CN106908380A - 一种实验室用摩擦性能试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实验室用摩擦性能试验装置，包括底座及设置于底座上的动力系统、摩擦系统、平衡系统和测试系统，动力系统采用曲柄连杆机构，曲柄连杆机构与摩擦系统相连，摩擦系统包括滑块及设置在滑块上的平板试件夹具和球试件夹具，球试件夹具的下表面设置有钢珠，球试件夹具上还设置有加载砝码；平衡系统包括与试件夹具固定连接的平衡杠杆，平衡杠杆上与试件夹具相连的一侧杠杆臂上设置有电阻应变片，电阻应变片与测试系统相连，平衡杠杆上远离试件夹具的一侧杠杆臂上设置有调平砝码。本发明不仅可以对不同种类的材料或表面涂层进行摩擦性能的测试，还可以测试润滑剂的滑动摩擦性能，且结构简单，测量结果准确。
Description
技术领域
本发明涉及材料测试技术领域，尤其涉及一种实验室用摩擦性能试验装置。
背景技术
摩擦性能是指两相互接触的物体有相对运动或有相对运动趋势时在接触处产生阻力的现象。材料的摩擦性能对其耐磨性和使用寿命有重要的影响。
现有的材料摩擦性能测试仪主要是利用电机带动圆盘状材料旋转，将另一种材料组成的测试块在一定压力的作用下紧贴该旋转着的圆盘表面，两种材料的表面接触产生摩擦阻力，即可得到两种材料的相对摩擦系数。但是这种测试装置的体积较大，价格较高，不适于在实验室中使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实验室用摩擦性能测试装置，能够对不同种类的材料或表面涂层进行摩擦性能的测试，且结构简单，测试结果准确。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种实验室用摩擦性能试验装置，其特征在于：包括底座及设置于底座上的动力系统、摩擦系统、平衡系统和测试系统，所述动力系统采用曲柄连杆机构，曲柄连杆机构包括曲柄及与曲柄相连的动力输入连杆，动力输入连杆包括上连杆和下连杆，上连杆的上端与曲柄转动连接，上连杆的下端与下连杆铰接，所述下连杆的下端分别铰接有摇杆和动力输出连杆，所述摇杆的另一端铰接在底座上，动力输出连杆的另一端与摩擦系统相连；
所述摩擦系统包括滑块及设置在滑块上的平板试件夹具和球试件夹具，底座上开设有滑轨，滑块滑动设置在滑轨内，动力输出连杆铰接在滑块上，所述球试件夹具的下表面开设有钢珠孔，钢珠孔内设置有钢珠，且钢珠设置于平板试件夹具的正上方，球试件夹具与钢珠之间为转动连接，球试件夹具上还设置有用于调节摩擦力大小的加载砝码；
所述平衡系统包括与试件夹具固定连接的平衡杠杆，平衡杠杆固定设置于底座上，所述平衡杠杆上与试件夹具相连的一侧杠杆臂上设置有电阻应变片，电阻应变片与测试系统相连，平衡杠杆上远离试件夹具的一侧杠杆臂上设置有调平砝码；
所述测试系统采用中央处理器，中央处理器的输入端与电阻应变片相连。
优选地，所述上连杆上开设有第一滑槽，下连杆的上端设置有销子，销子设置于第一滑槽内，从而带动下连杆沿第一滑槽上下滑动，所述下连杆的中下部开设有第二滑槽，下连杆的下端经螺栓与摇杆和动力输出连杆铰接，螺栓设置于第二滑槽内，通过调节螺栓在第二滑槽内的位置，可以调节滑块的往复距离。
优选地，所述曲柄采用曲柄盘，动力输入连杆偏心设置于曲柄盘上，且曲柄盘及动力输入连杆均与地面相垂直。
优选地，所述动力系统还包括电机，电机的输出轴与曲柄盘相连，所述中央处理器的输出端控制连接电机。
优选地，所述平板试件夹具采用长方形夹具片，长方形夹具片固定设置于滑块上。
优选地，所述平板试件夹具包括固定设置于滑块上的下压片，下压片的上表面开设有凹槽，待测的材料设置于凹槽内，凹槽内还填充有润滑剂，所述下压片的上方固定设置有上压片，所述上压片为环形，且环形的内径及下压片的直径均远大于钢珠的直径，从而使钢珠能够在凹槽内滑动。
优选地，所述球试件夹具包括端盖及压头，端盖上位于平板试件夹具正上方的位置开设有钢珠孔，钢珠孔内设置有钢珠，压头固定设置于端盖上，所述压头与钢珠及端盖与钢珠之间均为转动连接。
优选地，所述压头上设置有固定轴，加载砝码套设在固定轴上。
优选地，所述压头与加载砝码之间设置有压力传感器，压力传感器的输出端与中央处理器相连。
优选地，所述平衡杠杆采用弹性材料制成。
本发明结构简单，利用曲柄滑块机构带动平板试件往复移动，从而与钢珠产生摩擦力，并利用电阻应变片的形变，来对待测的材料的摩擦性能进行测试；曲柄滑块机构包括曲柄盘、动力输入连杆、摇杆和动力输出连杆，利用曲柄盘的转动带动动力输入连杆随曲柄盘转动，由于摇杆固定设置在底座上，故下连杆沿上连杆上的滑槽上下移动，并经动力输出连杆带动滑块沿滑轨做往复直线运动，平板试件随滑块一起运动，从而将曲柄盘的旋转运动转化为往复运动，这种设计在减轻试验机质量的同时还能减小连杆机构运转时产生的离心力，从而减小试验机工作时的振动与噪声，提高仪器的使用寿命，曲柄盘能够改善连杆机构的受力状况，提高试验机的可靠度；平板试件夹具不仅可以对不同种类的材料或表面涂层进行摩擦性能的测量，还可以在平板试件夹具上填充润滑剂，从而测试润滑剂的滑动摩擦性能；球试件夹具包括端盖、压头及钢珠，端盖和压头采用和拆卸连接，不仅能够限制钢珠的转动，而且能够便于拆装和更换钢珠。此外，试件夹具上的加载砝码的重量可调，能够对材料在不同压力下的摩擦力进行测试，使得测试结果更加准确，更具价值。
本发明将曲柄盘的周转运动转变为滑块的往复直线运动，不仅可以对不同种类的材料或表面涂层进行摩擦性能的测试，还可以测试润滑剂的滑动摩擦性能，且结构简单，测量结果准确。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明所述曲柄连杆机构的结构示意图；
图3为本发明所述试件夹具的结构示意图；
图4为本发明所述实施例二中的平板试件夹具的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一
如图1至图3所示，本发明所述一种实验室用摩擦性能试验装置，包括底座5及设置于底座5上的动力系统、摩擦系统、平衡系统和测试系统，动力系统用于为摩擦系统提供动力，从而带动摩擦系统对待测的材料进行摩擦试验，平衡系统用于调节摩擦力的大小，测试系统用于对待测材料的摩擦性能进行测试。
动力系统包括电机1及与电机1相连的曲柄连杆机构，在本实施例中，电机1采用YK3910A系列电机，为了减少电机1工作时的振动和噪声，电机经螺栓固定在电动机托架16上；曲柄连杆机构包括曲柄及与曲柄相连的动力输入连杆3，在本实施例中，曲柄采用曲柄盘2，采用曲柄盘2能够改善连杆机构的受力状况，提高试验机的可靠度，曲柄盘2与电机1的输出轴转动连接，动力输入连杆3偏心设置于曲柄盘2上，且曲柄盘2与动力输入连杆3均与地面相垂直，动力输入连杆3包括上连杆3-1和下连杆3-2，上连杆3-1的上端与曲柄盘2转动连接，上连杆3-1的下端与下连杆3-2铰接，下连杆3-2的下端分别铰接有摇杆4和动力输出连杆7，摇杆4的另一端铰接在第一固定块6上，第一固定块6固定设置在底座5上，动力输出连杆7的铰接在第二固定块8上，第二固定块8与摩擦系统固定连接。在本实施例中，上连杆3-1上开设有第一滑槽17，下连杆3-2的上端设置有销子18，销子18设置于第一滑槽17内，从而带动下连杆3-2沿第一滑槽17上下滑动，下连杆3-2的中下部开设有第二滑槽19，下连杆3-2的下端经螺栓20与摇杆4和动力输出连杆7铰接，螺栓20设置于第二滑槽19内，通过调节螺栓20在第二滑槽19内的位置，可以调节滑块11的往复距离。曲柄连杆机构结构简单，加工成本低，工作可靠；同时采用第一固定块6和第二固定块8的双铰链的连接方式，使受力均匀，结构更稳定。
摩擦系统包括滑块11及设置在滑块11上的平板试件夹具10和球试件夹具9，底座5上开设有滑轨，滑块11滑动设置在滑轨内，动力输出连杆7铰接在滑块11上，平板试件夹具10用于固定待测的材料片，平板试件夹具10采用长方形夹具片，长方形夹具片通过螺栓将待测的材料片固定于滑块11上，球试件夹具9包括端盖9-4及压头9-2，端盖9-4上位于平板试件夹具10正上方的位置开设有钢珠孔，钢珠孔内设置有钢珠9-3，在本实施例中，为了减小钢珠9-3与压头9-2的接触应力，同时为了限制钢球9-3的转动，钢珠孔设计成圆柱孔加圆锥形孔底的结构；压头9-2与端盖9-4通过螺纹连接，且压头9-2与钢珠9-3及端盖9-4与钢珠9-3之间均为转动连接，当平板试件夹具10随滑轨移动时，待测的材料与钢珠9-3之间发生相对移动，从而产生摩擦力；压头9-2上设置有固定轴9-1，固定轴9-1上设置有加载砝码15，加载砝码15用于调节正压力的大小，加载砝码15与压头9-2之间设置有压力传感器，压力传感器的输出端与中央处理器相连，压力传感器用于检测加载砝码15的压力大小。
平衡系统包括与试件夹具9固定相连的平衡杠杆12，在本实施例中，平衡杠杆12采用弹性材料制成，平衡杠杆12固定设置于底座5上，平衡杠杆12上与试件夹具9相连的一侧杠杆臂上设置有电阻应变片14，电阻应变片14与测试系统相连，平衡杠杆12上远离试件夹具9的一侧杠杆臂上设置有调平砝码13。当平板试件夹具10随滑块11左右移动时，试件夹具9也随平板试件夹具10移动，由于平衡杠杆12采用弹性材料制成，使得平衡杠杆12的杠杆臂产生弯曲，从而使电阻应变片14发生形变。
测试系统采用中央处理器，中央处理器的输入端分别与压力传感器及电阻应变片14相连，中央处理器的输出端控制连接电机1。
本发明在工作时，首先在平衡杠杆12上旋入调平砝码13，使得钢球9-3恰好接触待测的材料，即计算机上显示的正压力和摩擦力均为零，根据实验所需的载荷要求在试件夹具9上放置加载砝码15，然后开启电机1，电机1驱动曲柄盘2转动，由于动力输入连杆3和曲柄盘2具有一定的偏心量，曲柄盘2转动时带动上连杆3-1随曲柄盘2转动，由于摇杆4固定设置在底座5上，故下连杆3-2沿上连杆3-1上的滑槽17上下移动，并经动力输出连杆7带动滑块11沿滑轨做往复直线运动，平板试件夹具10随滑块11一起运动，待测的材料与钢珠9-3之间产生摩擦力，在摩擦力的作用下，由于平衡杠杆12采用弹性材料制成，从而使平衡杠杆12的杠杆臂产生弯曲，使电阻应变片14发生形变，中央处理器将电阻应变片14的电阻的变化转化为电压的变化，结合加载砝码15的压力值，利用μ=Ft/Fn，即可计算出待测的材料的摩擦系数，其中，Ft为中央处理器根据电阻应变片14的电阻变化值所计算出的摩擦力的大小，Fn为加载砝码的重力，μ为摩擦系数。
其中，中央处理器将电阻应变片14的电阻的变化转化为电压的变化的过程为现有技术，不再赘述。中央处理器控制电机1的转速的过程也为现有技术，不再赘述。
实施例二
如图4所示，平板试件夹具10包括固定设置于滑块11上的下压片10-3，下压片10-3的上表面开设有凹槽10-4，待测的材料设置于凹槽10-4内，凹槽10-4内还填充有润滑剂，下压片10-3上方设置有上压片10-1，上压片10-1经螺栓10-2将下压片10-3固定在滑块11上，上压片10-1为环形，环形的内径及下压片10-3的直径均远大于钢珠9-3的直径，从而使钢珠9-3能够在凹槽10-4内滑动。
本实施例中的平板试件夹具10用于测试润滑剂的摩擦性能，其工作过程与实施例一相同，不再赘述。
本发明将曲柄盘的周转运动转变为滑块的往复直线运动，不仅可以对不同种类的材料或表面涂层进行摩擦性能的测试，还可以测试润滑剂的滑动摩擦性能，且结构简单，测量结果准确。
Claims (10)
1.一种实验室用摩擦性能试验装置，其特征在于：包括底座及设置于底座上的动力系统、摩擦系统、平衡系统和测试系统，所述动力系统采用曲柄连杆机构，曲柄连杆机构包括曲柄及与曲柄相连的动力输入连杆，动力输入连杆包括上连杆和下连杆，上连杆的上端与曲柄转动连接，上连杆的下端与下连杆铰接，所述下连杆的下端分别铰接有摇杆和动力输出连杆，所述摇杆的另一端铰接在底座上，动力输出连杆的另一端与摩擦系统相连；
所述摩擦系统包括滑块及设置在滑块上的平板试件夹具和球试件夹具，底座上开设有滑轨，滑块滑动设置在滑轨内，动力输出连杆铰接在滑块上，所述球试件夹具的下表面开设有钢珠孔，钢珠孔内设置有钢珠，且钢珠设置于平板试件夹具的正上方，球试件夹具与钢珠之间为转动连接，球试件夹具上还设置有用于调节摩擦力大小的加载砝码；
所述平衡系统包括与试件夹具固定连接的平衡杠杆，平衡杠杆固定设置于底座上，所述平衡杠杆上与试件夹具相连的一侧杠杆臂上设置有电阻应变片，电阻应变片与测试系统相连，平衡杠杆上远离试件夹具的一侧杠杆臂上设置有调平砝码；
所述测试系统采用中央处理器，中央处理器的输入端与电阻应变片相连。
2.如权利要求1所述的一种实验室用摩擦性能试验装置，其特征在于：所述上连杆上开设有第一滑槽，下连杆的上端设置有销子，销子设置于第一滑槽内，从而带动下连杆沿第一滑槽上下滑动，所述下连杆的中下部开设有第二滑槽，下连杆的下端经螺栓与摇杆和动力输出连杆铰接，螺栓设置于第二滑槽内，通过调节螺栓在第二滑槽内的位置，可以调节滑块的往复距离。
3.如权利要求2所述的一种实验室用摩擦性能试验装置，其特征在于：所述曲柄采用曲柄盘，动力输入连杆偏心设置于曲柄盘上，且曲柄盘及动力输入连杆均与地面相垂直。
4.如权利要求3所述的一种实验室用摩擦性能试验装置，其特征在于：所述动力系统还包括电机，电机的输出轴与曲柄盘相连，所述中央处理器的输出端控制连接电机。
5.如权利要求1所述的一种实验室用摩擦性能试验装置，其特征在于：所述平板试件夹具采用长方形夹具片，长方形夹具片固定设置于滑块上。
6.如权利要求1所述的一种实验室用摩擦性能试验装置，其特征在于：所述平板试件夹具包括固定设置于滑块上的下压片，下压片的上表面开设有凹槽，待测的材料设置于凹槽内，凹槽内还填充有润滑剂，所述下压片的上方固定设置有上压片，所述上压片为环形，且环形的内径及下压片的直径均远大于钢珠的直径，从而使钢珠能够在凹槽内滑动。
7.如权利要求5或6所述的一种实验室用摩擦性能试验装置，其特征在于：所述球试件夹具包括端盖及压头，端盖上位于平板试件夹具正上方的位置开设有钢珠孔，钢珠孔内设置有钢珠，压头固定设置于端盖上，所述压头与钢珠及端盖与钢珠之间均为转动连接。
8.如权利要求7所述的一种实验室用摩擦性能试验装置，其特征在于：所述压头上设置有固定轴，加载砝码套设在固定轴上。
9.如权利要求8所述的一种实验室用摩擦性能试验装置，其特征在于：所述压头与加载砝码之间设置有压力传感器，压力传感器的输出端与中央处理器相连。
10.如权利要求9所述的一种实验室用摩擦性能试验装置，其特征在于：所述平衡杠杆采用弹性材料制成。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20170630 |