CN106053334A - 一种摩擦和加压检测试验台 - Google Patents

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徐学锋
赵晨希
张广杰
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    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/02—Measuring coefficient of friction between materials

Abstract

本发明涉及精密操作技术领域，公开了一种摩擦和加压检测试验台，包括加压模块、摩擦力检测模块、平移模块、升降模块和旋转模块；所述加压模块用于进行施加压力；所述摩擦力检测模块设置在加压模块的下方，用于夹持试样并对试样受到的摩擦力进行检测和测量；所述平移模块用于带动所述摩擦检测模块进行水平移动；所述升降模块用于带动所述平移模块以及其上的摩擦力检测模块进行升降运动；所述旋转模块带动摩擦件进行转动，使摩擦件与所述摩擦力检测模块上的试样摩擦配合。本发明能够实现摩擦力和压力实时、精确地测量。

Description

一种摩擦和加压检测试验台
技术领域
本发明涉及精密操作技术领域，更具体的说，特别涉及一种摩擦和加压检测试验台。
背景技术
实验中为了提高实验平台的性能，常常需要对试样受到的压力及摩擦力进行实时精准测量，而对压力精度和摩擦性能进行检测对于实验平台的完善也具有较大的工程意义。因此，有必要对加压与摩擦力测量装置进行设计和研制，从而实现实验过程中压力和摩擦力的实时、精确测量，并利用研制的实验装置对材料性能、实验现象等进行研究。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种摩擦和加压检测试验台，能够实现摩擦力和压力实时、精确地测量。
为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：
一种摩擦和加压检测试验台，包括加压模块、摩擦力检测模块、平移模块、升降模块和旋转模块；
所述加压模块用于进行施加压力；
所述摩擦力检测模块设置在加压模块的下方，用于夹持试样并对试样受到的摩擦力进行检测和测量；
所述平移模块用于带动所述摩擦检测模块进行水平移动；
所述升降模块用于带动所述平移模块以及其上的摩擦力检测模块进行升降运动；
所述旋转模块带动摩擦件进行转动，使摩擦件与所述摩擦力检测模块上的试样摩擦配合。
所述加压模块包括贯穿式电机、弹簧、压力传感器、顶头和套筒，其中套筒的内侧由上至下依次安装有弹簧、压力传感器和顶头，压力传感器与弹簧的下端连接；所述贯穿式电机设置在套筒的上方，其内侧丝杠的端部穿过套筒的顶端并连接弹簧的上端。
所述弹簧的上下两端分别安装有第一弹簧片和第二弹簧片，所述贯穿式电机的丝杠连接第一弹簧片，压力传感器连接第二弹簧片。
所述套筒的底端安装有套筒盖，所述顶头的端部穿出套筒盖；所述贯穿式电机安装在贯穿电机座上，贯穿电机座上安装有电机支撑柱。
所述摩擦力检测模块包括杠杆、壳体、悬臂梁压力传感器、传感器座、安装座、拨片、杠杆块和十字杆，其中杠杆通过杠杆块安装在安装座上，安装座安装在壳体内，杠杆块与杠杆之间通过十字杆连接；所述杠杆的一端安装有用于夹持试样的夹片，所述顶头端部置于壳体的内侧，夹片位于加压模块中顶头端部的正下方；杠杆的中部安装有拨片，悬臂梁压力传感器通过传感器座安装在外壳内，所述悬臂梁压力传感器与拨片抵触连接；所述电机支撑柱安装在外壳上。
所述杠杆的另一端并位于外壳的外侧安装有配重块。
所述平移模块包括平移壳体、平移滑块和平移螺杆，其中平移壳体内安装有平移滑块，平移螺杆的端部穿过平移壳体并与平移滑块连接，所述平移滑块通过连接板与外壳连接。
所述平移壳体内对称设置有两个第一轴承座两个第一轴承座之间对称设置两个与平移滑块配合的第一光杠；所述平移螺杆通过深沟球轴承固定在第一轴承座中。
所述升降模块包括升降壳体、蜗杆、蜗轮、升降滑块和升降螺杆，其中升降壳体内安装有相互配合的蜗杆和蜗轮，所述蜗轮连接升降螺杆；所述升降螺杆的外表面套装有升降滑块，升降滑块通过连接块与平移壳体连接；
所述升降壳体内还对称安装有第二光杠，升降滑块穿过第二光杠；所述蜗杆穿过升降壳体并安装在第二轴承座上，其与第二轴承座之间还安装有第二深沟球轴承。
所述旋转模块包括同步带、伺服电机、旋转平台和旋转壳体，其中伺服电机安装在旋转壳体内，其输出轴与旋转平台之间通过同步带进行连接，所述旋转平台上设置有摩擦件；所述摩擦件位于旋转壳体的外侧，并与试样的位置相对应。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明综合测量摩擦过程中压力和摩擦力的新思路，解决目前现有试验台测量影响因子较为单一，不具有综合性的问题，通过加压模块能够实现连续自动加压，也实现了压力的实时调节，通过摩擦力检测模块也能够实现压力与摩擦力地同步检测，整个试验台的结构简单，且通过各个模块之间的配合，使得试验台的功能可靠也易于实现；同时采用贯穿式电机能够较精准地实现无级调速，传动平稳，具有一定的抗冲击性。
附图说明
图1为本发明摩擦和加压检测试验台的整体结构示意图。
图2为本发明加压模块的结构示意图。
图3为本发明摩擦力检测模块的结构示意图。
图4为本发明平移模块的主视图。
图5为本发明平移模块的左视图。
图6为本发明升降模块的结构示意图。
附图标记说明：1-贯穿式电机；2-夹片；3-摩擦件；4-同步带；5-伺服电机；7-蜗杆；8-蜗轮；9-升降滑块；10-升降螺杆；11-平移滑块；12-平移螺杆；13-配重块；14-杠杆；15-外壳；16-悬臂梁压力传感器；17-第一弹簧片；18-弹簧；19-压力传感器；20-顶头；21-套筒盖；22-套筒；23-第二弹簧片；24-电机支撑柱；26-贯穿电机座；28-传感器座；29-底盖；30-安装座；31-拨片；32-杠杆块；34-十字杆；37-轴承端盖；38-第一深沟球轴承；39-第一轴承座；40-连接板；43-第一光杠；44-第二光杠；45-第二轴承座；46-第二深沟球轴承；47-推力球轴承；48-平移壳体；49-升降壳体；50-旋转平台。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
参阅图1所示，本发明提供的一种摩擦和加压检测试验台，包括加压模块、摩擦力检测模块、平移模块、升降模块和旋转模块。
如附图2所示，所述加压模块用于进行施加压力，所施加压力的大小通过电机操纵丝杆的上升和下降来控制。其包括贯穿式电机1、弹簧18、压力传感器19、顶头20、套筒22。
所述套筒22的内侧由上至下依次安装有弹簧18、压力传感器19和顶头20，压力传感器19与弹簧18的下端连接。为了方便安装，套筒22的底端安装有套筒盖21，所述顶头20的端部穿出套筒盖21。所述贯穿式电机1设置在套筒22的上方，其内侧丝杠的端部穿过套筒22的顶端并连接弹簧18的上端。
本实施例中，为了安装和操作方便，贯穿式电机1安装在贯穿电机座26上，贯穿电机座26上安装有电机支撑柱24。
本实施例中，为了保证连接和压力传递的可靠性，弹簧18的上下两端分别安装有第一弹簧片17和第二弹簧片23，贯穿式电机1的丝杠连接第一弹簧片17，压力传感器19连接第二弹簧片23。所述压力传感器19采用纽扣式压力传感器，其结构简单、功能可靠。
上述中，贯穿式电机1通电起动，其内部丝杠向下旋转，使第一弹簧片17向下移动，进而压缩弹簧18，通过第二弹簧片23作用在顶头20上使其下移。套筒22中的压力传感器19应压力变化并在显示仪上显示，即可以实时得到所施加压力的大小。
如附图3所示，摩擦力检测模块设置在加压模块的下方，用于夹持试样并对试样受到的摩擦力进行检测和测量，其包括杠杆14、壳体15、悬臂梁压力传感器16、传感器座28、安装座30、拨片31、杠杆块32、十字杆34。
所述杠杆14通过杠杆块32安装在安装座30上，安装座30上安装在壳体15内，杠杆块32与杠杆14之间通过十字杆34连接，这样使杠杆14既可以在竖直方向运动，又可以在水平方向运动。所述杠杆14的一端安装有用于夹持试样的夹片2，所述夹片2位于加压模块中顶头20端部的正下方。杠杆14的中部安装有拨片31，悬臂梁压力传感器16通过传感器座28安装在外壳15内，所述悬臂梁压力传感器16与拨片31抵触连接。本实施例中，为了安装方便，安装座30采用U型座。
所述电机支撑柱24安装在外壳15上，顶头20的端部依次穿过套筒盖21和外壳15，并置于外壳15内。
上述中，当顶头20向下移动，推动杠杆14，利用杠杆原理，使夹片2所夹的试样向下移动并接触摩擦件3，其中夹片2与杠杆14通过螺钉连接。拨片31与杠杆14采用螺钉连接，悬臂梁压力传感器16与拨片31面接触。当摩擦件3旋转时，与试样接触产生摩擦力，使杠杆14水平运动，进而拨片31拨动悬臂梁传感器16，使悬臂梁传感器16产生变形，通过力臂计算即可推出试样所受摩擦力的大小。为了安装方便，外壳15的底端安装有底盖29。
上述中，杠杆14的另一端并位于外壳15的外侧安装有配重块13，用来在实验前调节杠杆14的平衡。
如附图4和附图5所示，平移模块设置在摩擦检测模块的下方，用于带动所述摩擦检测模块进行水平移动，进而实现试样偏心距的调整。在实验过程中，如果要求试样与摩擦检测模块的中心有一定的偏心距，则通过平移模块实现偏心距的调节。
所述平移模块包括平移壳体48、平移滑块11、平移螺杆12，其中平移壳体48内安装有平移滑块11，平移螺杆12的端部穿过平移壳体48并与平移滑块11连接，所述平移滑块11与壳体15上底盖29连接，即可带动摩擦力检测模块进行移动。
本实施例中，为了保证平移滑块11移动的可靠性，平移壳体48内对称设置有两个第一轴承座39，两个第一轴承座39之间对称设置两个与平移滑块11配合的第一光杠43。平移螺杆12通过深沟球轴承38固定在第一轴承座39中，利用轴承端盖37限制第一深沟球轴承38的运动，这样可以保证平移螺杆12的转动平稳。
上述中，通过平移螺杆12实现平移滑块11实现水平方向移动，即手动转动平移螺杆12的手柄，使平移滑块11沿第一光杠43水平运动。为了保证连接的可靠行，所述平移滑块11通过连接板40与外壳15的底盖29连接。
如附图6所示，升降模块设置在平移模块下方，用于带动所述平移模块以及其上的摩擦力检测模块进行升降运动。其包括升降壳体49、蜗杆7、蜗轮8、升降滑块9、升降螺杆10，其中升降壳体49内安装有相互配合的蜗杆7和蜗轮8，所述蜗轮8连接升降螺杆10。所述升降螺杆10的外表面套装有升降滑块9，升降滑块9通过连接块与平移壳体48连接。
本实施例中，升降壳体49内还对称安装有第二光杠44，升降滑块9穿过第二光杠44，即通过第二光杠44进行限位，可以保证升降滑块9上下进行直线运动。
上述中，通过转动蜗杆7使蜗轮8转动，从而实现空间交错运动传动。蜗轮8与升降螺杆10通过键连接，从而带动升降螺杆10旋转，升降螺杆10与升降壳体49之间利用推力球轴承47保证其旋转的流畅性。升降螺杆10带动升降滑块9进行上下移动，实现平移模块和摩擦力检测模块的升降功能。蜗杆7穿过升降壳体49并安装在第二轴承座45上，两者之间还安装有第二深沟球轴承46，这样可以保证蜗杆7的转动平稳。
所述旋转模块(参阅图1所示)带动摩擦件3进行转动，使摩擦件3与所述摩擦力检测模块上的试样产生摩擦力。其包括同步带4、伺服电机5、旋转平台50、旋转壳体，其中伺服电机5安装在旋转壳体内，其输出轴与旋转平台50之间通过同步带4进行连接，实现动力的传动。旋转平台50上设置有摩擦件3，即伺服电机5工作，通过同步带4带动旋转平台50进行旋转，从而带动摩擦件3进行转动。所述摩擦件3位于旋转壳体的外侧，并与试样的位置相对应。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种摩擦和加压检测试验台，其特征在于：包括加压模块、摩擦力检测模块、平移模块、升降模块和旋转模块；
所述加压模块用于进行施加压力；
所述摩擦力检测模块设置在加压模块的下方，用于夹持试样并对试样受到的摩擦力进行检测和测量；
所述平移模块用于带动所述摩擦检测模块进行水平移动；
所述升降模块用于带动所述平移模块以及其上的摩擦力检测模块进行升降运动；
所述旋转模块带动摩擦件(3)进行转动，使摩擦件(3)与所述摩擦力检测模块上的试样摩擦配合。
2.根据权利要求1所述的摩擦和加压检测试验台，其特征在于：所述加压模块包括贯穿式电机(1)、弹簧(18)、压力传感器(19)、顶头(20)和套筒(22)，其中套筒(22)的内侧由上至下依次安装有弹簧(18)、压力传感器(19)和顶头(20)，压力传感器(19)与弹簧(18)的下端连接；所述贯穿式电机(1)设置在套筒(22)的上方，其内侧丝杠的端部穿过套筒(22)的顶端并连接弹簧(18)的上端。
3.根据权利要求2所述的摩擦和加压检测试验台，其特征在于：所述弹簧(18)的上下两端分别安装有第一弹簧片(17)和第二弹簧片(23)，所述贯穿式电机(1)的丝杠连接第一弹簧片(17)，压力传感器(19)连接第二弹簧片(23)。
4.根据权利要求2或3所述的摩擦和加压检测试验台，其特征在于：所述套筒(22)的底端安装有套筒盖(21)，所述顶头(20)的端部穿出套筒盖(21)；所述贯穿式电机(1)安装在贯穿电机座(26)上，贯穿电机座(26)上安装有电机支撑柱(24)。
5.根据权利要求4所述的摩擦和加压检测试验台，其特征在于：所述摩擦力检测模块包括杠杆(14)、壳体(15)、悬臂梁压力传感器(16)、传感器座(28)、安装座(30)、拨片(31)、杠杆块(32)和十字杆(34)，其中杠杆(14)通过杠杆块(32)安装在安装座(30)上，安装座(30)安装在壳体(15)内，杠杆块(32)与杠杆(14)之间通过十字杆(34)连接；所述杠杆(14)的一端安装有用于夹持试样的夹片(2)，所述顶头(20)端部置于壳体(15)的内侧，夹片(2)位于加压模块中顶头(20)端部的正下方；杠杆(14)的中部安装有拨片(31)，悬臂梁压力传感器(16)通过传感器座(28)安装在外壳(15)内，所述悬臂梁压力传感器(16)与拨片(31)抵触连接；所述电机支撑柱(24)安装在外壳(15)上。
6.根据权利要求5所述的摩擦和加压检测试验台，其特征在于：所述杠杆(14)的另一端并位于外壳(15)的外侧安装有配重块(13)。
7.根据权利要求5或6所述的摩擦和加压检测试验台，其特征在于：所述平移模块包括平移壳体(48)、平移滑块(11)和平移螺杆(12)，其中平移壳体(48)内安装有平移滑块(11)，平移螺杆(12)的端部穿过平移壳体(48)并与平移滑块(11)连接，所述平移滑块(11)通过连接板(40)与外壳(15)连接。
8.根据权利要求7所述的摩擦和加压检测试验台，其特征在于：所述平移壳体(48)内对称设置有两个第一轴承座(39)，两个第一轴承座(39)之间对称设置两个与平移滑块(11)配合的第一光杠(43)；所述平移螺杆(12)通过深沟球轴承(38)固定在第一轴承座(39)中。
9.根据权利要求7或8所述的摩擦和加压检测试验台，其特征在于：所述升降模块包括升降壳体(49)、蜗杆(7)、蜗轮(8)、升降滑块(9)和升降螺杆(10)，其中升降壳体(49)内安装有相互配合的蜗杆(7)和蜗轮(8)，所述蜗轮(8)连接升降螺杆(10)；所述升降螺杆(10)的外表面套装有升降滑块(9)，升降滑块(9)通过连接块与平移壳体(48)连接；
所述升降壳体(49)内还对称安装有第二光杠(44)，升降滑块(9)穿过第二光杠(44)；所述蜗杆(7)穿过升降壳体(49)并安装在第二轴承座(45)上，其与第二轴承座(45)之间还安装有第二深沟球轴承(46)。
10.根据权利要求9所述的摩擦和加压检测试验台，其特征在于：所述旋转模块包括同步带(4)、伺服电机(5)、旋转平台(50)和旋转壳体，其中伺服电机(5)安装在旋转壳体内，其输出轴与旋转平台(50)之间通过同步带(4)进行连接，所述旋转平台(50)上设置有摩擦件(3)；所述摩擦件(3)位于旋转壳体的外侧，并与试样的位置相对应。
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