CN107063994A - 一种重载多工况摩擦试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重载多工况摩擦试验机,包括试验台、压力传感器、下固定试验块、滑动试验块、上固定试验块、螺旋加压装置、恒拉力装置、以及数据处理终端,所述下固定试验块设于压力传感器顶部,压力传感器固定在试验台上,下固定试验块上表面放置滑动试验块,滑动试验块上方设有上固定试验块;所述螺旋加压装置设于上固定试验块上,用于给上固定试验块加压,并通过压力传感器显示实时压力;所述滑动试验块通过钢丝绳与恒拉力装置相连,恒拉力装置通过钢丝绳为滑动试验块提供恒定的拉力,所述恒拉力装置的拉力数据和压力传感器和测得压力数据通过数据线导入数据处理终端。本发明可适应不同载荷,多工况下摩擦试验,其测量结果稳定可靠。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦试验领域,尤其涉及一种重载多工况摩擦试验机。
背景技术
现有技术中摩擦系数试验机工作载荷小,通常测试载荷小于0.1MPa;一般用于测试纸张、橡胶、木材等表面摩擦系数;需要在一定的环境下工作,不能反映环境工况变化对摩擦系数的影响。设计一种用于测试重载工况下摩擦副摩擦系数的实验仪器,其要求为:(1)测试载荷可以调整,最大能达到20MPa;(2)能测试包括金属材料、防护涂层、润滑油等在内的摩擦系数;(3)能改变测试环境工况(环境温度:-10℃~60℃;湿度:0~100%);(4)测试误差小于0.5%。目前市场主流的摩擦系数试验机测试工作载荷小(小于0.1MPa),而工程实际中的摩擦副正应力通常较大。因载荷对摩擦副表面接触状态的影响,现有的摩擦系数试验机难以准确测量大载荷下摩擦副的摩擦系数。
发明内容
本发明的目的在于设计一种用于测试重载工况下摩擦副摩擦系数的试验仪器。该仪器可测试包括金属材料、防护涂层、润滑油等在内的摩擦系数。通过装备有机玻璃罩和安放各类温湿度传感器及加热加湿仪器和装备可以测量多种环境下的摩擦系数,探讨载荷和环境因素对摩擦系数的影响。
为了实现以上目的,本发明中摩擦试验机的技术方案如下:
一种重载多工况摩擦试验机,其包括试验台、压力传感器、下固定试验块、滑动试验块、上固定试验块、螺旋加压装置、恒拉力装置、以及数据处理终端,所述下固定试验块设于压力传感器顶部,压力传感器固定在试验台上,下固定试验块上表面放置滑动试验块,滑动试验块上方设有上固定试验块,滑动试验块设于上固定试验块和下固定试验块之间;所述螺旋加压装置设于上固定试验块上,用于给上固定试验块加压,并通过压力传感器显示实时压力;所述滑动试验块通过钢丝绳与恒拉力装置相连,恒拉力装置通过钢丝绳为滑动试验块提供恒定的拉力,所述恒拉力装置的拉力数据和压力传感器和测得压力数据通过数据线导入数据处理终端。
作为改进,所述螺旋加压装置包括固定支架、加圧板、螺纹套筒、螺纹杆和手轮,所述固定支架包括竖向支架和横向支架,竖向支架与试验台固定相连,横向支架固定于竖向支架顶部,加圧板设于竖向支架上,且加圧板与竖向支架之间设有能相对上下滑动的滑动副,所述螺纹套筒为设有内螺纹的套筒,螺纹套筒底部固定在加圧板上,螺纹杆上部通过轴承固定在横向支架上,螺纹杆下部与螺纹套筒螺纹配合相连,所述手轮与螺纹杆的顶部固定相连,加圧板压在上固定试验块上表面,通过手轮转动螺纹杆使加圧板往下压,为上固定试验块提供压力。
作为改进,所述恒拉力装置包括滑轮、拉力传感器、以及吊重托盘,所述滑轮通过滑轮支架固定在试验台边上,用钢丝绳将拉力传感器和吊重托盘串联,然后将钢丝绳绕过滑轮与滑动试验块固定相连,通过在吊重托盘内添加重物来为钢丝绳提供恒定拉力,并通过拉力传感器校正读数,滑轮的高度设置保证滑轮与滑动试验块之间的钢丝绳为水平方向。
作为改进,所述上固定试验块和下固定试验块靠近钢丝绳一侧的试验台上固定设有挡板,所述挡板用于防止在钢丝绳拉滑动试验块时,上固定试验块和下固定试验块产生滑动。
作为改进,所述螺旋加压装置提供的最大压力载荷不小于20Mpa。
作为改进,所述滑动试验块上设置百分表,通过百分表观察滑动试验块是否滑动。
作为改进,该重载多工况摩擦试验机用于测试金属材料、防护涂层或润滑油的摩擦系数。
作为改进,重载多工况摩擦试验机还设有将试验台、压力传感器、下固定试验块、滑动试验块、上固定试验块和螺旋加压装置围起来形成密封空间的玻璃罩,在玻璃罩内设置冰块、加热器或加湿器改变密封空间内环境温度和湿度,测量温度和湿度对防护材料摩擦系数的影响。
1.本发明的有益效果是:本发明测试载荷可以调整,最大能达到20MPa;能测试包括金属材料、防护涂层、润滑油等在内的摩擦系数;能改变测试环境工况(环境温度:-10℃~60℃;湿度:0~100%);测试误差小于0.5%。同时可以作为教学设备,满足材料专业课程《材料科学基础》、《材料性能学》等以及机械专业《机械原理》、《机械设计》等课程的实验教学需求。还可以作为科研设备,可作为相关科研项目的试验设备。
附图说明
图1是本发明实施例中摩擦试验机的结构示意图。
图2是本发明实施例中摩擦试验机的滑动试验块部分局部结构放大图。
图3是本发明实施例中摩擦试验机的主视示意图。
图4是本发明实施例中摩擦试验机的侧面示意图。
图5是本发明实施例中滑轮机构结构示意图。
图6是本发明实施例中滑动试验块受力示意图。
图7是本发明实施例中滑动试验块表面不涂防护材料时拉力传感器采集数据后的历史曲线分析图。
图8是本发明实施例中滑动试验块表面不涂防护材料时压力传感器采集数据后的历史曲线分析图。
图9是本发明实施例中滑动试验块表面涂防护材料时拉力传感器采集数据后的历史曲线分析图。
图10是本发明实施例中滑动试验块表面涂防护材料时压力传感器采集数据后的历史曲线分析图。
图11是本发明实施例中加有玻璃罩的摩擦试验机三维结构图。
图中,1-试验台,2-压力传感器,3-下固定试验块,4-滑动试验块,5-上固定试验块,6-螺旋加压装置,7-挡板,8-钢丝绳,9-滑轮,10-拉力传感器,11-吊重托盘,12-滑轮支架,13-竖向支架,14-加圧板,15-螺纹套筒,16-螺纹杆,17-手轮,18-横向支架。
具体实施方式
如图1至图5所示,一种重载多工况摩擦试验机,其包括试验台1、压力传感器2、下固定试验块3、滑动试验块4、上固定试验块5、螺旋加压装置6、恒拉力装置、以及数据处理终端,所述下固定试验块3设于压力传感器2顶部,压力传感器2固定在试验台1上,下固定试验块3上表面放置滑动试验块4,滑动试验块4上方设有上固定试验块5,滑动试验块4设于上固定试验块5和下固定试验块3之间,滑动试验块4与上固定试验块5和下固定试验块3之间分别形成摩擦面;所述螺旋加压装置6设于上固定试验块5上,用于给上固定试验块5加压,并通过压力传感器2显示实时压力;所述滑动试验块4通过钢丝绳8与恒拉力装置相连,恒拉力装置通过钢丝绳8为滑动试验块4提供恒定的拉力,所述恒拉力装置的拉力数据和压力传感器2和测得压力数据通过数据线导入数据处理终端。
所述螺旋加压装置6通过改变竖直方向的进程来改变施加的压力,其包括固定支架、加压板14、螺纹杆16、螺纹套筒15和手轮17,所述固定支架包括竖向支架13和横向支架18,竖向支架13与试验台1固定相连,横向支架18固定于竖向支架13顶部,加圧板14设于竖向支架13上,且加圧板14与竖向支架13之间设有能相对上下滑动的滑动副,所述螺纹套筒15为设有内螺纹的套筒,螺纹套筒15底部固定在加圧板14上,螺纹杆16上部通过轴承固定在横向支架18上,螺纹杆16下部与螺纹套筒15内螺纹配合相连,所述手轮17与螺纹杆16的顶部固定相连,加圧板14压在上固定试验块5上表面,通过手轮17转动螺纹杆16使加圧板14往下压,为上固定试验块5提供压力。
所述恒拉力装置包括滑轮9、拉力传感器10、以及吊重托盘11,所述滑轮9通过滑轮支架12固定在试验台1边上,用钢丝绳8将拉力传感器10和吊重托盘11串联,然后将钢丝绳8绕过滑轮9与滑动试验块4固定相连,通过在吊重托盘11内添加重物来为钢丝绳8提供恒定拉力,并通过拉力传感器10校正读数,滑轮9的高度设置保证滑轮9与滑动试验块4之间的钢丝绳8为水平方向。
所述上固定试验块5和下固定试验块3靠近钢丝绳8一侧的试验台1上固定设有挡板7,所述挡板7用于防止在钢丝绳8拉滑动试验块4时,上固定试验块5和下固定试验块3产生滑动。
所述螺旋加压装置6提供的最大压力载荷不小于20Mpa。
该重载多工况摩擦试验机能测试金属材料、防护涂层或润滑油的摩擦系数。
而且,该装置的外部可以添置一个玻璃罩,玻璃罩内部可以改变环境(如:温度,湿度)从而模仿复杂工况,进而能研究不同工况下的材料的摩擦系数。
所述滑动试验块4上设置百分表,通过百分表观察滑动试验块4是否滑动。
本发明测试载荷可以调整,最大能达到20MPa;能测试包括金属材料、防护涂层、润滑油等在内的摩擦系数;能改变测试环境工况(环境温度:-10℃~60℃;湿度:0~100%)。
通过改变滑动试验块4或下固定试验块3及上固定试验块5的材质来测试不同材料的摩擦系数,也可通过在滑动试验块4表面涂其他材料涂层来测试同材料摩擦系数,还可改变滑动试验块4表面粗糙度来测试不同粗糙度下相同材料的摩擦系数,测试时,按上述方案装配好重载多工况摩擦试验机,将钢丝绳8与滑动试验块4相连,然后将钢丝绳8绕过滑轮9与拉力传感器10以及吊重托盘11相连,实验时通过螺旋加压装置6给滑动试验块4施加一个恒定的压力,并通过压力传感器2记录,然后往吊重托盘11内添加砝码重物,通过拉力传感器10记录拉力,直至滑动试验块4滑动,然后通过数据处理终端来计算得出该滑动试验块4表面的摩擦系数,对于确定滑动试验块4滑动,也可在滑动试验块4上设置百分表,通过百分表观察滑动试验块4是否滑动。
重载多工况摩擦试验机还设有将试验台1、压力传感器2、下固定试验块3、滑动试验块4、上固定试验块5和螺旋加压装置6围起来形成密封空间的玻璃罩,在玻璃罩内设置冰块、加热器或加湿器改变密封空间内环境温度和湿度,测量温度和湿度对防护材料摩擦系数的影响。
下面是一个具体应用的例子:
本发明测试涂覆防护材料后滑动试验块4试样表面的(静)摩擦系数,检验防护材料能否满足升船机安全机构螺纹副自锁性要求由于影响摩擦系数的因素众多,结合三峡升船机安全机构螺纹副实际工作环境,本项目在确定防护材料最佳涂覆工艺参数(紫外灯照射时间和防护材料厚度)的基础上,测试在涂覆有防护材料摩擦副表面存在水、油(污)以及载荷变化、环境温湿度变化等工况下的(静)摩擦系数,模拟安全机构螺纹副表面的实时情况,检验其自锁性。
摩擦试验机工作时,通过螺旋加压装置6对固定试验块施加竖直方向载荷FN,在吊重托盘11上添加重物对滑动试验块4施加水平方向载荷FT。采用(竖直方向)压力传感器2(型号PWEBM-2T)和(水平方向)拉力传感器10(型号PWSB-1.5T),分别测量螺旋加压装置6施加实时压力值和水平方向载荷的拉力值。水平方向拉力逐渐增大,通过百分表观察滑动试验块4是否产生滑动。
摩擦试验机的固定试验块与滑动试验块4的受力如图6所示,固定试验块包括上固定试验块5和下固定试验块3。
滑动试验块4为上、下两面摩擦,根据压力传感器2和拉力传感器10测得的数值,可得材料间的摩擦系数为:
螺杆螺母柱摩擦副的当量摩擦系数为:其中,α=20°为螺母柱螺纹牙侧角。螺杆螺母柱摩擦副自锁条件为:其中,γ=5.64°为螺杆螺母柱摩擦副的螺旋升角。
摩擦试验机上部设有玻璃罩,可以通过冰块、加热器和加湿器改变环境温度和湿度,模拟升船机环境工况的变化,检验温度和湿度对防护材料摩擦系数的影响。
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
滑动试验块4试样表面不涂防护材料的摩擦性能。
工程清洁滑动试验块4试样摩擦对偶面、无防护材料,滑动试验块4试样表面摩擦系数测试结果如图7、8所示(环境温度13.2℃,相对湿度85%)。(静)摩擦实验中,滑动试验块4先产生0~2mm滑动,在滑动试验块4稳定后,读取(静)摩擦力。
试验时,将压力FN加到302Kgf(载荷5.0MPa),拉力FT逐步加到72Kgf时滑动试验块4开始滑动,则无防护涂层时滑动试验块4试样当量摩擦系数为:
滑动试验块4试样表面涂润滑油摩擦性能。
在滑动试验块4试样摩擦对偶面涂一层壳牌汽车润滑油,表面摩擦系数测试结果如图9、10所示(环境温度13.2℃,相对湿度85%)。(静)摩擦实验中,滑动试验块4先产生0~2mm滑动,在滑动试验块4稳定后,读取(静)摩擦力。
试验时,将压力FN加到282Kgf(载荷4.7MPa),拉力FT逐步加到25Kgf时滑动试验块4开始滑动,则表面有润滑油时当量摩擦系数为:
小结
表4.1不涂防护材料、摩擦表面涂润滑油的摩擦性能
摩擦表面状态 | 环境温度 | 相对湿度 | 当量摩擦系数 |
摩擦对偶表面工程清洁、无防护材料 | 13.2℃ | 85% | 0.127 |
摩擦对偶面涂壳牌润滑油 | 13.2℃ | 85% | 0.047 |
(1)滑动试验块4试样表面无防护材料时,当量摩擦系数约为0.127;
(2)滑动试验块4试样表面涂壳牌汽车润滑油,当量摩擦系数约为0.047。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种重载多工况摩擦试验机,其特征在于:其包括试验台、压力传感器、下固定试验块、滑动试验块、上固定试验块、螺旋加压装置、恒拉力装置、以及数据处理终端,所述下固定试验块设于压力传感器顶部,压力传感器固定在试验台上,下固定试验块上表面放置滑动试验块,滑动试验块上方设有上固定试验块,滑动试验块设于上固定试验块和下固定试验块之间;所述螺旋加压装置设于上固定试验块上,用于给上固定试验块加压,并通过压力传感器显示实时压力;所述滑动试验块通过钢丝绳与恒拉力装置相连,恒拉力装置通过钢丝绳为滑动试验块提供恒定的拉力,所述恒拉力装置的拉力数据和压力传感器和测得压力数据通过数据线导入数据处理终端。
2.根据权利要求1所述一种重载多工况摩擦试验机,其特征在于:所述螺旋加压装置包括固定支架、加圧板、螺纹套筒、螺纹杆和手轮,所述固定支架包括竖向支架和横向支架,竖向支架与试验台固定相连,横向支架固定于竖向支架顶部,加圧板设于竖向支架上,且加圧板与竖向支架之间设有能相对上下滑动的滑动副,所述螺纹套筒为设有内螺纹的套筒,螺纹套筒底部固定在加圧板上,螺纹杆上部通过轴承固定在横向支架上,螺纹杆下部与螺纹套筒螺纹配合相连,所述手轮与螺纹杆的顶部固定相连,加圧板压在上固定试验块上表面,通过手轮转动螺纹杆使加圧板往下压,为上固定试验块提供压力。
3.根据权利要求1所述一种重载多工况摩擦试验机,其特征在于:所述恒拉力装置包括滑轮、拉力传感器、以及吊重托盘,所述滑轮通过滑轮支架固定在试验台边上,用钢丝绳将拉力传感器和吊重托盘串联,然后将钢丝绳绕过滑轮与滑动试验块固定相连,通过在吊重托盘内添加重物来为钢丝绳提供恒定拉力,并通过拉力传感器校正读数,滑轮的高度设置保证滑轮与滑动试验块之间的钢丝绳为水平方向。
4.根据权利要求1所述一种重载多工况摩擦试验机,其特征在于:所述上固定试验块和下固定试验块靠近钢丝绳一侧的试验台上固定设有挡板,所述挡板用于防止在钢丝绳拉滑动试验块时,上固定试验块和下固定试验块产生滑动。
5.根据权利要求2所述一种重载多工况摩擦试验机,其特征在于:所述螺旋加压装置提供的最大压力载荷不小于20Mpa。
6.根据权利要求1所述一种重载多工况摩擦试验机,其特征在于:所述滑动试验块上设置百分表,通过百分表观察滑动试验块是否滑动。
7.根据权利要求1-6任意一项所述一种重载多工况摩擦试验机,其特征在于:该重载多工况摩擦试验机用于测试金属材料、防护涂层或润滑油的摩擦系数。
8.根据权利要求1所述一种重载多工况摩擦试验机,其特征在于:还设有将试验台、压力传感器、下固定试验块、滑动试验块、上固定试验块和螺旋加压装置围起来形成密封空间的玻璃罩,在玻璃罩内设置冰块、加热器或加湿器改变密封空间内环境温度和湿度,测量温度和湿度对防护材料摩擦系数的影响。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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