机构3与所述可调速动力系统2连接，包括定位机构3-2与主轴3-1，所述主轴3-1下端通过联轴器与所述电机连接；所述多功能磨损试验装置还包括往复式磨损模块4，销盘式磨损模块5，环块式磨损模块6；所述往复式磨损模块4安装在机架1上，包括凸轮4-1、行程放大机构4-2、摩擦块4-6、摩擦平台4-5、摩擦平台支撑装置4-3和试样夹持装置A4-4，所述凸轮4-1安装在所述主轴3-1上端且由所述主轴3-1驱动，所述行程放大机构4-2由凸轮4-1驱动，所述摩擦平台4-5安装在摩擦平台支撑装置4-3上并由行程放大装置4-2驱动，所述摩擦平台4-5上端固定有摩擦块4-6；所述销盘式磨损模块5固定在机架1上，包括摩擦盘B5-1、试样夹持装置B5-2和加载装置B5-3，所述摩擦盘B5-1与所述主轴3-1上端连接，所述试样夹持装置B5-2固定在所述加载装置B5-3上，所述加载装置B5-3，包括压杆5-3-1和支座5-3-2，所述压杆5-3-1通过铰链安装在所述支座5-3-2上，所述支座5-3-2固定在所述机架1上，；所述环块式磨损模块6包括摩擦盘C6-1、试样夹持装置C6-2、加载装置C6-3和加载换向机构6-4，所述摩擦盘C6-1与所述主轴3-1上端连接，所述试样夹持装置C6-2固定在所述加载装置C6-3上，所述加载装置C6-3固定在所述机架1上，所述加载换向机构6-4包括滑轮座6-4-1和滑轮6-4-2，所述滑轮6-4-2安装在所述滑轮座6-4-1上，所述滑轮座6-4-1固定在所述机架1上。
所述往复式磨损模块4中的所述行程放大机构4-2固定在机架1上，包括联动轴4-2-1、滑块4-2-2、第一导杆4-2-5、第一导杆支撑座4-2-8、凸轮滚子夹持装置4-2-4、滚子4-2-3和齿轮齿条机构，所述联动轴4-2-1固定在所述滑块4-2-2上，所述滑块4-2-2可滑动的安装在所述第一导杆4-2-5上，所述第一导杆4-2-5两端固定在所述第一导杆支撑座4-2-8上，所述第一导杆支撑座4-2-8固定在所述机架1上，所述凸轮滚子夹持装置4-2-4固定在所述滑块4-2-2上，所述滚子4-2-3安装在所述凸轮滚子夹持装置4-2-4上，所述齿轮齿条机构沿着所述联动轴4-2-1方向均匀排列，每组所述齿轮齿条机构包括齿轮4-2-6，上、下齿条4-2-7，所述齿轮4-2-6安装在所述联动轴4-2-1上且可相对所述联动轴4-2-1转动，所述上齿条4-2-7固定在所述摩擦平台4-5下端，所述下齿条4-2-7固定在所述机架1上，所述上齿条4-2-7，所述下齿条4-2-7分别与所述齿轮4-2-6在上下两端啮合。
所述往复式磨损模块4中的摩擦平台支撑装置4-3沿所述联动轴4-2-1方向均匀布置，每组所述摩擦平台支撑装置4-3包括第二导杆4-3-1，第二导杆支撑座4-3-3，直线滑动轴承4-3-2，所述第二导杆4-3-1两端固定在所述第二导杆支撑座4-3-3上，所述第二导杆支撑座4-3-3固定在所述机架1上，所述直线滑动轴承4-3-2可滑动的安装在所述第二导杆4-3-1上，所述摩擦平台4-5固定在所述滑动轴承4-3-2上。
所述往复式磨损模块4中的试样夹持装置A4-4包括固定架4-4-1及试样夹持单元4-4-2，所述固定架4-4-1固定在所述机架1上，所述试样夹持单元4-4-2固定在所述固定架4-4-1上，且所述试样加持单元4-4-2结构可以相同，也可以不同。
所述摩擦块形状可以为一整块，也可以是与所述试样装置A夹持试样相适应的形状相同或不同的摩擦块组成。
所述往复式磨损模块4中的试样夹持装置4-4包括4组固定架4-4-1及夹持装置4-4-2，固定架4-4-1固定在机架1上，夹持装置4-4-2安装在固定架上4-4-1。
所述夹持装置4-4-2可根据具体的试验要求进行相应的设计与制作，优选的夹持装置为含有柔性机构的弹簧加载夹持装置。
所述往复式磨损模块4中的凸轮4-1为等径凸轮，在所述凸轮4-1上还开有用于与所述主轴3-1相连接的键槽孔，优选的，由凸轮4-1旋转所产生的从动件运动为匀加速-匀速-匀减速。
-1上开有用以减小转矩的连接孔，以防止凸轮损坏。
所述主轴定位机构3中的定位机构3-2包括定位轴套3-2-1、第一轴承3-2-1、第二轴承3-2-3和锁紧螺帽3-2-4，所述定位轴套3-2-1通过螺栓固定在所述机架1上，所述主轴3-1穿过所述定位轴套3-2-1，所述第一轴承3-2-2，所述第二轴承3-2-3安装在所述主轴上下两端，所述锁紧螺帽3-2-4与所述主轴3-1螺旋配合。
所述主轴定位机构3可通过调节锁紧螺帽3-2-4的松紧来调整主轴3-1的转动阻力及旋转的稳定性。
所述往复式磨损模块4中的试样夹持装置A4-4中的固定架4-4-1为绝缘材料，以在载流试验中起绝缘作用。
所述往复式磨损模块4中行程放大机构4-2的滚子夹持装置4-2-4中，滚子架之间靠板状连杆连接。
所述环块式磨损模块6中的加载换向机构6-4通过滑轮6-4-2将竖直方向的重物重力转化为水平方向的加载力。
所述销盘式磨损模块5和中的摩擦盘B5-1和所述环块式磨损模块6中的摩擦盘C6-1材料可根据试验类型的不同更换。
所述销盘式磨损模块的摩擦盘B5-1和所述环块式磨损模块中的摩擦盘C6-1中部开有用于与所述主轴3-1相连接的键槽孔。
所述销盘式磨损模块的摩擦盘B5-1和所述环块式磨损模块中的摩擦盘C6-1上开有用以减小转矩的连接孔，以防止摩擦盘损坏。
所述销盘式磨损模块5中的试样夹持装置B5-2为仿刀口结构，包括：滑动块5-2-1、中部块5-2-3、第一滚轴5-2-2、第二滚轴5-2-4和夹持块5-2-5，所述滑动块5-2-1开有与所述压杆5-3-1相配合可使其在所述压杆5-3-1上来回滑动的孔，所述滑动块5-2-1下端开有半圆槽，所述中部块5-2-3上下两端均开有半圆槽且半圆槽轴线互成90°，所述夹持块5-2-5上端开有半圆槽，所述第一滚轴5-2-2安装在所述滑动块5-2-1下端的半圆槽和所述中部块5-2-3上端半圆槽构成的第一剖分圆孔中，所述第二滚轴5-2-4安装在所述中部块5-2-3下端半圆槽和所述夹持块5-2-5上端半圆槽构成的第二剖分圆孔中，所述第一滚轴5-2-2的直径略小于第一剖分圆孔的直径，所述第二滚轴5-2-4的直径略小于第二剖分圆孔的直径。
本实施例中，用于材料磨损分析的多功能磨损试验装置的工作原理如下：通过变频器设定好电机转速，根据试验中所需的加载力在加载装置中设置适当的值，再根据试验材料的不同选择合适的摩擦盘或摩擦块并选择相应的润滑剂；试验样机运转时，当使用往复式磨损模块时，在电机的驱动下，凸轮做匀速转动，带动上方摩擦平台与试样间产生相对往复匀速运动；当使用销盘式磨损模块时，在电机的驱动下，摩擦盘做匀速转动，试样与摩擦盘上表面产生匀速的相对滑动；当使用环块式磨损模块时，在电机的驱动下，摩擦盘做匀速转动，试样与摩擦盘测表面产生匀速相对滑动；与传统多功能试验机相比，本实施实例中，对照试验的组数可根据试验要求自由调整，只需手动装拆相应的模块即可，在较小空间内即可进行大批量的试验，同时进行试验可保证各对照组所处的环境因素完全一致，可去除试验中因环境因素而造成的干扰，若改用传统试验机进行试验，则每增加一组对照组，需要再购买一台机器，成本高，进行大批量试验所需的空间也过大。
Claims (6)
1.一种用于材料磨损分析的多功能磨损试验装置，其特征在于：包括机架、可调速动力系统、主轴定位机构，所述可调速动力系统包括电机和变频器，所述可调速动力系统共有Q组，固定在所述机架上，Q为自然数，Q≥1；所述主轴定位机构共有Q组且与所述可调速动力系统一一对应，所述主轴定位机构包括定位机构与主轴，所述主轴下端通过联轴器与所述电机连接；所述多功能磨损试验机还包括R组往复式磨损模块，S组销盘式磨损模块，T组环块式磨损模块，R，S，T均为整数，R≥0，S≥0，T≥0，且R+S+T=Q，所述往复式磨损模块、销盘式磨损模块，环块式磨损模块安装在机架上，均可以独立拆装；
所述往复式磨损模块安装在机架上，包括凸轮、行程放大机构、摩擦块、摩擦平台、摩擦平台支撑装置和试样夹持装置A，所述凸轮安装在所述主轴上端且由所述主轴驱动，所述行程放大机构由凸轮驱动，所述摩擦平台安装在摩擦平台支撑装置上并由行程放大装置驱动，所述摩擦平台上端固定有摩擦块；
所述销盘式磨损模块固定在机架上，包括摩擦盘B、试样夹持装置B和加载装置B，所述摩擦盘B与所述主轴上端连接，所述试样夹持装置B固定在所述加载装置B上，所述加载装置B，包括压杆和支座，所述压杆通过铰链安装在所述支座上，所述支座固定在所述机架上；所述销盘式磨损模块的摩擦盘B材料可根据试验类型的不同更换；
所述环块式磨损模块包括摩擦盘C、试样夹持装置C、加载装置C和加载换向机构，所述摩擦盘C与所述主轴上端连接，所述试样夹持装置C固定在所述加载装置C上，所述加载装置C固定在所述机架上，所述加载换向机构包括滑轮座和滑轮，所述滑轮安装在所述滑轮座上，所述滑轮座固定在所述机架上，所述环块式磨损模块中的摩擦盘C材料可根据试验类型的不同更换；
所述行程放大机构固定在机架上，包括联动轴、滑块、第一导杆、第一导杆支撑座，凸轮滚子夹持装置、滚子和M组齿轮齿条机构，M为自然数，M≥2，所述联动轴固定在所述滑块上，所述滑块可滑动的安装在所述第一导杆上，所述第一导杆两端固定在所述第一导杆支撑座上，所述第一导杆支撑座固定在所述机架上，所述凸轮滚子夹持装置固定在所述滑块上，所述滚子安装在所述凸轮滚子夹持装置上，所述M组齿轮齿条机构沿着所述联动轴方向均匀排列，每组所述齿轮齿条机构包括齿轮，上齿条，下齿条，所述齿轮安装在所述联动轴上且可相对所述联动轴转动，所述上齿条固定在所述摩擦平台下端，所述下齿条固定在所述机架上，所述上齿条，所述下齿条分别与所述齿轮在上下两端啮合。
2.如权利要求1所述的用于材料磨损分析的多功能磨损试验装置，其特征在于：所述往复式磨损模块中的摩擦平台支撑装置共有N组且沿所述联动轴方向均匀布置，N为自然数，N≥2，每组摩擦平台支撑装置包括第二导杆，第二导杆支撑座，直线滑动轴承，所述第二导杆两端固定在所述第二导杆支撑座上，所述第二导杆支撑座固定在所述机架上，所述直线滑动轴承可滑动的安装在所述第二导杆上，所述摩擦平台固定在所述滑动轴承上。
3.如权利要求1所述的用于材料磨损分析的多功能磨损试验装置，其特征在于：所述往复式磨损模块中的试样夹持装置A包括P组固定架及P组试样夹持单元，P为自然数，P≥1，所述固定架固定在所述机架上，所述试样夹持单元固定在所述固定架上，且所述试样加持单元结构可以相同，也可以不同；所述摩擦块形状可以为一整块，也可以是与P组所述试样夹持装置A夹持试样相适应的P组形状相同或不同的摩擦块组成；试样夹持装置A中的固定架为绝缘材料，以在载流试验中起绝缘作用。
4.如权利要求1所述的用于材料磨损分析的多功能磨损试验装置，其特征在于：所述往复式磨损模块中的凸轮为等径凸轮，在所述凸轮上还开有用于与所述主轴相连接的键槽孔，优选的，由凸轮旋转所产生的从动件运动为匀加速-匀速-匀减速。
5.如权利要求1所述的用于材料磨损分析的多功能磨损试验装置，其特征在于：所述环块式磨损模块中的加载换向机构通过滑轮将竖直方向的重物重力转化为水平方向的加载力。
6.如权利要求1所述的用于材料磨损分析的多功能磨损试验装置，其特征在于：所述销盘式磨损模块中的试样夹持装置B为仿刀口结构，包括：滑动块、中部块、第一滚轴、第二滚轴和夹持块，所述滑动块开有与所述压杆相配合可使其在所述压杆上来回滑动的孔，所述滑动块下端开有半圆槽，所述中部块上下两端均开有半圆槽且半圆槽轴线互成90°，所述夹持块上端开有半圆槽，所述第一滚轴安装在所述滑动块下端的半圆槽和所述中部块上端半圆槽构成的第一剖分圆孔中，所述第二滚轴安装在所述中部块下端半圆槽和所述夹持块上端半圆槽构成的第二剖分圆孔中，所述第一滚轴的直径略小于第一剖分圆孔的直径，所述第二滚轴的直径略小于第二剖分圆孔的直径。
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