CN107884297B - 一种可自调整面对面往复式摩擦测试装置及其测试方法 - Google Patents

一种可自调整面对面往复式摩擦测试装置及其测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了可自调整面对面往复式摩擦测试装置及其测试方法，带有上摩擦试件的上夹具连接在应变梁前端，应变梁后端与第一保持架连接，下旋转轴经由第二保持架设在运动平台上，下旋转轴轴心线沿运动平台的运动方向设置，带有下摩擦试件的下夹具位于上夹具下方并设在下旋转轴顶部，以围绕下旋转轴的轴心线调节上、下摩擦试件之间的接触面；运动平台设在往复运动电机之上，以带动下摩擦试件相对上摩擦试件做直线往复运动，同时设在应变梁上的应变片采集摩擦数据；下夹具通过下旋转轴转动，使下摩擦试件可绕下旋转轴做微调整，实现了与上摩擦试件的接触面紧密贴合，并在运动期间，下摩擦试件也可自行微调，提高了面面接触摩擦的真实性和准确度。

Description

一种可自调整面对面往复式摩擦测试装置及其测试方法
技术领域
本发明涉及摩擦学性能测试设备及其测试方法领域，尤其涉及的是一种可自调整面对面往复式摩擦测试装置及其测试方法。
背景技术
往复式摩擦是一种常见的摩擦形式，研究往复式摩擦对于评价材料的摩擦特性具有重要的意义。
目前，测试往复式摩擦特性的方式主要有球-平面式、销-平面式、圆柱-圆柱式和以及平面-平面式等形式；其中，平面-平面式属于面面接触摩擦，相对于点面接触摩擦或者线面接触摩擦而言，面面接触摩擦因具有较大的接触面，易导致接触面的不完全接触，从而造成采集的摩擦信号不能真实反映出面对面摩擦的特性。
传统的平面-平面式摩擦测试装置通常都是依靠加工及安装精度来控制摩擦面的接触状态，但是并不能保证摩擦面的完全接触。
因此，如何保证面对面往复运动过程中摩擦面的完全接触，以及如何准确测得面对面往复式摩擦特性成为重要的技术难题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种可自调整面对面往复式摩擦测试装置，可提高面面接触摩擦的真实性和准确度，且结构简单。
同时，本发明还提供一种可自调整面对面往复式摩擦测试装置的测试方法，可提高面面接触摩擦的真实性和准确度，且操作简单。
本发明的技术方案如下：一种可自调整面对面往复式摩擦测试装置，包括第一保持架、应变梁、上夹具、下夹具、下旋转轴、第二保持架、运动平台、往复运动电机；其中，所述下夹具位于上夹具的下方，所述上夹具的底部设置有上摩擦试件，所述下夹具的顶部设置有下摩擦试件；所述应变梁上设置有应变片，所述应变梁的后端连接在第一保持架上，所述上夹具连接在应变梁的前端，所述下旋转轴经由第二保持架设置在运动平台上，且该下旋转轴的轴心线沿所述运动平台的运动方向设置，所述下夹具设置在下旋转轴的顶部，用于围绕所述下旋转轴的轴心线调节上、下摩擦试件之间的接触面；所述运动平台设置在往复运动电机之上，用于在该往复运动电机的驱动下，所述下夹具带动下摩擦试件相对静止的上摩擦试件做直线往复运动，同时所述应变梁上的应变片采集上、下摩擦试件之间的摩擦信号。
所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其中：所述上夹具经由上夹具基座连接在应变梁的前端，在所述上夹具基座上设置有上旋转轴，且该上旋转轴的轴心线沿所述应变梁的长度方向设置，所述上夹具连接在上夹具基座的底部，用于围绕所述上旋转轴的轴心线调节上、下摩擦试件之间的接触面。
所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其中：所述应变梁的后端经由摆动梁连接在第一保持架上，所述摆动梁中部的两侧分别设置有转动轴，所述转动轴通过滚动轴承将该摆动梁连接在第一保持架中，且在所述第一保持架的顶部还设置有调节螺杆，用于调平所述应变梁。
所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其中：所述应变梁的前端设置有加载盘，该加载盘位于所述上夹具的正上方，用于增减定量的砝码，以调节对上下摩擦试件所施加正压力的载荷；所述摆动梁的后端通过配重杆连接有配重块，用于平衡和稳定所述应变梁。
所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其中：所述第一保持架设置在Z方向位移台上，用于通过该Z方向位移台调节所述上夹具相对于下夹具之间的间距。
所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其中：所述Z方向位移台设置在X方向位移台上，用于通过该X方向位移台调节上摩擦试件相对于下摩擦试件沿所述应变梁长度方向的相对位置。
所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其中：所述X方向位移台和往复运动电机均设置在试验台基座上，用于承载所述Z方向位移台、第一保持架、应变梁、上夹具、上摩擦试件、下摩擦试件、下夹具、下旋转轴、第二保持架以及运动平台。
所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其中：所述下旋转轴的两端分别通过各自的轴承连接在相应的第二保持架上。
所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其中：所述下夹具上设置有垫板，并通过锁紧螺钉进行锁紧固定，所述下摩擦试件设置在该垫板上，用于沿所述下旋转轴轴心线调节下摩擦试件相对上摩擦试件的相对位置。
一种可自调整面对面往复式摩擦测试装置的测试方法，其特征在于：采用上述中任一项所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置对上、下摩擦试件之间的摩擦信号进行测试，具体包括以下步骤：
A、对待测试的上摩擦试件和下摩擦试件分别进行装夹和固定；
B、对待测试的上摩擦试件和下摩擦试件进行位置调整和受力加载；
C、启动往复运动电机，由所述应变片采集应变梁的变化信号，并利用摩擦信号放大装置进行分析和记录。
本发明所提供的一种可自调整面对面往复式摩擦测试装置及其测试方法，由于采用了下旋转轴，在上、下摩擦试件接触的过程中，下夹具通过下旋转轴的转动，使得下摩擦试件可绕图1的Y轴进行微调整，以实现与上摩擦试件的接触面紧密贴合，同时在运动平台的运动过程中，下摩擦试件也可自行微调，提高了面面接触摩擦的真实性和准确度，且结构简单。
附图说明
图1是本发明可自调整面对面往复式摩擦测试装置实施例的结构示意图；
图2是本发明可自调整面对面往复式摩擦测试装置实施例与上摩擦试件相关的零部件放大半剖示意图；
图3是本发明可自调整面对面往复式摩擦测试装置实施例与下摩擦试件相关的零部件放大半剖示意图；
图4是本发明可自调整面对面往复式摩擦测试装置实施例测试不锈钢与碳膜的摩擦力曲线图；
图5是本发明可自调整面对面往复式摩擦测试装置实施例测试不锈钢与硅的摩擦力曲线图。
其中，图1~3中所用各标号的零部件名称有：试验台基座1、X方向位移台2、Z方向位移台3、第一保持架4、配重块5、配重杆6、调节螺杆7、转动轴8、摆动梁9、应变梁10、砝码11、加载盘12、上夹具基座13、上旋转轴14、上夹具15、下夹具16、下旋转轴17、第二保持架18、运动平台19、往复运动电机20、上摩擦试件21、锁紧螺钉22、下摩擦试件23、垫板24和轴承25。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。
如图1所示，图1是本发明可自调整面对面往复式摩擦测试装置实施例的结构示意图；该自调整面对面往复式摩擦测试装置包括第一保持架4、应变梁10、上夹具15、下夹具16、下旋转轴17、第二保持架18、运动平台19、往复运动电机20；其中，所述下夹具16位于上夹具15的下方，所述上夹具15的底部设置有上摩擦试件，所述下夹具16的底部设置有下摩擦试件；所述应变梁10上设置有应变片，所述应变梁10的后端连接在第一保持架4上，所述上夹具15连接在应变梁10的前端，所述下旋转轴17经由第二保持架18设置在运动平台19上，且该下旋转轴17的轴心线沿所述运动平台19的运动方向设置，所述下夹具16设置在下旋转轴17的顶部，并可随该下旋转轴17转动，用于围绕所述下旋转轴17的轴心线调节上、下摩擦试件之间的接触面；所述运动平台19设置在往复运动电机20之上，用于在该往复运动电机20的驱动下，由所述下夹具16带动下摩擦试件相对静止的上摩擦试件做直线往复运动，同时由所述应变梁10上的应变片采集上、下摩擦试件之间的摩擦信号。
本发明可自调整面对面往复式摩擦测试装置，在上、下摩擦试件接触的过程中，下夹具16通过下旋转轴17的转动，使得下摩擦试件具有一个转动自由度，使其可绕图1的Y轴进行微调整，实现了与上摩擦试件的接触面紧密贴合，同时在运动平台19的运动过程中，下摩擦试件也可自行微调，明显提高了面面接触摩擦的真实性和准确度，且结构简单。
结合图2所示，图2是本发明可自调整面对面往复式摩擦测试装置实施例与上摩擦试件相关的零部件放大半剖示意图；进一步地，所述上夹具15经由上夹具基座13连接在应变梁10的前端，在所述上夹具基座13上设置有上旋转轴14，且该上旋转轴14的轴心线沿所述应变梁10的长度方向设置，所述上夹具15连接在上夹具基座13的底部，并可随该上旋转轴14摆动，用于围绕所述上旋转轴14的轴心线调节上、下摩擦试件之间的接触面。
由此，在上、下摩擦试件接触的过程中，一方面，下夹具16通过下旋转轴17的转动，使得下摩擦试件具有一个转动自由度，使其可绕图1中的Y轴进行微调整，另一方面，上夹具15通过上旋转轴14的转动，还使得上摩擦试件21也具有一个转动自由度，使其可绕图1中的X轴进行微调整，而且，上旋转轴14的轴心线与下旋转轴17的轴心线在空间上相互垂直，使得上摩擦试件21转动自由度的转动轴与下摩擦试件转动自由度的转动轴相互垂直，进一步保证了上、下摩擦试件之间接触面的紧密贴合程度，同时在运动平台19的运动过程中，上、下摩擦试件也可自行微调，显著提高了面面接触摩擦的真实性和准确度，且结构简单。
在本发明可自调整面对面往复式摩擦测试装置的具体实施方式中，较好的是，所述应变梁10的后端经由摆动梁9连接在第一保持架4上，所述摆动梁9中部的两侧分别设置有转动轴8，所述转动轴8通过滚动轴承将该摆动梁9连接在第一保持架4中，且在所述第一保持架4的顶部还设置有调节螺杆7，用于调平所述应变梁10，以确保上、下摩擦试件之间完全接触。
较好的是，所述应变梁10的前端设置有加载盘12，该加载盘12位于所述上夹具15的正上方，用于增减定量的砝码11，以调节对上下摩擦试件所施加正压力的载荷；所述摆动梁9的后端通过配重杆6连接有配重块5，用于平衡和稳定所述应变梁10。
较好的是，所述第一保持架4设置在Z方向位移台3上，用于通过该Z方向位移台3调节所述上夹具15相对于下夹具16的高度(或间距)，以适配测试不同厚度的上、下摩擦试件。
较好的是，所述Z方向位移台3设置在X方向位移台2上，用于通过该X方向位移台2沿所述应变梁10长度方向(即X轴方向)调节上摩擦试件21相对于下摩擦试件的相对位置。
具体的，所述X方向位移台2和往复运动电机20均设置在试验台基座1上，用于承载所述Z方向位移台3、第一保持架4、转动轴8、摆动梁9、配重杆6、配重块5、调节螺杆7、应变梁10、加载盘12、砝码11、上夹具基座13、上旋转轴14、上夹具15、上摩擦试件21、下摩擦试件、下夹具16、下旋转轴17、第二保持架18以及运动平台19。
结合图3所示，图3是本发明可自调整面对面往复式摩擦测试装置实施例与下摩擦试件相关的零部件放大半剖示意图；较好的是，所述下旋转轴17的两端分别通过各自的轴承25连接在相应的第二保持架18上，以实现Y轴方向的顺畅转动。
较好的是，所述下夹具16上设置有垫板24，并通过锁紧螺钉22进行锁紧固定，所述下摩擦试件23设置在该垫板24上，用于沿Y轴方向(即下旋转轴17轴心线方向)调节下摩擦试件23相对图2中的上摩擦试件21的相对位置。
基于上述可自调整面对面往复式摩擦测试装置实施例，本发明还提出了一种可自调整面对面往复式摩擦测试装置的测试方法，包括以下步骤：
步骤S610、对待测试的上摩擦试件21和下摩擦试件23分别进行装夹和固定：将上摩擦试件21通过双面胶粘贴在上夹具15的底面上，同时将下摩擦试件23也通过双面胶粘贴在垫板24的顶面上，并将该垫板24放在所述下夹具16上，通过锁紧螺钉22锁紧垫板24；
步骤S620、对待测试的上摩擦试件21和下摩擦试件23进行位置调整和受力加载：释放调节螺杆7，使得摆动梁9和应变梁10可转动，同时调节配重块5在配重杆6上的位置，使得上摩擦试件21的底面在加载盘12上不放砝码11的情况下处于目视水平的状态；
步骤S630、调节X方向位移台2，使得上摩擦试件21沿X轴方向正对下摩擦试件23；
步骤S640、调节Z方向位移台3，使得上摩擦试件21沿Z轴方向下移，并与下摩擦试件23相接触；
步骤S650、将定量的砝码11放入加载盘12，例如质量为100g的砝码11，通过其产生的重力，使得下摩擦试件23绕Y轴进行微调整，同时在设置有上旋转轴14的情况下也使得上摩擦试件21绕X轴进行微调整；
步骤S660、在保证上摩擦试件21与下摩擦试件23完全接触的情况下，启动往复运动电机20，带动运动平台19、第二保持架18、下旋转轴17、下夹具16、垫板24来回运动，连带设置在垫板24上的下摩擦试件23相对上摩擦试件21沿Y轴方向来回摩擦；
步骤S670、下摩擦试件23在摩擦力和反作用力的作用下，通过上夹具15、上旋转轴14和上夹具基座13传导并引发应变梁10来回变形，由设置在应变梁10上的应变片采集应变梁10的变化信号，并利用摩擦信号放大装置进行分析和记录。
本发明提供的一种可自调整面对面往复式摩擦测试装置的测试方法，上、下摩擦试件不仅在受力加载时可自行微调，同时在测试过程中也可自行微调，显著提高了面面接触摩擦的真实性和准确度，且操作简单。
测试实施例一、以15mm×15mm×1mm不锈钢的上摩擦试件21和30mm×30mm×0.5mm硅基体碳基薄膜的下摩擦试件23为例，如图4所示，图4是本发明可自调整面对面往复式摩擦测试装置实施例测试不锈钢与碳膜的摩擦力曲线图；该曲线展示了不锈钢与碳膜材料的摩擦副在进行面对面往复式摩擦过程中，经过上、下摩擦试件自调整之后，摩擦副之间的摩擦力大小随时间变化的情况，横坐标单位为min，纵坐标单位为N。
测试实施例二、以15mm×15mm×1mm不锈钢的上摩擦试件21和30mm×30mm×0.5mm硅基体的下摩擦试件23为例如图5所示，图5是本发明可自调整面对面往复式摩擦测试装置实施例测试不锈钢与硅的摩擦力曲线图；该曲线展示了不锈钢与硅材料的摩擦副在进行面对面往复式摩擦过程中，经过上、下摩擦试件自调整之后，摩擦副之间的摩擦力大小随时间变化的情况，横坐标单位为min，纵坐标单位为N。
应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其特征在于：包括第一保持架、应变梁、上夹具、下夹具、下旋转轴、第二保持架、运动平台、往复运动电机；其中，所述下夹具位于上夹具的下方，所述上夹具的底部设置有上摩擦试件，所述下夹具的顶部设置有下摩擦试件；所述应变梁上设置有应变片，所述应变梁的后端连接在第一保持架上，所述上夹具连接在应变梁的前端，所述下旋转轴经由第二保持架设置在运动平台上，且该下旋转轴的轴心线沿所述运动平台的运动方向设置，所述下夹具设置在下旋转轴的顶部，用于围绕所述下旋转轴的轴心线调节上、下摩擦试件之间的接触面；所述运动平台设置在往复运动电机之上，用于在该往复运动电机的驱动下，所述下夹具带动下摩擦试件相对静止的上摩擦试件做直线往复运动，同时所述应变梁上的应变片采集上、下摩擦试件之间的摩擦信号。
2.根据权利要求1所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其特征在于：所述上夹具经由上夹具基座连接在应变梁的前端，在所述上夹具基座上设置有上旋转轴，且该上旋转轴的轴心线沿所述应变梁的长度方向设置，所述上夹具连接在上夹具基座的底部，用于围绕所述上旋转轴的轴心线调节上、下摩擦试件之间的接触面。
3.根据权利要求1所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其特征在于：所述应变梁的后端经由摆动梁连接在第一保持架上，所述摆动梁中部的两侧分别设置有转动轴，所述转动轴通过滚动轴承将该摆动梁连接在第一保持架中，且在所述第一保持架的顶部还设置有调节螺杆，用于调平所述应变梁。
4.根据权利要求1所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其特征在于：所述应变梁的前端设置有加载盘，该加载盘位于所述上夹具的正上方，用于增减定量的砝码，以调节对上下摩擦试件所施加正压力的载荷；摆动梁的后端通过配重杆连接有配重块，用于平衡和稳定所述应变梁。
5.根据权利要求1所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其特征在于：所述第一保持架设置在Z方向位移台上，用于通过该Z方向位移台调节所述上夹具相对于下夹具之间的间距。
6.根据权利要求5所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其特征在于：所述Z方向位移台设置在X方向位移台上，用于通过该X方向位移台调节上摩擦试件相对于下摩擦试件沿所述应变梁长度方向的相对位置。
7.根据权利要求6所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其特征在于：所述X方向位移台和往复运动电机均设置在试验台基座上，用于承载所述Z方向位移台、第一保持架、应变梁、上夹具、上摩擦试件、下摩擦试件、下夹具、下旋转轴、第二保持架以及运动平台。
8.根据权利要求1所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其特征在于：所述下旋转轴的两端分别通过各自的轴承连接在相应的第二保持架上。
9.根据权利要求1所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置，其特征在于：所述下夹具上设置有垫板，并通过锁紧螺钉进行锁紧固定，所述下摩擦试件设置在该垫板上，用于沿所述下旋转轴轴心线调节下摩擦试件相对上摩擦试件的相对位置。
10.一种可自调整面对面往复式摩擦测试装置的测试方法，其特征在于：采用权利要求1至9中任一项所述的可自调整面对面往复式摩擦测试装置对上、下摩擦试件之间的摩擦信号进行测试，具体包括以下步骤：
A、对待测试的上摩擦试件和下摩擦试件分别进行装夹和固定；
B、对待测试的上摩擦试件和下摩擦试件进行位置调整和受力加载；
C、启动往复运动电机，由所述应变片采集应变梁的变化信号，并利用摩擦信号放大装置进行分析和记录。
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