CN106323786A - 一种卧式多功能载流摩擦磨损试验机 - Google Patents

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马振华
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Abstract

本发明涉及一种载流条件下的卧式摩擦磨损试验机，该装置包括主机、测量系统和电源加载系统三部分。主机包括驱动电机、主轴、摩擦环、样品固定板；电机通过联轴器与主轴连接，摩擦环固定在主轴上，摩擦环的两侧均对称设置两安装试验样品的固定架，该固定架在试样过程中始终保持试验样品摩擦面与环直径垂直、且两侧的试验样品之间的夹角为90°。该装置可实现在动态条件下对待测样品与对磨环之间摩擦磨损行为进行实时跟踪，可通过改变输入及输出参数研究摩擦副材料在纯机械条件和载流条件下的摩擦磨损机制，还可以改变温度、真空度等条件，研究其对摩擦副的摩擦磨损性能的影响，装置可为完善载流条件下摩擦磨损理论提供可靠的试验依据。

Description

一种卧式多功能载流摩擦磨损试验机
技术领域
本发明属于机械类摩擦磨损试验装置，具体涉及一种卧式多功能载流摩擦磨损试验机。
背景技术
近年来，随着机电、高速铁路、雷达信息和航空航天等产业的发展，滑动电接触材料发展迅速。电接触材料主要用于电气设备和仪表中传递和承载电负荷,要求其具有优良的导电导热、抗电蚀、抗熔焊和易于机械加工等性能。为了检测电接触材料的相关性能以及开发新型的电接触材料，就必须用相应的摩擦试验机来进行一系列的实验。国外对电接触摩擦磨损试验机的研究和使用已有一个世纪之久，进入信息化时代以来，国外的摩擦磨损试验机发展达到了新的高度，国外学者借助于这些先进仪器在电接触摩擦磨损领域取得了丰硕成果。而国内对摩擦磨损试验机的研究起步较晚，市场上现有摩擦磨损试验机虽然也有一定的规模，但普遍功能比较单一，在实验数据的采集方面比较原始，效率低，并且整机价格高。因此，设计一种精度高、信息化程度高的电接触摩擦磨损试验机是必要而迫切的。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有摩擦磨损试验机遍功能比较单一的缺陷，提供一种卧式多功能载流摩擦磨损试验机。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种卧式多功能载流摩擦磨损试验机，包括：主机、电源加载系统和测量系统；所述的主机包括伺服电机、主轴、摩擦环、块状样品固定架、丝状样品固定板；所述的伺服电机通过联轴器与主轴连接，所述的摩擦环包括块环和丝环；所述的块环和丝环均固定在主轴上，块环的两侧分别对称设有块状样品固定架、块状样品安装在块状样品固定架上，位于块环两侧的块状样品之间的夹角为90°且块状样品的摩擦面与块环的直径垂直，所述的块状样品上设有加载线接头和信号测量线接头，所述的加载线接头和电源加载系统相连，信号测量线接头与测量系统相连；所述的丝环的两侧对称设置丝状样品固定板，丝状样品固定板通过螺钉固定在第一支架上，位于丝环两侧的丝状样品之间的夹角为90°且丝状样品与丝环的直径垂直，丝状样品固定板上设有线路板，丝状样品和线路板上的电线焊接在一起的。
优选地，所述的电源加载系统为加载线路，包括加载电源，加载线接头与加载电源构成回路；
所述的测量系统为测量线路，信号测量线接头和测量线路连接构成测量回路，所述的测量线路包括电流传感器、电压传感器、信号处理器及数据采集卡、电脑；电压传感器和电流传感器连接到信号处理器及数据采集上，信号处理器及数据采集卡与电脑相连；
所述的丝状样品固定板上线路板的线路与块环需要连接的线路相同。
优选地，所述的摩擦环的两侧由压板及紧固螺钉禁锢在主轴上。
优选地，所述的块环和丝环之间设有绝缘板，压块与主轴之间设置绝缘套；所述的块环设置一个或对个，每个块环之间通过绝缘板隔开。
优选地，所述的丝环为纯铜环，丝环的表面设有V型槽，所述的V型槽设有一个或多个，所述的V型槽的截面为正三角形，V型槽垂直于丝环的轴向设置。
优选地，所述的块环为纯铜环，块环的表面均匀设有凹槽，凹槽的长度方向与块环的轴向平行设置。
优选地，所述的块状样品固定架包括L型支架和弧形安装板，弧形安装板设置在L型支架的上端，所述的块状样品通过刷握固定在弧形安装板。
优选地，所述的盒盖和盒座，盒座内设置弹簧。
优选地，所述的块状样品固定架和第一支架固定在底座上，伺服电机通过第二支架固定在底座上，所述的主轴上设有左第三支架和右第三支架，左第二支架和右第二支架通过螺栓固定在底座上，主轴通过轴承与左第三支架和右第三支架固定。
优选地，所述的底座上设置有机玻璃罩，底座与有机玻璃罩之间形成封闭的环境，有机玻璃罩内设置加热器和加湿器，有机玻璃罩上留有导线出口和真空泵抽气嘴孔。
本发明的有益效果在于：本发明的装置可实现在动态条件下对待测样品与对磨环之间的输入及输出的参数进行实时跟踪，可通过改变输入参数研究摩擦副材料在纯机械条件和载流条件下的摩擦磨损行为，不仅可研究摩擦系数、接触电压、接触电流等这些因素对材料摩擦磨损的影响，还可以研究温度、湿度、真空度等因素对电接触摩擦磨损的影响情况，本发明的装置精度高、功能多，可为完善载流条件下摩擦磨损理论提供可靠的试验依据。
附图说明
图1为本发明立体图；
图2为本发明部分结构的主视图；
图3为块状样品安装示意图；
图4为盒盖结构示意图；
图5为盒座结构示意图；
图6为丝状样品安装示意图；
图7为块状样品与加载电源和测量线路的连接示意图；
图8为块状样品的结构示意图；
附图标记：1-伺服电机、2-主轴、3-联轴器、4-丝状样品、5-丝环、6-丝状样品固定板、7-第一支架、8-块状样品、9-块环、10-块状样品固定架、11-加载线接头、12-信号测量线接头、13-压板、14-绝缘板、15-绝缘套、16-盒盖、17-盒座、18-第二支架、19-左第三支架、20-右第三支架、21-底座、22-轴承、23-有机玻璃罩、24-电流传感器、25-电压传感器、26-信号处理器及数据采集卡、27-电脑。
具体实施方式
结合附图对本发明的装置作进一步说明如下：
一种卧式多功能载流摩擦磨损试验机，包括：主机、电源加载系统和测量系统；所述的主机包括伺服电机1、主轴2、摩擦环、块状样品固定架10、丝状样品固定板6；所述的伺服电机1通过联轴器3与主轴2连接，所述的摩擦环包括块环9和丝环5；所述的块环9和丝环5均固定在主轴2上，块环9的两侧分别对称设有块状样品固定架10、块状样品8安装在块状样品固定架10上，位于块环9两侧的块状样品8之间的夹角为90°且块状样品8的摩擦面与块环9的直径垂直，所述的块状样品8上设有加载线接头11和信号测量线接头12，所述的加载线接头11和电源加载系统相连，信号测量线接头12与测量系统相连；所述的丝环5的两侧对称设置丝状样品固定板6，丝状样品固定板6通过螺钉固定在第一支架7上，位于丝环5两侧的丝状样品4之间的夹角为90°且丝状样品4与丝环5的直径垂直，丝状样品固定板6上设有线路板，丝状样品4和线路板上的电线焊接在一起的。
优选地，所述的电源加载系统为加载线路，包括加载电源，加载线接头11与加载电源构成回路；
所述的测量系统为测量线路，信号测量线接头12和测量线路连接构成测量回路，所述的测量线路包括电流传感器24、电压传感器25、信号处理器及数据采集卡26、电脑27，电压传感器25和电流传感器24连接到信号处理器及数据采集26上，信号处理器及数据采集卡26与电脑27相连；
所述的丝状样品固定板6上线路板的线路与块环9需要连接的线路相同。
优选地，所述的摩擦环的两侧由压板13及紧固螺钉禁锢在主轴2上。
优选地，所述的块环9和丝环5之间设有绝缘板14，压块与主轴2之间设置绝缘套15；所述的块环9设置一个或对个，每个块环9之间通过绝缘板14隔开。
优选地，所述的丝环5为纯铜环，丝环5的表面设有V型槽，所述的V型槽设有一个或多个，所述的V型槽的截面为正三角形，V型槽垂直于丝环5的轴向设置。
优选地，所述的块环9为纯铜环，块环9的表面均匀设有凹槽，凹槽的长度方向与块环9的轴向平行设置。
优选地，所述的块状样品固定架10包括L型支架和弧形安装板，弧形安装板设置在L型支架的上端，所述的块状样品8通过刷握固定在弧形安装板。
优选地，所述的盒盖16和盒座17，盒座17内设置弹簧。
优选地，所述的块状样品固定架10和第一支架7固定在底座21上，伺服电机1通过第二支架18固定在底座21上，所述的主轴2上设有左第三支架19和右第三支架20，左第三支架19和右第三支架20通过螺栓固定在底座21上，主轴2通过轴承22与左第三支架19和右第三支架20固定。
优选地，所述的底座21上设置有机玻璃罩23，底座21与有机玻璃罩23之间形成封闭的环境，有机玻璃罩23内设置加热器和加湿器，有机玻璃罩23上留有导线出口和真空泵抽气嘴孔。
在进行环块式摩擦副试验时：
试验前应用细砂纸将块环9表面打磨光滑，然后将块状样品8，例如电刷，按图3所示进行安装。安装时，要确保两个块状样品8呈90°对称地分布在块环9两侧，紧接着就要连接好加载线路和检测线路了，将加载线接头11要和加载电源连接构成加载回路，信号测量线接头12要和测量线路连接构成测量回路，测量线路上设置电流传感器24和电压传感器25，所述的电压传感器25和电流传感器24连接到信号处理器及数据采集卡26上，信号处理器及数据采集卡26与电脑27相连。
加载线接头11和信号测量线接头12是和块状样品8紧密地焊接在一起的，这样就保证了它们之间优良的电导性，通过在刷握内设置弹簧，可避免摩擦副不稳定时引起的振动和冲击能，提供块状样品8和块环9之间的接触压；给刷握配有不同劲度系数的弹簧，就能提供不同的接触压力，因此该试验机能对接触压力这一参数对摩擦副的摩擦磨损性能的影响情况进行研究。
在上述准备工作做好后，按照试验设定要求设定电机功率和速度参量，启动伺服电机1，伺服电机1通过联轴器3来带动主轴2转动，主轴2上的块环9就和块状样品8组成了一对环块式摩擦副，此时连接在测量回路中的电压传感器25、电流传感器24就能记录电压电流等参数的变化情况了。为了得到较准确的相关摩擦磨损数据，正式记录数据前，先让机器运转一段时间，等到运转平稳后，就可以通过测量系统来测量和记录所需要的数据了。
在进行环丝式摩擦副试验时：
试验机在进行如图6所示的环丝式摩擦副实验前，要用细砂纸对丝环5上的V型槽，进行打磨，确保它们的表面光滑，不能有毛刺。丝状样品固定板6通过螺钉和第一支架7牢固地连接在一起的，丝状样品固定板6是一块上面留有5条电线的线路板，丝状样品4(例如刷丝)就是和丝状样品固定板6上的电线是焊接在一起的。丝状样品固定板6上的电线再和加载及测量电路电线焊接在一起，就构成了加载和测量回路。因为丝环5上有5条绕环一周V型槽，丝状样品固定板上有5条可焊接线路，因此，我们最多可以同时测量5种不同的丝状样品4和丝环5之间的摩擦磨损性能，进而大大提高了试验效率，而且能更加方便准确地进行试验数据的对比。
在进行其他外部条件下的摩擦磨损试验时
为了研究这些外部环境条件对电接触摩擦磨损的影响情况，我们在该摩擦机的底座上面安装一个厚度为10mm的有机玻璃罩23，在有机玻璃罩23上留有若干导线出口和真空泵抽气嘴孔，有机玻璃罩23和和底座21之间用密封槽和密封完全胶密封。通过在有机玻璃罩23内加装加热器，如电热丝来营造不同的温度环境；通过设置和真空泵相连的抽气嘴孔，可以营造高真空环境；通过在有机玻璃罩23内设置加湿器，可以营造不同的湿度环境。由于该试验机整体尺寸不大，便于携带，甚至可以把它放在高辐射的环境中，研究不同辐射强度对摩擦磨损材料的摩擦磨损性能的影响。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种卧式多功能载流摩擦磨损试验机，其特征在于，包括：主机、电源加载系统和测量系统；所述的主机包括伺服电机(1)、主轴(2)、摩擦环、块状样品固定架(10)、丝状样品固定板(6)；所述的伺服电机(1)通过联轴器(3)与主轴(2)连接，所述的摩擦环包括块环(9)和丝环(5)；所述的块环(9)和丝环(5)均固定在主轴(2)上；
所述的块环(9)的两侧分别对称设有块状样品固定架(10)、块状样品(8)安装在块状样品固定架(10)上，位于块环(9)两侧的块状样品(8)之间的夹角为90°且块状样品(8)的摩擦面与块环(9)的直径垂直，所述的块状样品(8)上设有加载线接头(11)和信号测量线接头(12)；所述的加载线接头(11)和电源加载系统相连，信号测量线接头(12)与测量系统相连；
所述的丝环(5)的两侧对称设置丝状样品固定板(6)，丝状样品固定板(6)通过螺钉固定在第一支架(7)上，位于丝环(5)两侧的丝状样品(4)之间的夹角为90°且丝状样品(4)与丝环(5)的直径垂直，丝状样品固定板(6)上设有线路板，丝状样品(4)和线路板上的电线焊接在一起的。
2.根据权利要求1所述的卧式多功能载流摩擦磨损试验机，其特征在于，
所述的电源加载系统为加载线路，包括加载电源，加载线接头(11)与加载电源构成回路；
所述的测量系统为测量线路，信号测量线接头(12)和测量线路连接构成测量回路，所述的测量线路包括电流传感器(24)、电压传感器(25)、信号处理器及数据采集卡(26)、电脑(27)；电压传感器(25)和电流传感器(24)连接到信号处理器及数据采集(26)上，信号处理器及数据采集卡(26)与电脑(27)相连；
所述的丝状样品固定板(6)上线路板的线路与块环(9)需要连接的线路相同。
3.根据权利要求1所述的卧式多功能载流摩擦磨损试验机，其特征在于，所述的摩擦环的两侧由压板(13)及紧固螺钉禁锢在主轴(2)上。
4.根据权利要求3所述的卧式多功能载流摩擦磨损试验机，其特征在于，所述的块环(9)和丝环(5)之间设有绝缘板(14)，压块与主轴(2)之间设置绝缘套(15)；所述的块环(9)设置一个或对个，每个块环(9)之间通过绝缘板(14)隔开。
5.根据权利要求1所述的卧式多功能载流摩擦磨损试验机，其特征在于，所述的丝环(5)为纯铜环，丝环(5)的表面设有V型槽，所述的V型槽设有一个或多个，所述的V型槽的截面为正三角形，V型槽垂直于丝环(5)的轴向设置。
6.根据权利要求1所述的卧式多功能载流摩擦磨损试验机，其特征在于，所述的块环(9)为纯铜环，块环(9)的表面均匀设有凹槽，凹槽的长度方向与块环(9)的轴向平行设置。
7.根据权利要求1所述的卧式多功能载流摩擦磨损试验机，其特征在于，所述的块状样品固定架(10)包括L型支架和弧形安装板，弧形安装板设置在L型支架的上端，所述的块状样品(8)通过刷握固定在弧形安装板。
8.根据权利要求7所述的卧式多功能载流摩擦磨损试验机，其特征在于，所述的盒盖(16)和盒座(17)，盒座(17)内设置弹簧。
9.根据权利要求1所述的卧式多功能载流摩擦磨损试验机，其特征在于，所述的块状样品固定架(10)和第一支架(7)固定在底座(21)上，伺服电机(1)通过第二支架(18)固定在底座(21)上，所述的主轴(2)上设有左第三支架(19)和右第三支架(20)，左第三支架(19)和右第三支架(20)通过螺栓固定在底座(21)上，主轴(2)通过轴承(22)与左第三支架(19)和右第三支架(20)固定。
10.根据权利要求1所述的卧式多功能载流摩擦磨损试验机，其特征在于，所述的底座(21)上设置有机玻璃罩(23)，底座(21)与有机玻璃罩(23)之间形成封闭的环境，有机玻璃罩(23)内设置加热器和加湿器，有机玻璃罩(23)上留有导线出口和真空泵抽气嘴孔。
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