CN105352834A - 材料摩擦磨损性能测试装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及材料摩擦磨损性能测试装置及测试方法，其特征在于：包括工作台、测力装置、可加热夹具、万向节、机床主轴、连接块、圆筒、弹簧及滑块；工作台上设置测力装置，在测力装置上方设置可加热夹具，机床主轴下方设置连接块，连接块与圆筒连接，弹簧位于圆筒内部，弹簧一端与连接块固定连接，弹簧另一端与滑块固定连接，滑块进入圆筒内部，滑块下端连接万向节。采用机床数控系统控制两种材料之间的运动轨迹，实现了对复杂运动轨迹时两种材料之间的摩擦磨损性能测试；采用可加热夹具实现了材料的接触区域温度的控制，并利用测力装置实现了摩擦力的检测。

Description

材料摩擦磨损性能测试装置及测试方法
技术领域
本发明属于材料性能测试技术领域，具体讲是涉及材料摩擦磨损性能测试装置及测试方法。
背景技术
材料的摩擦磨损性能是衡量材料使用性能的重要指标之一，两种材料之间的摩擦系数及磨损性能对其组成的摩擦副的可靠性具有重要影响。材料之间的摩擦磨损性能对密封、机械加工等多个领域具有重要的研究意义。现有的摩擦磨损测试装置中，根据摩擦副可分为球盘摩擦磨损试验机，销盘摩擦磨损试验机，盘盘摩擦磨损试验机，环块摩擦磨损试验机，四球摩擦磨损试验机，缸套活塞环摩擦磨损试验机，高频摩擦磨损试验机，高温摩擦磨损试验机，真空摩擦磨损试验机。现有的摩擦磨损试验装置进行摩擦磨损性能测试时，摩擦形式以线摩擦和面摩擦为主。摩擦磨损试验中应尽量采用面摩擦的方式，从而保证测量结果的准确性和可靠性。同时，现有检测方法中两种材料之间的相对运动轨迹主要为圆形。
对两种材料的形状、尺寸等几何结构要求较低的为销盘摩擦磨损试验方法，但由于两种材料接触位置无法进行调整，因此销盘摩擦磨损试验方法为线摩擦。另外，现有测试方法中两种材料的摩擦运动通常为圆周运动，无法实现对摩擦轨迹的有效调整，因此无法满足在指定运动轨迹等特殊条件下两种材料摩擦磨损性能的测试。同时，许多新型材料难以满足诸多几何结构要求，如人造或天然单晶金刚石的尺寸通常较小，测量单晶金刚石与其他材料之间的面摩擦磨损性能时，现有的测量装置及方法难以使用。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前面摩擦磨损性能测试过程中面摩擦难以实现、摩擦运动轨迹难以有效控制、测试过程中的温度及作用力无法实时调整的问题，导致在一定条件下如直线或曲线轨迹摩擦、温度时时变化、作用力时时变化及面接触时的摩擦磨损性能测试无法实现。
本发明提供了材料摩擦磨损性能测试装置，包括工作台、测力装置、可加热夹具、万向节及机床主轴；工作台上设置测力装置，在测力装置上方设置可加热夹具，机床主轴与万向节连接。机床主轴下方设置连接块，连接块与圆筒连接，弹簧位于圆筒内部，弹簧一端与连接块固定连接，弹簧另一端与滑块固定连接，滑块进入圆筒内部，滑块下端连接所述万向节。机床主轴为数控机床主轴。
材料摩擦磨损性能测试装置，其测试方法为：
（1）、将测力装置设置在工作台上，在测力装置上方设置可加热夹具，将材料II放置在可加热夹具内，利用机床主轴对材料II的摩擦区域进行加工，实现材料II表面的平坦化；
（2）、将材料I与万向节固定连接，万向节与机床主轴连接；
（3）、利用机床控制主轴的上下运动，实现材料I在材料II表面的接触，通过测力装置实时测量材料I与材料II之间的作用力；通过调整机床主轴或工作台的位置，结合测力装置对材料I与材料II之间作用力的实时检测，实现两种材料作用力的实时调整和控制；
（4）、利用可加热夹具对材料II进行加热，并采用测温装置对夹具中的温度进行检测，从而实现两种材料之间温度的实时调整和控制；
（5）、利用万向节实现材料I与材料II之间的面接触；
（6）、利用机床控制主轴的运动轨迹，实现材料I在材料II表面的相对运动，且相对运动轨迹为直线、往复、圆周或曲线；通过测力装置测量材料I与材料II之间的法向力及切向力，采用传统摩擦系数计算方法对摩擦系数进行计算。
上述技术方案中，步骤（6）中，摩擦系数计算方法为：摩擦系数f=切向力Ft/法向力Fn；步骤（2）中，材料I与万向节固定连接为夹持连接或胶粘接。
本发明的有益效果是：采用万向节保证了两种材料之间的面接触，从而实现了采用面摩擦的方式对摩擦磨损性能进行检测，使检测结果更准确可靠；采用机床数控系统控制两种材料之间的运动轨迹，实现了对复杂运动轨迹时两种材料之间的摩擦磨损性能测试；采用可加热夹具实现了材料的接触区域温度的控制，并利用测力装置实现了摩擦力的检测，从而可以对作用力及温度均动态变化时两种材料之间的摩擦磨损性能进行测试。
附图说明
图1是材料摩擦磨损性能测试装置的结构示意图；
图2是材料I与材料II接触俯视图；
图中：1、工作台，2、测力装置，3、可加热夹具，4、材料I，5、万向节，6、数控机床主轴，7、连接块，8、圆筒，9、弹簧，10、滑块，11、材料II。
具体实施方式
本发明提供了材料摩擦磨损性能测试装置，其特征在于：包括工作台1、测力装置2、可加热夹具3、万向节5及数控机床主轴6；工作台1上设置测力装置2，在测力装置2上方设置可加热夹具3，数控机床主轴6与万向节5连接。数控机床主轴6下方设置连接块7，连接块7与圆筒8连接，弹簧9位于圆筒8内部，弹簧9一端与连接块7固定连接，弹簧9另一端与滑块10固定连接，滑块10进入圆筒8内部，滑块10下端连接所述万向节5。
材料I4为单晶金刚石片，尺寸为5mm×5mm×2mm；材料II11为碳纤维复合材料板，尺寸为100mm×80mm×5mm；测力装置2为Kistler9257B六分量力/力矩测量系统；数控机床主轴6为数控加工中心VMC850B的主轴；工作台1为数控加工中心VMC850B的工作台。
材料摩擦磨损性能测试装置，其测试方法为：
（1）、将测力装置设置在工作台上，在测力装置上方设置可加热夹具，将材料II放置在可加热夹具内，利用机床主轴对材料II的摩擦区域进行加工，实现材料II表面的平坦化，使摩擦区域的表面粗糙度小于Ra5μm，表面的高低误差小于10μm；
（2）、将材料I与万向节胶粘结连接，万向节与机床主轴连接；
（3）、利用机床主轴的上下运动，实现材料I在材料II表面的接触，通过测力装置实时测量材料I与材料II之间的作用力；通过调整机床主轴或工作台的位置，结合测力装置对材料I与材料II之间作用力的实时检测，实现两种材料作用力的实时调整和控制；
（4）、利用可加热夹具对材料II进行加热，并采用测温装置对夹具中的温度进行检测，从而实现两种材料之间温度的实时调整和控制；
（5）、利用万向节实现材料I与材料II之间的面接触；
（6）、利用数控机床控制主轴的运动轨迹，实现材料I在材料II表面的相对运动，且相对运动轨迹为直线、往复、圆周或曲线；通过测力装置测量材料I与材料II之间的法向力及切向力，采用传统摩擦系数计算方法对摩擦系数进行计算，摩擦系数f=切向力Ft/法向力Fn。

Claims (6)

1.材料摩擦磨损性能测试装置，其特征在于：包括工作台、测力装置、可加热夹具、万向节及机床主轴；工作台上设置测力装置，在测力装置上设置可加热夹具，机床主轴与万向节连接。
2.根据权利要求1所述的材料摩擦磨损性能测试装置，其特征在于：机床主轴下方设置连接块，连接块与圆筒连接，弹簧位于圆筒内部，弹簧一端与连接块固定连接，弹簧另一端与滑块固定连接，滑块进入圆筒内部，滑块下端连接所述万向节。
3.根据权利要求1所述的材料摩擦磨损性能测试装置，其特征在于：机床主轴为数控机床主轴。
4.根据权利要求1所述的材料摩擦磨损性能测试装置，其测试方法为：
（1）、将测力装置设置在工作台上，在测力装置上方设置可加热夹具，将材料II放置在可加热夹具内，利用机床主轴对材料II的摩擦区域进行加工，实现材料II表面的平坦化；
（2）、将材料I与万向节固定连接，万向节与机床主轴连接；
（3）、利用机床主轴的上下运动，实现材料I在材料II表面的接触，通过测力装置实时测量材料I与材料II之间的作用力；通过调整机床主轴或工作台的位置，结合测力装置对材料I与材料II之间作用力的实时检测，实现两种材料作用力的实时调整和控制；
（4）、利用可加热夹具对材料II进行加热，并采用测温装置对夹具中的温度进行检测，从而实现两种材料之间温度的实时调整和控制；
（5）、利用万向节实现材料I与材料II之间的面接触；
（6）、利用数控机床控制主轴的运动轨迹，实现材料I在材料II表面的相对运动，且相对运动轨迹为直线、往复、圆周或曲线；通过测力装置测量材料I与材料II之间的法向力及切向力，采用传统摩擦系数计算方法对摩擦系数进行计算。
5.根据权利要求4所述的材料摩擦磨损性能测试装置，其测试方法为：所述传统摩擦系数计算方法为：摩擦系数f=切向力Ft/法向力Fn。
6.根据权利要求4所述的材料摩擦磨损性能测试装置，其测试方法为：所述材料I与万向节固定连接为夹持连接或胶粘接。
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