CN107084897B - 一种单驱差动两组圆盘的四点接触轴承球滑/滚摩擦磨损试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单驱差动两组圆盘的四点接触轴承球滑/滚摩擦磨损试验机，包括四圆盘机构，第一陪试机构，第二陪试机构，传动机构，连杆机构，在线测量机构；所述四圆盘机构与其对应的第一陪试机构，第二陪试机构通过花键连接；所述第一陪试机构和第二陪试机构与传动机构，一端通过齿轮连接，另一端通过皮带轮连接；所述连杆机构分别通过连杆连接在第一陪试机构和第二陪试机构上，所述在线测量机构安装在四圆盘机构上，测量四圆盘机构的位移量。本发明通过改变轴之间的传动比，使得被试轴承球在实验过程中产生滑动，从而模拟滑/滚状态，采用电涡流位移传感器，通过测量陪试机构的位移量，计算出被试球实时的磨损量。

Description

一种单驱差动两组圆盘的四点接触轴承球滑/滚摩擦磨损试 验机

技术领域

本发明涉及一种单驱差动两组圆盘的四点接触轴承球滑/滚摩擦磨损试验机，属于滚动摩擦磨损技术领域。

背景技术

磨损是机械零部件三种主要的失效形式之一，轴承、齿轮等滚动摩擦磨损和零件材料、工况及使用环境等因素紧密相关。因此能模拟实际工况的专业摩擦磨损试验机是摩擦学试验研究必不可少的工具。进行摩擦磨损试验的目的是要模拟实际的摩擦系统，在实验室再现摩擦磨损现象及其规律性，探究轴承球与对偶件之间的摩擦磨损机理及其影响因素，并提供相应的摩擦磨损数据，为以后的轴承、齿轮等零件的磨损研究提供依据。

研究轴承、齿轮等零件的摩擦磨损特性的关键是要模拟它们的实际工作状态，收集有效的磨损量数据。传统摩擦磨损试验机被试件仅仅局限于滚动或滑动运动方式，而且由于磨损的时间较长，很难得到大量的摩擦磨损数据。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种单驱差动两组圆盘的四点接触轴承球滑/滚摩擦磨损试验机，更能模拟轴承球在实际工作中的情况，又能够进行自动化实验，采用多点接触的摩擦磨损试验机，减少实验时间，对实验数据的获取和以后的理论研究具有积极的意义。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单驱差动两组圆盘的四点接触轴承球滑/滚摩擦磨损试验机，包括四圆盘机构，第一陪试机构，第二陪试机构，传动机构，连杆机构，在线测量机构；所述四圆盘机构与其对应的第一陪试机构，第二陪试机构通过花键连接；所述第一陪试机构和第二陪试机构与传动机构，一端通过齿轮连接，另一端通过皮带轮连接；所述连杆机构分别通过连杆连接在第一陪试机构和第二陪试机构上，所述在线测量机构安装在四圆盘机构上，测量四圆盘机构的位移量。

所述四圆盘机构包括上陪试盘，下陪试盘，前陪试盘，后陪试盘，被试轴承球；所述上陪试盘，下陪试盘，前陪试盘，后陪试盘分别从上，下，前，后四个方向夹紧被试轴承球，使得被试轴承球有四个接触点。

所述第一陪试机构和第二陪试机构结构相同，包括固定轴，上滑块，下滑块，螺纹轴，上驱动轴，下驱动轴，上弹簧，下弹簧；所述上滑块和下滑块与固定轴相连接，上滑块和下滑块能够在固定轴上滑动，但不能转动；所述螺纹轴分别通过螺纹连接上滑块和下滑块，转动螺纹轴使得上滑块和下滑块同时向下加载；所述上驱动轴，下驱动轴分别与上滑块，下滑块通过一对轴承连接，上驱动轴，下驱动轴随着上滑块，下滑块上下滑动；所述四圆盘机构上的陪试盘与上驱动轴，下驱动轴分别通过上弹簧，下弹簧连接，弹簧压缩时，力加载到四圆盘机构上的陪试盘上。

所述传动机构包括主动轴，从动轴，主动轴惰轮，从动轴惰轮，主动轴皮带，从动轴皮带；所述主动轴与从动轴通过一对锥齿轮相连接，改变速度的方向；所述主动轴一侧通过主动轴惰轮与第二陪试机构的上驱动轴连接，另一侧通过主动轴皮带与第二陪试机构的下驱动轴连接，使得第二陪试机构的上下驱动轴速度方向相反；所述从动轴一侧通过从动轴惰轮与第一陪试机构的上驱动轴连接，另一侧通过从动轴皮带与第一陪试机构的下驱动轴连接，使得第一陪试机构的上下驱动轴速度方向相反；通过改变主动轴与从动轴的传动比，第一陪试机构与第二陪试机构产生速度差，从而使与第一陪试机构，第二陪试机构连接的四圆盘机构与被试轴承球产生相对滑动。

所述在线测量机构包括上位移传感器，下位移传感器，上垫圈，下垫圈；所述上垫圈，下垫圈分别与四圆盘机构上的陪试盘相连接，四圆盘机构上的陪试盘的位移即垫圈位移；所述上位移传感器，下位移传感器安装在被试轴承球的两侧，所述上位移传感器，下位移传感器分别测量上垫圈，下垫圈的位移量，即测得四圆盘机构的陪试盘的位移量，测得被试轴承球两侧的位移，得到被试轴承球实时的磨损量，实现磨损量在线测量。

本发明与现有技术比较，具有显而易见的实质性特点和优点：

通过改变轴之间的传动比，使得被试轴承球在实验过程中产生滑动，从而模拟滑/滚状态。通过盘-球-盘接触的形式，可以将试验对象的直径范围缩小到2-8mm，而且轴承球在实验过程中是四点接触，大大减少了摩擦磨损实验的时间。通过位移传感器，可测得摩擦磨损过程实时的位移量，实现磨损量的在线测量。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中四圆盘机构示意图。

图3为本发明中陪试机构示意图。

图4为本发明中传动机构示意图。

图5为本发明中在线测量机构示意图。

具体实施方式

本发明的实施例结合附图详述如下：

如图1所示，一种单驱差动两组圆盘的四点接触轴承球滑/滚摩擦磨损试验机，包括四圆盘机构Ⅰ，第一陪试机构Ⅱ，第二陪试机构Ⅲ，传动机构Ⅳ，连杆机构Ⅴ，在线测量机构Ⅵ；所述四圆盘机构Ⅰ与其对应的第一陪试机构Ⅱ，第二陪试机构Ⅲ通过花键连接；所述第一陪试机构Ⅱ和第二陪试机构Ⅲ与传动机构Ⅳ，一端通过齿轮连接，另一端通过皮带轮连接；所述连杆机构Ⅴ分别通过连杆连接在第一陪试机构Ⅱ和第二陪试机构Ⅲ上，所述在线测量机构Ⅵ安装在四圆盘机构Ⅰ上，测量四圆盘机构Ⅰ的位移量。

如图2所示，所述四圆盘机构Ⅰ包括上陪试盘1，下陪试盘2，前陪试盘3，后陪试盘4，被试轴承球5；所述上陪试盘1，下陪试盘2，前陪试盘3，后陪试盘4分别从上，下，前，后四个方向夹紧被试轴承球5，使得被试轴承球5有四个接触点。

如图3所示，所述第一陪试机构Ⅱ和第二陪试机构Ⅲ结构相同，包括固定轴6，上滑块7，下滑块8，螺纹轴9，上驱动轴10，下驱动轴11，上弹簧12，下弹簧13；所述上滑块7和下滑块8与固定轴6相连接，上滑块7和下滑块8能够在固定轴6上滑动，但不能转动；所述螺纹轴9分别通过螺纹连接上滑块7和下滑块8，转动螺纹轴9使得上滑块7和下滑块8同时向下加载；所述上驱动轴10，下驱动轴11分别与上滑块7，下滑块8通过一对轴承连接，上驱动轴10，下驱动轴11随着上滑块7，下滑块8上下滑动；所述四圆盘机构Ⅰ上的陪试盘与上驱动轴10，下驱动轴11分别通过上弹簧12，下弹簧13连接，弹簧压缩时，力加载到四圆盘机构Ⅰ上的陪试盘上。

如图4所示，所述传动机构Ⅳ包括主动轴14，从动轴15，主动轴惰轮16，从动轴惰轮17，主动轴皮带18，从动轴皮带19；所述主动轴14与从动轴15通过一对锥齿轮相连接，改变速度的方向；所述主动轴14一侧通过主动轴惰轮16与第二陪试机构Ⅲ的上驱动轴连接，另一侧通过主动轴皮带18与第二陪试机构Ⅲ的下驱动轴连接，使得第二陪试机构Ⅲ的上下驱动轴速度方向相反；所述从动轴15一侧通过从动轴惰轮17与第一陪试机构Ⅱ的上驱动轴连接，另一侧通过从动轴皮带19与第一陪试机构Ⅱ的下驱动轴连接，使得第一陪试机构Ⅱ的上下驱动轴速度方向相反；通过改变主动轴14与从动轴15的传动比，第一陪试机构Ⅱ与第二陪试机构Ⅲ产生速度差，从而使与第一陪试机构Ⅱ，第二陪试机构Ⅲ连接的四圆盘机构Ⅰ与被试轴承球5产生相对滑动。

如图5所示，所述在线测量机构Ⅵ包括上位移传感器20，下位移传感器21，上垫圈22，下垫圈23；所述上垫圈22，下垫圈23分别与四圆盘机构Ⅰ上的陪试盘相连接，四圆盘机构Ⅰ上的陪试盘的位移即垫圈位移；所述上位移传感器20，下位移传感器21安装在被试轴承球5的两侧，所述上位移传感器20，下位移传感器21分别测量上垫圈22，下垫圈23的位移量，即测得四圆盘机构Ⅰ的陪试盘的位移量，测得被试轴承球5两侧的位移，得到被试轴承球5实时的磨损量，实现磨损量在线测量。

本发明的工作过程和原理如下：

本发明通过盘-球-盘接触的形式，可以将试验球的直径范围缩小到2-8mm。被试轴承球5在实验过程中被可旋转的四圆盘机构Ⅰ夹紧，因此限制了被试轴承球5位移，但并没有限制其旋转，使得被试轴承球5能够在无需保持架以及内外圈的情况下就能模拟出滑/滚工况，而且被试轴承球5旋转一周，同一点磨损四次，与传统的两点接触相比，试验时间缩短了一半，并且磨损仅发生在被试轴承球5的同一截面圆周上，磨损更加集中，磨损速度更快。通过在被试轴承球5的两侧放置上位移传感器20，下位移传感器21，可测得摩擦磨损过程的实时位移量，实现磨损量的在线测量。

通过改变传动机构中从动轴15与主动轴14的传动比，使被试轴承球5与空间垂直错位设置的四圆盘机构Ⅰ之间产生速度差，从而使得被试轴承球5与四圆盘机构Ⅰ产生滑动，通过控制传动比，可以控制滑/滚比的大小。

分别调节第一陪试机构Ⅱ和第二陪试机构Ⅲ的上弹簧12，下弹簧13，对四圆盘机构Ⅰ施加压力，最终通过上陪试盘1，下陪试盘2，前陪试盘3，后陪试盘4将被试轴承球5夹紧。主动轴14将速度传递给从动轴15，其中，主动轴14一侧通过主动轴惰轮16与第二陪试机构Ⅲ的上驱动轴10连接，另一侧通过主动轴皮带18与第二陪试机构Ⅲ的下驱动轴11连接，使得第二陪试机构Ⅲ的上下驱动轴速度方向相反；从动轴15一侧通过从动轴惰轮17与第一陪试机构Ⅱ的上驱动轴10连接，另一侧通过从动轴皮带19与第一陪试机构Ⅱ的下驱动轴11连接，使得第一陪试机构Ⅱ的上下驱动轴速度方向相反。第一陪试机构Ⅱ和第二陪试机构Ⅲ的上下驱动轴分别通过花键与四圆盘机构Ⅰ连接，因此，四圆盘机构Ⅰ在对被试轴承球5施加压力同时获得对应驱动轴的转速，通过改变从动轴15与主动轴14的传动比，可以使得被试轴承球5与四圆盘机构Ⅰ接触点产生速度差，从而产生滑/滚。通过在被试轴承球5的两侧各放置一个位移传感器20，测得摩擦磨损过程的实时位移量，实现磨损量的在线测量。

Claims (4)

1.一种单驱差动两组圆盘的四点接触轴承球滑-滚摩擦磨损试验机，其特征在于，包括四圆盘机构（Ⅰ），第一陪试机构（Ⅱ），第二陪试机构（Ⅲ），传动机构（Ⅳ），连杆机构（Ⅴ），在线测量机构（Ⅵ）；所述四圆盘机构（Ⅰ）与其对应的第一陪试机构（Ⅱ），第二陪试机构（Ⅲ）分别通过花键连接；所述第一陪试机构（Ⅱ）和第二陪试机构（Ⅲ）分别与传动机构（Ⅳ），一端通过齿轮连接，另一端通过皮带轮连接；所述连杆机构（Ⅴ）分别通过连杆连接在第一陪试机构（Ⅱ）和第二陪试机构（Ⅲ）上，所述在线测量机构（Ⅵ）安装在四圆盘机构（Ⅰ）上，测量四圆盘机构（Ⅰ）的位移量；

所述四圆盘机构（Ⅰ）包括上陪试盘（1），下陪试盘（2），前陪试盘（3），后陪试盘（4），被试轴承球（5）；所述上陪试盘（1），下陪试盘（2），前陪试盘（3），后陪试盘（4）分别从上，下，前，后四个方向夹紧被试轴承球（5），使得被试轴承球（5）有四个接触点；

上驱动轴（10）与上滑块（7）、下驱动轴（11）与下滑块（8）分别通过一对轴承连接，上驱动轴（10）随着上滑块（7）上下滑动，下驱动轴（11）随着下滑块（8）上下滑动；所述四圆盘机构（Ⅰ）上的陪试盘与上驱动轴（10）通过上弹簧（12）连接，所述四圆盘机构（Ⅰ）上的陪试盘与下驱动轴（11）通过下弹簧（13）连接，弹簧压缩时，力加载到四圆盘机构（Ⅰ）上的陪试盘上。

2.根据权利要求1所述的单驱差动两组圆盘的四点接触轴承球滑-滚摩擦磨损试验机，其特征在于，所述第一陪试机构（Ⅱ）和第二陪试机构（Ⅲ）结构相同，包括固定轴（6），上滑块（7），下滑块（8），螺纹轴（9），上驱动轴（10），下驱动轴（11），上弹簧（12），下弹簧（13）；所述上滑块（7）和下滑块（8）与固定轴（6）相连接，上滑块（7）和下滑块（8）能够在固定轴（6）上滑动，但不能转动；所述螺纹轴（9）分别通过螺纹连接上滑块（7）和下滑块（8），转动螺纹轴（9）使得上滑块（7）和下滑块（8）同时向下加载。

3.根据权利要求1所述的单驱差动两组圆盘的四点接触轴承球滑-滚摩擦磨损试验机，其特征在于，所述传动机构（Ⅳ）包括主动轴（14），从动轴（15），主动轴惰轮（16），从动轴惰轮（17），主动轴皮带（18），从动轴皮带（19）；所述主动轴（14）与从动轴（15）通过一对锥齿轮相连接，改变速度的方向；所述主动轴（14）一侧通过主动轴惰轮（16）与第二陪试机构（Ⅲ）的上驱动轴连接，另一侧通过主动轴皮带（18）与第二陪试机构（Ⅲ）的下驱动轴连接，使得第二陪试机构（Ⅲ）的上下驱动轴速度方向相反；所述从动轴（15）一侧通过从动轴惰轮（17）与第一陪试机构（Ⅱ）的上驱动轴连接，另一侧通过从动轴皮带（19）与第一陪试机构（Ⅱ）的下驱动轴连接，使得第一陪试机构（Ⅱ）的上下驱动轴速度方向相反；通过改变主动轴（14）与第二陪试机构（Ⅲ）的驱动轴的传动比，第一陪试机构（Ⅱ）与第二陪试机构（Ⅲ）产生速度差，从而使与第一陪试机构（Ⅱ），第二陪试机构（Ⅲ）连接的四圆盘机构（Ⅰ）与被试轴承球（5）产生相对滑动。

4.根据权利要求1所述的单驱差动两组圆盘的四点接触轴承球滑-滚摩擦磨损试验机，其特征在于，所述在线测量机构（Ⅵ）包括上位移传感器（20），下位移传感器（21），上垫圈（22），下垫圈（23）；所述上垫圈（22），下垫圈（23）分别与四圆盘机构（Ⅰ）上的陪试盘相连接，四圆盘机构（Ⅰ）上的陪试盘的位移即垫圈位移；所述上位移传感器（20），下位移传感器（21）安装在被试轴承球（5）的两侧，所述上位移传感器（20），下位移传感器（21）分别测量上垫圈（22），下垫圈（23）的位移量，即测得四圆盘机构（Ⅰ）的陪试盘的位移量，测得被试轴承球（5）两侧的位移，得到被试轴承球（5）实时的磨损量，实现磨损量在线测量。