CN107991045B - 线接触滑动摩擦振动噪声试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种线接触滑动摩擦振动噪声试验台。试验台采用平面试件与圆柱试件线接触的滑动运动形式，可实现线接触摩擦振动噪声试验；通过采用圆柱试件悬臂安装和可更换的零部件及支架设计，能够方便地进行拆装和试件更换，通过加载组件和同步带支撑组件对被测试件施加不同大小、不同速度的外载荷，可以实现不同表面粗糙度试件对、不同类型材料的试件对在不同载荷下的线接触滑动摩擦振动噪声测试；通过采用手动驱动方式，避免了采用电机驱动运动传递中间环节多、背景噪声大需要隔声处理等问题，降低了试验成本，并可以更加精确的研究线接触滑动运动形式下摩擦噪声的特性及影响因素。
Description
技术领域
本发明属机械工程中摩擦噪声试验技术领域，具体涉及一种线接触滑动摩擦振动噪声试验台。
背景技术
随着工业的发展与进步，工作环境的低噪声要求已经成为各种机械产品的重要评价指标，而工业设备和交通设备中的摩擦噪声的影响尤为直接和明显。不仅损害人耳听觉同时使得机械部件声疲劳，使用寿命减少。界面摩擦引起的振动与噪声是一种非常复杂的物理现象，涉及多种学科的相关知识，包括摩擦学，接触力学，动力学以及声学等。针对摩擦噪声的研究多依赖于试验手段，而研究较多的是面面接触的滑动接触，针对线接触形式的摩擦试验少之又少。
现有技术中，针对滑动摩擦振动噪声研究的接触形式多为点接触和面接触，如专利号为201210189588.0的专利“一种摩擦噪声的试验分析方法及其试验装置”和文献“D.W.Wang,J.L.Mo,et al.Noise performance improvements and tribologicalconsequences of a pad-on-disc system through groove-textured disc surface[J].Tribology International,2016,102:222-236”所公开的试验台，能够分别完成点接触及面接触形式滑动摩擦噪声的测量与研究，但对于线接触形式的滑动摩擦噪声，上述试验台不能实现，专利号为201620261624.3的专利“一种摩擦噪声研究装置”公开了的一种用于测试摩擦噪声的消声或者隔声装置，用于消除或减小测试过程中背景噪声的干扰，但并未提供具体产生摩擦噪声的试验装置。从已有专利和文献中可知摩擦噪声的研究存在缺乏线接触滑动摩擦噪声的试验研究以及噪声试验背景噪声难以消除或隔声成本高等难题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种线接触滑动摩擦振动噪声试验台。本发明试验台的驱动形式、安装方式和试件的运动形式能够实现对线接触滑动摩擦噪声的测试，同时能够保证试验台本身的低背景噪声，无需进行隔声装置设计，在安静的试验环境中即可进行试验，若条件允许还可以直接将本试验台安装在半消声室中进行摩擦噪声测量。
一种线接触滑动摩擦振动噪声试验台，其特征在于：主要包括基础平台(1)、加载组件(2)、平面试件(3)、圆柱试件(4)、测速传感器(5)、声学传感器(6)、支撑组件(7)、前联轴器(8)、扭矩传感器(9)、后联轴器(10)、同步带支撑组件(11)、小带轮(12)、同步带(13)、大带轮(14)、驱动摇臂(15)。其中，加载组件(2)、支撑组件(7)、同步带支撑组件(11)分别通过T型槽螺栓安装在基础平台(1)上；平面试件(3)通过U型槽安装在加载组件(2)上；圆柱试件(4)通过轴端挡圈安装在支撑组件(7)上；测速传感器(5)、声学传感器(6)以及扭矩传感器(9)分别通过螺栓安装在相应的支撑架上，支撑架通过T型槽螺栓安装在基础平台(1)上；测速传感器(5)用于测量圆柱试件(4)的转速，声学传感器(6)用于测量平面试件(3)和圆柱试件(4)之间的摩擦力矩，扭矩传感器(9)用于测量平面试件(3)和圆柱试件(4)之间的摩擦力矩；小带轮(12)和大带轮(14)分别通过轴端挡圈安装在同步带支撑组件(11)上；驱动摇臂(15)通过型面连接安装在同步带支撑组件(11)上。
所述的基础平台(1)根据安装、调节的需要，加工有T型槽，用于支撑整个试验台的零部件，基础平台(1)通过地脚螺栓与地面进行固连或放置在具有一定高度的平台上便于操作；基础平台(1)设计有定位台，分别用于加载组件(2)、支撑组件(7)和同步带支撑组件(11)的定位安装。
所述的加载组件(2)主要由丝杠(16)、卸载螺母(17)、加载螺母(18)、支架(19)、铜垫块(20)、压力传感器(21)以及试件支架(22)组成。其中，丝杠(16)穿过支架(19)的中部，下端安装卸载螺母(17)，上端安装加载螺母(18)；铜垫块(20)位于丝杠(16)顶端；压力传感器(21)下端与铜垫块(20)连接，压力传感器(21)上端与平面试件(3)连接；通过拧紧加载螺母(18)，使丝杠(16)产生向上位移从而给平面试件(3)提供向上位移，使平面试件(3)与圆柱试件(4)产生接触，压力传感器(21)测量的数值中除去平面试件(3)自身的重力即为两试件之间的接触压力；当拧紧卸载螺母(17)时，使丝杠(16)产生向下位移从而卸载，丝杠(16)继续向下会使平面试件(3)两端的圆柱杆对齐试件支架(22)上的开口槽并使丝杠(16)顶端与铜垫块(20)分离，从而更换平面试件(3)。
所述的支撑组件(7)主要由单孔轴承座(23)、试件轴(24)、前轴承盖(25)、单孔轴承盖(26)、后轴承盖(27)组成。试件轴(24)通过第一深沟球轴承(28)和第二深沟球轴承(30)支撑并安装在单孔轴承座(23)上，一端连接圆柱试件(4)，另一端通过前联轴器(8)与扭矩传感器(9)弹性连接，扭矩传感器(9)测量试件轴(24)上由于试件滑动产生的摩擦力矩；圆柱试件(4)外端由轴端挡圈进行轴向定位；在试件轴(24)上加工有齿轮盘，测速传感器(5)对准齿轮盘，以测量圆柱试件(4)的转速。
所述的前联轴器(8)和后联轴器(10)为具有一定扭转刚度的弹性缓冲元件，可以有效降低安装测试过程中的角位移与不对心误差。
所述的同步带支撑组件(11)主要由双孔轴承盖(32)、传动轴(33)、带轮轴(34)、双孔轴承座(35)组成。其中，传动轴(33)、带轮轴(34)分别由一对深沟球轴承支撑，安装在双孔轴承座(35)上；传动轴(33)的一端通过联轴器与扭矩传感器(9)相联，另一端与小带轮(12)相联；带轮轴(34)的一端轴中心加工有型面用于安装驱动摇臂(15)。
所述的驱动摇臂(15)可根据所需转速或扭矩进行更换。
本发明的有益效果是：试验台采用平面试件与圆柱试件线接触的滑动运动形式，可实现线接触摩擦振动噪声试验；通过采用圆柱试件悬臂安装和可更换的零部件及支架设计，能够方便地进行拆装和试件更换，通过加载组件和同步带支撑组件对被测试件施加不同大小、不同速度的外载荷，可以实现不同表面粗糙度试件对、不同类型材料的试件对在不同载荷下的线接触滑动摩擦振动噪声测试；通过采用手动驱动方式，避免了采用电机驱动运动传递中间环节多、背景噪声大需要隔声处理等问题，降低了试验成本，并可以更加精确的研究线接触滑动运动形式下摩擦噪声的特性及影响因素。
附图说明
图1是本发明的一种线接触滑动摩擦振动噪声试验台的结构前视示意图
图2是本发明的一种线接触滑动摩擦振动噪声试验台的结构后视示意图
图3是本发明的一种线接触滑动摩擦振动噪声试验台的加载组件结构示意图
图4是本发明的一种线接触滑动摩擦振动噪声试验台的支撑组件结构示意图
图5是本发明的一种线接触滑动摩擦振动噪声试验台的支撑组件剖视图
图6是本发明的一种线接触滑动摩擦振动噪声试验台的同步带支撑组件结构示意图
图7是本发明的一种线接触滑动摩擦振动噪声试验台的同步带支撑组件剖视图
图中，1-基础平台；2-加载组件；3-平面试件；4-圆柱试件；5-测速传感器；6-声学传感器；7-支撑组件；8-前联轴器；9-扭矩传感器；10-后联轴器；11-同步带支撑组件；12-小带轮；13-同步带；14-大带轮；15-驱动摇臂；16-丝杠；17-卸载螺母；18-加载螺母；19-支架；20-铜垫块；21-压力传感器；22-试件支架；23-单孔轴承座；24-试件轴；25-前轴承盖；26-单孔轴承盖；27-后轴承盖；28-第一深沟球轴承；29-套筒；30-第二深沟球轴承；31-螺钉a；32-双孔轴承盖；33-传动轴；34-带轮轴；35-双孔轴承座；36-第三深沟球轴承；37-第一轴承盖；38-第二轴承盖；39-第四深沟球轴承；40-螺钉b；41-第三轴承盖；42-第五深沟球轴承；43-套筒a；44-套筒b；45-第六深沟球轴承；46-第四轴承盖。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本实施例中的一种线接触滑动摩擦振动噪声试验台，主要包括基础平台1、加载组件2、平面试件3、圆柱试件4、测速传感器5、声学传感器6、支撑组件7、前联轴器8、扭矩传感器9、后联轴器10、同步带支撑组件11、小带轮12、同步带13、大带轮14、驱动摇臂15。如图1和图2所示，加载组件2、支撑组件7、同步带支撑组件11分别通过T型槽螺栓安装在基础平台1上；平面试件3通过U型槽安装在加载组件2上；圆柱试件4通过轴端挡圈安装在支撑组件7上；测速传感器5、声学传感器6以及扭矩传感器9通过螺栓连接相应的支撑架，传感器支撑架通过T型槽螺栓安装在基础平台1上；扭矩传感器9通过前联轴器8与支撑组件7相连，通过后联轴器10与同步带支撑组件11相连，扭矩传感器9可以直接读出平面试件3与圆柱试件4之间由于摩擦产生的摩擦力矩；小带轮12和大带轮14均通过键连接方式以及轴端挡圈轴向定位形式安装在同步带支撑组件11上，驱动摇臂15通过型面连接安装在组件11上。试验台采用平面试件与圆柱试件接触的线接触滑动运动形式，通过更换不同的摩擦试件对，可以对不同表面粗糙度试件对、不同类型材料的试件对、不同的加工工艺的试件对进行测试。
基础平台1根据安装、调节的需要，加工有T型槽，用于支撑整个试验台的零部件，基础平台1可以通过地脚螺栓与地面进行固连或放置在具有一定高度的平台上便于操作。基础平台设计有定位台，分别用于加载组件2、支撑组件7、扭矩传感器9和同步带支撑组件11的定位安装。
如图3，加载组件2由丝杠16、卸载螺母17、加载螺母18、支架19、铜垫块20、压力传感器21、试件支架22组成。支架19和试件支架22通过T型槽螺栓安装基础平台1上；两支架侧面为定位面，保证加载时丝杠16的轴线与试件支架22上放置试件的U型槽轴线重合。试件支架22上端加工有开口的U型槽，一方面便于平面试件3的拆卸，另一方面便于平面试件3沿U型槽进行位置调整与不同尺寸的圆柱试件4相接触。通过拧紧加载螺母18，使丝杠16产生向上位移从而推动平面试件3向上移动，使其与圆柱试件4产生接触，压力传感器21测量的数值中除去平面试件3自身的重力即为两试件之间的接触压力；当拧紧卸载螺母17时，使丝杠16产生向下位移从而卸载，将丝杠继续向下会使得平面试件3两端的圆柱杆对齐试件支架22上的开口槽并且丝杠顶端与铜垫块20分离，从而更换平面试件3。铜垫块20上端加工有外螺纹，通过螺纹安装在压力传感器21上，其主要作用是缓冲了加载丝杠16对压力传感器21产生突变的载荷以及避免对压力传感器21结构的磨损。
如图4和图5，所述支撑组件7由单孔轴承座23、试件轴24、前轴承盖25、单孔轴承盖26、后轴承盖27、第一深沟球轴承28、套筒29、第二深沟球轴承30、螺钉a等组成。试件轴24一端加工有齿轮盘，为了配合测速传感器5进行测速，加工有齿轮盘的一侧悬臂采用键连接方式安装圆柱试件4，一端采用轴肩定位，外端采用轴端弹性挡圈进行轴向定位，试件轴24的另一端通过键连接与前联轴器8连接。试件轴24由第一深沟球轴承28和第二深沟球轴承30支撑，两轴承内圈分别依靠轴肩和套筒29进行轴向定位，外圈分别采用前轴承盖25和后轴承盖27进行定位，前轴承盖25和后轴承盖27通过一组螺钉a安装在轴承座上，单孔轴承座23通过定位销、螺栓与单孔轴承盖26连接，采用一对轴承支承可以提高支撑刚度并减小支撑件尺寸。
如图6和图7，所述同步带支撑组件11由双孔轴承盖32、传动轴33、带轮轴34、双孔轴承座35、第三深沟球轴承36、第一轴承盖37、第二轴承盖38、第四深沟球轴承39、螺钉b、第三轴承盖41、第五深沟球轴承42、套筒a、套筒b、第六深沟球轴承45、第四轴承盖46等组成。传动轴33一端通过键连接与联轴器10相连，另一端通过键连接与小带轮12相连，小带轮12采用轴端弹性挡圈进行轴向定位固定；传动轴33由第四深沟球轴承39和第五深沟球轴承42支撑，安装在双孔轴承座35上，两轴承内圈分别依靠轴肩和套筒a进行轴向定位，外圈分别采用第二轴承盖38和第三轴承盖41进行定位；带轮轴34由第三深沟球轴承36和第六深沟球轴承45支撑，安装在双孔轴承座35上，两轴承内圈分别依靠轴肩和套筒b进行轴向定位，外圈分别采用第一轴承盖37和第四轴承盖46进行定位；带轮轴34悬臂端通过键连接与大带轮14相连，大带轮14采用轴端弹性挡圈进行轴向定位固定；传动轴33与带轮轴34悬臂端轴径相同可以实现大带轮14与小带轮12的互换，进而设置增扭或增速等不同的工况；带轮轴34轴心加工有型面，通过型面配合安装驱动摇臂15，并且型面安装拆卸方便，可以根据需求更换力臂长度不同的驱动摇臂15。
Claims (1)
1.一种线接触滑动摩擦振动噪声试验台，其特征在于：主要包括基础平台(1)、加载组件(2)、平面试件(3)、圆柱试件(4)、测速传感器(5)、声学传感器(6)、支撑组件(7)、前联轴器(8)、扭矩传感器(9)、后联轴器(10)、同步带支撑组件(11)、小带轮(12)、同步带(13)、大带轮(14)、驱动摇臂(15)；其中，加载组件(2)、支撑组件(7)、同步带支撑组件(11)分别通过T型槽螺栓安装在基础平台(1)上；平面试件(3)通过U型槽安装在加载组件(2)上；圆柱试件(4)通过轴端挡圈安装在支撑组件(7)上；测速传感器(5)、声学传感器(6)以及扭矩传感器(9)分别通过螺栓安装在相应的支撑架上，支撑架通过T型槽螺栓安装在基础平台(1)上；
测速传感器(5)用于测量圆柱试件(4)的转速，声学传感器(6)用于测量平面试件(3)和圆柱试件(4)之间的摩擦力矩，扭矩传感器(9)用于测量平面试件(3)和圆柱试件(4)之间的摩擦力矩；小带轮(12)和大带轮(14)分别通过轴端挡圈安装在同步带支撑组件(11)上；驱动摇臂(15)通过型面连接安装在同步带支撑组件(11)上；
所述的基础平台(1)根据安装、调节的需要，加工有T型槽，用于支撑整个试验台的零部件，基础平台(1)通过地脚螺栓与地面进行固连或放置在具有一定高度的平台上便于操作；基础平台(1)设计有定位台，分别用于加载组件(2)、支撑组件(7)和同步带支撑组件(11)的定位安装；
所述的加载组件(2)主要由丝杠(16)、卸载螺母(17)、加载螺母(18)、支架(19)、铜垫块(20)、压力传感器(21)以及试件支架(22)组成；其中，丝杠(16)穿过支架(19)的中部，下端安装卸载螺母(17)，上端安装加载螺母(18)；铜垫块(20)位于丝杠(16)顶端；压力传感器(21)下端与铜垫块(20)连接，压力传感器(21)上端与平面试件(3)连接；通过拧紧加载螺母(18)，使丝杠(16)产生向上位移从而给平面试件(3)提供向上位移，使平面试件(3)与圆柱试件(4)产生接触，压力传感器(21)测量的数值中除去平面试件(3)自身的重力即为两试件之间的接触压力；当拧紧卸载螺母(17)时，使丝杠(16)产生向下位移从而卸载，丝杠(16)继续向下会使平面试件(3)两端的圆柱杆对齐试件支架(22)上的开口槽并使丝杠(16)顶端与铜垫块(20)分离，从而更换平面试件(3)；
所述的支撑组件(7)主要由单孔轴承座(23)、试件轴(24)、前轴承盖(25)、单孔轴承盖(26)、后轴承盖(27)组成，试件轴(24)通过第一深沟球轴承(28)和第二深沟球轴承(30)支撑并安装在单孔轴承座(23)上，一端连接圆柱试件(4)，另一端通过前联轴器(8)与扭矩传感器(9)弹性连接，扭矩传感器(9)直接测量试件轴(24)上由于试件滑动产生的摩擦力矩；圆柱试件(4)外端由轴端挡圈进行轴向定位；在试件轴(24)上加工有齿轮盘，测速传感器(5)对准齿轮盘，以测量圆柱试件(4)的转速；
所述的前联轴器(8)和后联轴器(10)为具有一定扭转刚度的弹性缓冲元件，可以有效降低安装测试过程中的角位移与不对心误差；
所述的同步带支撑组件(11)主要由双孔轴承盖(32)、传动轴(33)、带轮轴(34)、双孔轴承座(35)组成，其中，传动轴(33)、带轮轴(34)分别由一对深沟球轴承支撑，安装在双孔轴承座(35)上；传动轴(33)的一端通过联轴器与扭矩传感器(9)相联，另一端与小带轮(12)相联；带轮轴(34)的一端轴中心加工有型面用于安装驱动摇臂(15)；
所述的驱动摇臂(15)可根据所需转速或扭矩进行更换。
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Granted publication date: 20190621 Termination date: 20211113 |