CN108051328B - 一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机及其测试方法，所述试验机中可采用双销盘式摩擦副或单销式摩擦副作为测试对象，且双销盘式摩擦副通过加载末端的比例加载杆实现在两个试样销始终可靠加载；所述试验机中的加载机构采用由加载电机、短旋臂、长摆臂、滑车、直线导轨以及加载施力弹簧组成的加载装置循环加载或加载砝码恒定加载；所述试验机能够实现模拟测试两种材料试样销在成比例的循环载荷下或恒定载荷下对磨一种材料试样盘的工况，以及一种材料试样销在成比例的循环载荷下或恒定载荷下对磨一种材料试样盘的工况。本发明装置结构简单，测试过程直观便捷，可模拟多种工况，满足多种测试需求，节约测试成本。

Description

一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机及其测试方法

技术领域

本发明属于材料的摩擦磨损性能测试技术领域，具体涉及一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机及其测试方法。

背景技术

在开发新型摩擦材料时，为评估其摩擦磨损性能，往往需要对其进行模型磨损实验。模型磨损实验具有成本较低、样品易于制作、试验周期短以及载荷条件灵活等优点，是新型摩擦材料开发过程中，快速评估不同配比材料性能必不可少的测试手段。在模型磨损实验中，通过采用不同的摩擦副形式，以模拟不同的摩擦工况，如滑动摩擦和滚动摩擦等等。常用的摩擦副形式包括：销盘式、环块式以及四球式等等。其中，因为销盘式摩擦副结构简单，易于实现，应用最为广泛。

现有技术中常用的销盘式摩擦磨损试验机，通常采用砝码加载，将单个试样销的端面压紧在圆盘的侧面，实现单个试样销与圆盘的对磨，通过试样销与圆盘之间相互转动以形成滑动摩擦副。因此，在此类摩擦试验过程中，往往保持试样销的压紧力不变，并保持试样销与圆盘之间的相对转速恒定，由此能够得到摩擦副在特定恒载荷恒转速条件下的摩擦因数及磨损率情况。

然而，恒定载荷的实验条件不能很好地模拟诸如变载荷工作条件等真实工况。因此，有些试验机采取电加载，液压加载等方式在摩擦过程中提供变载荷条件。然而，电加载不可避免地存在滞后性等问题，而液压加载装置的成本较高。因此，提供一种可靠稳定的销盘试验变载荷加载方式，有其使用价值和现实意义。

高性能有机高分子耐磨材料由于其质量轻，强度高，易于批量加工的特性，近年来受到大量关注。当有机高分子材料对磨金属面时，磨屑会在金属表面堆积形成转移膜，防止高分子材料直接与金属面接触对磨，从而降低了摩擦因数及磨损率。因此，科研工作者对转移膜的形成机理开展了大量工作，常用的实验方法为：通过销盘摩擦副，使单个高分子材料销试样在恒定载荷及恒定转速的条件下对磨金属盘试样，最后观察金属盘摩擦轨迹上的转移膜形成情况。然而，很少有研究涉及到两种不同的高分子材料在同一条摩擦轨迹上对磨同一种金属面对形成转移膜的协同作用。由于转移膜的组成成分影响其附着性能，进而影响摩擦副摩擦性能，因此，有必要开发一种能够进行两种不同组成成分的试样销共同对磨金属的摩擦设备。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机及其测试方法，实现了单销及双销两种工作模式：在单销模式下，本发明在通过结构较为简单的循环加载装置提供循环载荷压紧力的基础上，亦可通过加载砝码提供恒定压紧力；在双销模式下，本发明在通过结构较为简单的循环加载装置对两个销提供相等或成比例的循环载荷压紧力的基础上，亦可通过加载砝码对两个销提供相等或成比例的恒定载荷。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，由驱动系统、销盘式摩擦副、加载装置、数据采集分析及显示系统以及机械支承系统组成，所述销盘式摩擦副为双销盘式摩擦副，由中间旋转轴7、摩擦试样盘8、紧固螺栓9、试样销悬臂10、摩擦试样销11和比例加载杆12组成；所述中间旋转轴7通过轴承安装在机械支承系统上，其上端与摩擦试样盘8通过锥孔面和平键配合连接，并通过紧固螺栓9固定，实现同轴传动连接，其下端与驱动系统传动连接；两个所述试样销悬臂10水平对称安装在中间旋转轴7两侧，两个试样销悬臂10的一端均通过轴承旋转连接在机械支承系统上，两个试样销悬臂10的另一端通过球头安装在比例加载杆12两端的凹槽内，所述比例加载杆12的下方按特定比例位置设有与加载装置相连的吊耳；所述摩擦试样销11固定安装在试样销悬臂10的中部下方，在比例加载杆12一侧的加载作用下，两个所述试样销悬臂10下方的摩擦试样销11压紧在摩擦试样盘8上，摩擦试样盘8在中间旋转轴7的带动下旋转，形成双销盘式摩擦副；

所述加载装置为循环载荷加载装置，由加载电机1、短旋臂2、长摆臂3、滑车4、直线导轨5以及加载施力弹簧6组成；所述加载电机1固定安装在机械支承系统上，所述短旋臂2一端与加载电机1的输出轴传动连接，短旋臂2的另一端、长摆臂3、滑车4和直线导轨5依次连接，形成曲柄滑块机构，所述直线导轨5与加载施力弹簧6均竖直设置，所述加载施力弹簧6一端与滑车4连接，另一端与比例加载杆12的吊耳连接。

一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，由驱动系统、销盘式摩擦副、加载装置、数据采集分析及显示系统以及机械支承系统组成，所述销盘式摩擦副为双销盘式摩擦副，由中间旋转轴7、摩擦试样盘8、紧固螺栓9、试样销悬臂10、摩擦试样销11和比例加载杆12组成；所述中间旋转轴7通过轴承安装在机械支承系统上，其上端与摩擦试样盘8通过锥孔面和平键配合连接，并通过紧固螺栓9固定，实现同轴传动连接，其下端与驱动系统传动连接；两个所述试样销悬臂10水平对称安装在中间旋转轴7两侧，两个试样销悬臂10的一端均通过轴承旋转连接在机械支承系统上，两个试样销悬臂10的另一端通过球头安装在比例加载杆12两端的凹槽内，所述比例加载杆12的下方按特定比例位置设有与加载装置相连的吊耳；所述摩擦试样销11固定安装在试样销悬臂10的中部下方，在比例加载杆12一侧的加载作用下，两个所述试样销悬臂10下方的摩擦试样销11压紧在摩擦试样盘8上，摩擦试样盘8在中间旋转轴7的带动下旋转，形成双销盘式摩擦副；

所述加载装置为恒定载荷加载装置，所述恒定载荷加载装置为加载砝码13，所述加载砝码13挂接在比例加载杆12的吊耳上。

一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，所述比例加载杆12的一端开有球形定位凹槽，另一端开有圆柱形滑槽；一个试样销悬臂10的球头与比例加载杆12的球形定位凹槽匹配连接，且试样销悬臂10的球头在所述球形定位凹槽中自由旋转，二者之间形成球头旋转副；另一个试样销悬臂10的球头与比例加载杆12的圆柱形滑槽匹配连接，且试样销悬臂10的球头在所述球形定位凹槽中自由旋转的同时，所述球头还沿圆柱形滑槽的轴向滑动，以补偿因两个试样销11磨损不均所造成的两端球头间距变化，实现加载装置能够始终可靠加载。

一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，由驱动系统、销盘式摩擦副、加载装置、数据采集分析及显示系统以及机械支承系统组成，所述销盘式摩擦副为单销盘式摩擦副，由中间旋转轴7、摩擦试样盘8、紧固螺栓9、试样销悬臂10和摩擦试样销11组成；所述中间旋转轴7通过轴承安装在机械支承系统上，其上端与摩擦试样盘8通过锥孔面和平键配合连接，并通过紧固螺栓9固定，实现同轴传动连接，其下端与驱动系统传动连接；一个所述试样销悬臂10水平对称安装在中间旋转轴7一侧，试样销悬臂10的一端均通过轴承旋转连接在机械支承系统上，试样销悬臂10的另一端设有与加载装置相连的吊耳；所述摩擦试样销11固定安装在试样销悬臂10的中部下方，在试样销悬臂10的吊耳端的加载作用下，所述试样销悬臂10下方的摩擦试样销11压紧在摩擦试样盘8上，摩擦试样盘8在中间旋转轴7的带动下旋转，形成单销盘式摩擦副；

所述加载装置为循环载荷加载装置，由加载电机1、短旋臂2、长摆臂3、滑车4、直线导轨5以及加载施力弹簧6组成；所述加载电机1固定安装在机械支承系统上，所述短旋臂2一端与加载电机1的输出轴传动连接，短旋臂2的另一端、长摆臂3、滑车4和直线导轨5依次连接，形成曲柄滑块机构，所述直线导轨5与加载施力弹簧6均竖直设置，所述加载施力弹簧6一端与滑车4连接，另一端与试样销悬臂10的吊耳连接。

一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，由驱动系统、销盘式摩擦副、加载装置、数据采集分析及显示系统以及机械支承系统组成，所述销盘式摩擦副为单销盘式摩擦副，由中间旋转轴7、摩擦试样盘8、紧固螺栓9、试样销悬臂10和摩擦试样销11组成；所述中间旋转轴7通过轴承安装在机械支承系统上，其上端与摩擦试样盘8通过锥孔面和平键配合连接，并通过紧固螺栓9固定，实现同轴传动连接，其下端与驱动系统传动连接；一个所述试样销悬臂10水平对称安装在中间旋转轴7一侧，试样销悬臂10的一端均通过轴承旋转连接在机械支承系统上，试样销悬臂10的另一端设有与加载装置相连的吊耳；所述摩擦试样销11固定安装在试样销悬臂10的中部下方，在试样销悬臂10的吊耳端的加载作用下，所述试样销悬臂10下方的摩擦试样销11压紧在摩擦试样盘8上，摩擦试样盘8在中间旋转轴7的带动下旋转，形成单销盘式摩擦副；

所述加载装置为恒定载荷加载装置，所述恒定载荷加载装置为加载砝码13，所述加载砝码13挂接在试样销悬臂10的吊耳上。

进一步地，上述试验机中，所述驱动系统由驱动电机17、大皮带轮18、小皮带轮19以及传动皮带20组成，所述驱动电机17竖直固定在机械支承系统上，驱动电机17的输出轴与大皮带轮18同轴连接，所述小皮带轮19通过平键与销盘式摩擦副的中间旋转轴7同轴连接，所述大皮带轮18与小皮带轮19之间通过传动皮带20传动连接。

所述数据采集分析及显示系统由压紧力传感器14、摩擦力传感器15、转速传感器16以及数据采集显示系统组成；所述压紧力传感器14由压紧力应变片组成，两个所述压紧力应变片分别安装在试样销悬臂10的中部至加载装置连接端的悬臂段上下表面上，以检测摩擦试样销11与摩擦试样盘8之间的压紧力；所述摩擦力传感器15由摩擦力应变片组成，两个摩擦力应变片分别安装在试样销悬臂10中部竖直设置的试样销连接支架的前后侧面上，以检测摩擦试样销11与摩擦试样盘8之间的摩擦力；所述转速传感器16安装在中间旋转轴7上，以检测中间旋转轴7的转速；所述压紧力传感器14、摩擦力传感器15和转速传感器16分别与数据采集显示系统信号连接；所述转速传感器16还与驱动电机17的驱动电机控制器信号连接。

所述试样销悬臂10上安装压紧力应变片的悬臂段加工为扁平片状，以提高压紧力应变片的检测精度；

一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机的测试方法，所述测试方法为模拟测试两种材料试样销11在成比例的循环载荷下对磨一种材料试样盘8的工况测试方法，具体过程为：

所述摩擦式样盘8在驱动系统的带动下旋转，摩擦试样盘8与压紧在其上摩擦面的两个摩擦试样销11形成双销盘摩擦副，与此同时，启动加载电机1，通过由短旋臂2、长摆臂3、滑车4和滑车导轨5构成一个曲柄滑块机构，带动加载施力弹簧6沿竖直方向伸缩，并通过比例加载杆12向两个试样销悬臂10施加成比例的循环载荷；在成比例地向双销盘摩擦副施加循环载荷的过程中，安装在试样销悬臂10上的压紧力传感器14和摩擦力传感器15将检测到的摩擦试样销11与摩擦试样盘8之间的压紧力信号和摩擦力信号发送至数据采集显示系统，与摩擦试样盘8同轴传动连接的中间旋转轴7上的转速传感器16将检测到的转速信号发送至数据采集显示系统，数据采集显示系统根据传感器发送的信号算出对应悬臂段所受的实时压紧力及摩擦力，并在此基础上，求出实时的摩擦因数等参数，通过显示及记录装置，将实时试验数据显示给测试者，并保存记录，供分析结果使用，此外，转速传感器16还将转速信号传送至驱动电机控制器，实现对驱动系统的闭环控制。

一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机的测试方法，所述测试方法为模拟测试一种材料试样销11在循环载荷下对磨一种材料试样盘8的工况测试方法，具体过程为：

所述摩擦式样盘8在驱动系统的带动下旋转，摩擦试样盘8与压紧在其上摩擦面的一个摩擦试样销11形成单销盘摩擦副，与此同时，启动加载电机1，通过由短旋臂2、长摆臂3、滑车4和滑车导轨5构成一个曲柄滑块机构，带动加载施力弹簧6沿竖直方向伸缩，并直接向试样销悬臂10施加循环载荷；在向单销盘摩擦副施加循环载荷的过程中，安装在试样销悬臂10上的压紧力传感器14和摩擦力传感器15将检测到的摩擦试样销11与摩擦试样盘8之间的压紧力信号和摩擦力信号发送至数据采集显示系统，与摩擦试样盘8同轴传动连接的中间旋转轴7上的转速传感器16将检测到的转速信号发送至数据采集显示系统，数据采集显示系统根据传感器发送的信号算出对应悬臂段所受的实时压紧力及摩擦力，并在此基础上，求出实时的摩擦因数等参数，通过显示及记录装置，将实时试验数据显示给测试者，并保存记录，供分析结果使用，此外，转速传感器16还将转速信号传送至驱动电机控制器，实现对驱动系统的闭环控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明所述多功能摩擦磨损试验机中的循环载荷加载装置通过曲柄连杆机械结构，不管针对双销-盘式摩擦副试验或单销-盘式摩擦副试验都能够提供稳定可靠的循环加载试验载荷，并且所述的循环载荷加载装置提供的循环载荷自由度大，通过对电机转速、各部件相对位置以及长短摇臂长度的调整，可实现对所加载的循环载荷的频率、振幅以及均值做出调节。

2、本发明所述多功能摩擦磨损试验机能够进行双销及单销两种工作模式，既能观察两种材料对磨同一种材料时的协同摩擦试验，亦能进行传统的单销-盘式摩擦试验，实现了一机多用，有效节约了测试成本。

3、本发明所述多功能摩擦磨损试验机在进行双销-盘式摩擦试验时，通过采用比例加载杆，使得仅需要一套加载机构即可满足两个试样销的加载要求，即使两个试样销的磨损不均匀也能可靠施加预定载荷，大大简化了结构，并降低了成本。

4、本发明所述多功能摩擦磨损试验机在进行双销-盘式摩擦试验时，既能够在两个销盘摩擦副上加载相同的载荷，也能在两个销盘摩擦副上成比例地加载，实验条件灵活可控，可模拟多种工况，满足多种测试需求。

附图说明

图1为本发明所述多功能摩擦磨损试验机(含机械支撑系统)的轴测图；

图2为本发明所述多功能摩擦磨损试验机(不含机械支撑系统)的轴测图；

图3为本发明所述多功能摩擦磨损试验机中，循环载荷加载装置的工作原理示意图；

图4为本发明所述多功能摩擦磨损试验机中，试样销悬臂的轴测图；

图5a为本发明所述多功能摩擦磨损试验机中，比例加载杆的正面轴测图；

图5b为本发明所述多功能摩擦磨损试验机中，比例加载杆的反面轴测图；

图6为本发明所述多功能摩擦磨损试验机中，比例加载杆在试样销不均匀磨损后的加载原理示意图；

图7为本发明所述多功能摩擦磨损试验机在双销工作模式下，恒定载荷加载试验的工作原理示意图；

图8为本发明所述多功能摩擦磨损试验机在单销工作模式下，循环载荷加载试验的工作原理示意图；

图9为本发明所述多功能摩擦磨损试验机在单销工作模式下，恒定载荷加载试验的工作原理示意图；

图中：

1-加载电机， 2-短旋臂， 3-长摆臂， 4-滑车，

5-直线导轨， 6-加载施力弹簧， 7-中间旋转轴， 8-摩擦试样盘，

9-紧固螺栓， 10-试样销悬臂， 11-摩擦试样销， 12-比例加载杆，

13-加载砝码， 14-压紧力传感器， 15-摩擦力传感器， 16-转速传感器，

17-驱动电机， 18-大皮带轮， 19-小皮带轮， 20-传动皮带，

21-基座支架， 22-中间轴轴承， 23-悬臂轴承。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明的技术方案及其所带来的有益效果，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：

实施例一：

本发明提供了一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，所述加载试验机包括：驱动系统、双销盘式摩擦副、循环载荷加载装置、数据采集分析及显示系统以及机械支承系统。其中，所述驱动系统、循环载荷加载装置和双销盘式摩擦副均安装在机械支承系统中，所述机械支承系统由基座支架21和若干如螺栓等紧固连接件组成，基座支架21作为整个实验装置的基体，具有高刚性的框架结构，为各零部件提供机械支承，基座支架21的底部设置有固定装置，用以将整个装置固定于台座或者地平铁上；驱动系统安装在基座支架21的后侧，销盘式摩擦副安装在基座支架21的上方，循环载荷加载装置安装在基座支架21下方。

如图1和图2所示，所述驱动系统由驱动电机17、大皮带轮18、小皮带轮19以及传动皮带20组成，其中，所述驱动电机17竖直设置，其电机壳体侧面通过连接架及螺栓固定在基座支架21的后侧架上，驱动电机17的输出轴通过平键与大皮带轮18同轴传动连接，所述小皮带轮19通过平键与双销盘式摩擦副的中间旋转轴7同轴传动连接；所述大皮带轮18与小皮带轮19之间通过传动皮带20传动连接，所述驱动电机17作为双销盘式摩擦副中摩擦式样盘8的动力源，动力经驱动电机17输出后，经大皮带轮18、小皮带轮19和传动皮带20所组成的带传动机构，传递至中间旋转轴7，进而带动与中间旋转轴7同轴固连的摩擦式样盘8旋转。

如图1和图2所示，所述双销盘式摩擦副作为试验机的核心功能部件，由中间旋转轴7、摩擦试样盘8、紧固螺栓9、试样销悬臂10、摩擦试样销11和比例加载杆12组成；中间旋转轴7的中部通过一对中间轴轴承22竖直可旋转地安装在基座支架21上平板上，所述中间轴轴承22为角接触球轴承；中间旋转轴7的下端与皮带轮19平键连接，以传递动力；中间旋转轴7的上端设有斜锥面和平键槽与所述摩擦试样盘8圆心处的锥面内孔行配合，所述中间旋转轴7的上端还加工有外螺纹，中间旋转轴7与摩擦试样盘8之间通过锥面配合定位后，通过紧固螺栓9进行紧固；所述摩擦试样盘8由试验设置所需的特定材质制成，通过锥面内孔与中间旋转轴7配合定位，通过面接触的紧固螺栓9将摩擦试样盘8压紧在与中间旋转轴配合的锥面上并进行紧固，可以保证获得摩擦试样盘8和中间旋转轴7之间较高的同心度，而摩擦试样盘8者通过平键与中间旋转轴7配合传动，可以可靠地传递转矩。

如图2所示，所述试样销悬臂10有两个，两个试样销悬臂10关于摩擦试样盘8的旋转轴线对称水平设置，以保证两个销盘摩擦副的摩擦轨迹重合，所述试样销悬臂10一端通过悬臂轴承23可旋转地安装在基座支架21上方的连接轴上，且试样销悬臂10的旋转轴线与摩擦试样盘8的旋转轴线相垂直；

如图4所示，所述试样销悬臂10的一端开有用于安装悬臂轴承23的轴承孔，另一端沿试样销悬臂10的长度方向向外设有球头，在试样销悬臂10中部向下竖直延伸设置有试样销连接支架；所述试样销悬臂10的试样销连接支架与球头之间一段加工成薄片状，该薄片状位置用于安装压紧力传感器14，以提高压紧力传感器的测试精度；在所述试样销连接支架的下端设有试样销固定装置，摩擦试样销11可靠地紧固在试样销固定装置内，且摩擦试样销11的轴线垂直于摩擦试样盘8的上摩擦表面；所述试样销固定装置101为一个依据试验块尺寸所开设的圆形凹槽，圆形凹槽的边缘开有调整孔，调整孔两侧设有螺栓耳板，调整螺栓102穿过螺栓耳板，当需要安装摩擦试样销11时，旋松调整螺栓102，使得摩擦试样销11易于装入圆形凹槽中；当装入摩擦试样销11之后，旋紧调整螺栓102，则圆形凹槽的尺寸收缩，使得摩擦试样销11能够可靠地紧固在圆形凹槽中，实现将试样销11可靠地安装在悬臂10上。所述摩擦试样销11由试验设置选定的特定材料制得，本实施例一中，两个试样销悬臂10下方安装两种不同材料的摩擦试样销，与摩擦试样盘相配合，实现模拟两种材料的试样销对磨同一种材料的摩擦式样盘的工况。

如图2所示，当外力作用于两个试样销悬臂10上时，两个试样销悬臂10有绕基座支架21上方的连接轴向下旋转的趋势，使得安装在试样销悬臂10下方的摩擦试样销11按照预设的压力压紧在摩擦试样盘8的上摩擦面上，配合摩擦试样盘8以设定的转速旋转，摩擦试样销11与摩擦试样盘8之间产生相对滑动摩擦，形成销盘式摩擦试验副。

两个试样销悬臂10的球头分别与比例加载杆12两端的凹槽配合连接；如图5a和图5b所示，所述比例加载杆12的一端开有球形定位凹槽，另一端开有圆柱形滑槽；一个试样销悬臂10的球头与比例加载杆12的球形定位凹槽匹配连接，且试样销悬臂10的球头在所述球形定位凹槽中自由旋转，但不能移动，二者之间形成球头旋转副；另一个试样销悬臂10的球头与比例加载杆12的圆柱形滑槽匹配连接，且试样销悬臂10的球头在所述球形定位凹槽中自由旋转的同时，所述球头还可以沿圆柱形滑槽的轴向滑动，此设计是为了补偿因两个试样销11磨损不均所造成的两端球头间距变化，而使加载装置能够始终可靠加载，具体补偿过程如后文所述；所述比例加载杆12的中间部分下方按特定比例位置设有吊耳，用于与循环载荷加载装置中的加载施力弹簧6向勾连，实现能够将加载施力弹簧6的拉力成比例地施加给两个试样销悬臂10，通过选取比例加载杆12上位置不同的吊耳孔，可以向两个试样销悬臂10上的试样销11上施加不同比值的载荷。

如图6所示，比例加载杆12在试样销11磨损后的工作情况简述如下：

当进行两个试样销悬臂10共同工作的摩擦磨损实验时，在初始状态，两个试样销悬臂10的球头处于同一个水平高度，比例加载杆12此时处于水平状态(如图6中虚线所示位置状态)，由于两个摩擦试样销11上所施加的载荷成比例且不相等，或者两个摩擦试样销11的材质不同导致的两个摩擦试验销11的摩擦性能不一致，都会导致两个摩擦试样销11的磨损速率不同，由此造成试样销悬臂10的球头不再处于同一个高度，使得比例加载杆12产生倾斜(如图6中实线所示位置状态)，此时，两端球头之间的距离变大，若不加以补偿，会使得比例加载杆12与试样销悬臂10之间产生作用力而影响加载装置的加载精度。此时，由于比例加载杆12一端的圆柱形滑槽与试样销悬臂10的球头配合处做出补偿，使得加载装置仍能可靠加载，即在两个摩擦试样销11的磨损率不同的情况发生时，两个试样销悬臂10上的球头之间距离变大，此时比例加载杆12的球形定位凹槽端与对应的球头间的相互位置关系不变，而另一个球头在比例加载杆12圆柱形滑槽中沿滑槽轴线方向向外侧移动，补偿了球头的间距变化，使得加载装置仍能够可靠加载。

如图1和图2所示，所述循环载荷加载装置由加载电机1、短旋臂2、长摆臂3、滑车4、直线导轨5以及加载施力弹簧6组成。所述加载电机1水平设置，其壳体通过螺栓固定安装在基座支架21的前侧架下方，所述基座支架21的前侧架固定加载电机17的位置设置有多个固定孔，用以灵活布置加载电机1的位置，并以此调节所加的循环载荷参数。加载电机1与外部控制系统(图中未显示)控制连接，使得加载电机1在外部控制系统的控制下向外输出不同的转速；所述加载电机1的输出轴与短旋臂2的一端通过花键连接并传递转矩，使得加载电机1开启后，短旋臂2绕加载电机1的输出轴轴线方向旋转；所述短旋臂2的另一端与长摆臂3的一端铰接，长摆臂3的另一端铰接在滑车4上，所述滑车4滑动连接在直线导轨5上，所述直线导轨5竖直固定在基座支架21的前侧；所述短旋臂2、长摆臂3、滑车4和滑车导轨5构成一个曲柄滑块机构，根据曲柄滑块机构的运动原理，在加载电机1的驱动下，短旋臂2旋转运动，并带动长摆臂3往复摆动，长摆臂3进而带动滑车4沿直线导轨5上下直线往复运动；在所述滑车4上还设有弹簧吊耳，所述加载施力弹簧6竖直设置，其下端勾连在滑车4的弹簧吊耳上，上端勾连在销盘式摩擦副中的比例加载杆12中部的吊耳上，通过选取比例加载杆12上位置不同的吊耳孔，可以向两个试样销悬臂10上的摩擦试样销11上施加不同比值的载荷。

如图3所示，所述循环载荷加载装置能够为双销盘式摩擦副提供周期性压紧力，其工作过程如下：加载电机1在外部驱动电机控制系统(图中未显示)的作用下，以设定的恒定转速旋转，在加载电机1的驱动下，短旋臂2旋转运动，并带动长摆臂3往复摆动，长摆臂3进而带动滑车4沿直线导轨5上下直线往复运动，所述加载施力弹簧6与直线导轨5平行布置，使得滑车4沿直线导轨5直线往复运动的同时带动加载施力弹簧6沿竖直方向周期性地伸长或缩短，进而对比例加载杆12施加载荷，以实现对双销盘摩擦副的循环载荷加载过程。

由循环载荷加载装置的加载原理可知，循环载荷加载装置可通过调节加载电机1的转速获得不同的加载频率；可通过调整加载施力弹簧6的刚度以获得不同的循环载荷变化量；可通过调节滑车4与加载电机1之间的相互位置，调整短旋臂2与长摇臂3的长度以获得不同的循环载荷谱，故所述循环载荷加载装置具有很高的加载自由度。

所述数据采集分析及显示系统由压紧力传感器14、摩擦力传感器15、转速传感器16以及数据采集显示系统(图中未显示)组成。所述压紧力传感器14由四个压紧力应变片组成，如图4所示，每个摩擦试样销11对应的试样销悬臂10上对应安装两个压紧力应变片，两个压紧力应变片分别设置在试样销悬臂10的薄片状位置的上下表面上，所述压力应变片可精确测量所在位置悬梁段的变形情况，进而求得在加载装置的作用下，摩擦试样销11和摩擦试样盘8之间的压紧力情况。所述摩擦力传感器15由四个摩擦力应变片组成，如图4所示，每个摩擦试样销11对应的试样销悬臂10上对应安装两个摩擦力应变片，所述摩擦力应变片分别设置安装在试样销连接支架的前后侧面上，所述摩擦力应变片可精确测量所对应的试样销连接支架的形变情况，用以测算摩擦试样销11和摩擦试样盘8之间的摩擦作用力。所述压紧力传感器14和摩擦力传感器15与数据采集显示系统信号连接，将测得的实时应变情况传输到数据采集显示系统，数据采集显示系统根据应变情况算出对应悬臂段所受的实时压紧力及摩擦力，并在此基础上，求出实时的摩擦因数等参数，通过显示及记录装置，将实时实验数据显示给测试者，并保存记录，供分析结果使用。如图2所示，所述转速传感器16设置在中间旋转轴7上，转速传感器16与驱动系统中的驱动电机17的驱动电机控制器(图中未显示)信号连接，转速传感器16实时测量中间旋转轴7的转速情况，并将转速信号传送至驱动电机控制器，实现对驱动系统的闭环控制；所述转速传感器16还与数据采集显示系统信号连接，转速传感器16将采集到的中间旋转轴转速信号传送至数据采集显示系统，供试验者分析使用。

如上所述，本实施例一所述基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机的测试方法为模拟测试两种材料试样销11在成比例的循环载荷下对磨一种材料试样盘8的工况测试方法，具体过程为：

所述摩擦式样盘8在驱动电机17和带轮机构的带动下旋转，摩擦试样盘8与压紧在其上摩擦面的两个摩擦试样销11形成双销盘摩擦副，与此同时，启动加载电机1，通过由短旋臂2、长摆臂3、滑车4和滑车导轨5构成一个曲柄滑块机构，带动加载施力弹簧6沿竖直方向伸缩，并通过比例加载杆12向两个试样销悬臂10施加成比例的循环载荷；在成比例地向双销盘摩擦副施加循环载荷的过程中，安装在试样销悬臂10上的压紧力传感器14和摩擦力传感器15将检测到的摩擦试样销11与摩擦试样盘8之间的压紧力信号和摩擦力信号发送至数据采集显示系统，与摩擦试样盘8同轴传动连接的中间旋转轴7上的转速传感器将检测到的转速信号发送至数据采集显示系统，数据采集显示系统根据传感器发送的信号算出对应悬臂段所受的实时压紧力及摩擦力，并在此基础上，求出实时的摩擦因数等参数，通过显示及记录装置，将实时试验数据显示给测试者，并保存记录，供分析结果使用，此外，转速传感器16还将转速信号传送至驱动电机控制器，实现对驱动系统的闭环控制。

实施例二：

本发明提供了一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，所述加载试验机包括：驱动系统、双销盘式摩擦副、恒定载荷加载装置、数据采集分析及显示系统以及机械支承系统。其中，所述驱动系统和双销盘式摩擦副均安装在机械支承系统中，所述机械支承系统由基座支架21和若干如螺栓等紧固连接件组成，基座支架21作为整个实验装置的基体，具有高刚性的框架结构，为各零部件提供机械支承，基座支架21的底部设置有固定装置，用以将整个装置固定于台座或者地平铁上；驱动系统安装在基座支架21的后侧，销盘式摩擦副安装在基座支架21的上方。

所述“驱动系统”与实施例一中的“驱动系统”相同，本实施例不再赘述。

所述“双销盘式摩擦副”与实施例一中的“双销盘式摩擦副”相同，本实施例不再赘述。

如图7所示，所述恒定载荷加载装置采用加载砝码13，所述加载砝码13悬挂在销盘式摩擦副中的比例加载杆12中部的吊耳上，通过选取比例加载杆12上位置不同的吊耳，可以向两个试样销悬臂10上的摩擦试样销11上施加不同比值的恒定载荷。

所述“数据采集分析及显示系统”与实施例一中的“数据采集分析及显示系统”相同，本实施例不再赘述。

如上所述，本实施例二所述基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机的测试方法为模拟测试两种材料试样销11在成比例的恒定载荷下对磨一种材料试样盘8的工况测试方法，具体过程为：

所述摩擦式样盘8在驱动电机17和带轮机构的带动下旋转，摩擦试样盘8与压紧在其上摩擦面的两个摩擦试样销11形成双销盘摩擦副，与此同时，悬挂在比例加载杆12上的加载砝码13通过比例加载杆12向两个试样销悬臂10施加成比例的恒定载荷；在成比例地向双销盘摩擦副施加恒定载荷的过程中，安装在试样销悬臂10上的压紧力传感器14和摩擦力传感器15将检测到的摩擦试样销11与摩擦试样盘8之间的压紧力信号和摩擦力信号发送至数据采集显示系统，与摩擦试样盘8同轴传动连接的中间旋转轴7上的转速传感器将检测到的转速信号发送至数据采集显示系统，数据采集显示系统根据传感器发送的信号算出对应悬臂段所受的实时压紧力及摩擦力，并在此基础上，求出实时的摩擦因数等参数，通过显示及记录装置，将实时试验数据显示给测试者，并保存记录，供分析结果使用，此外，转速传感器16还将转速信号传送至驱动电机控制器，实现对驱动系统的闭环控制。

实施例三：

本发明提供了一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，所述加载试验机包括：驱动系统、单销盘式摩擦副、循环载荷加载装置、数据采集分析及显示系统以及机械支承系统。其中，所述驱动系统、循环载荷加载装置和双销盘式摩擦副均安装在机械支承系统中，所述机械支承系统由基座支架21和若干如螺栓等紧固连接件组成，基座支架21作为整个实验装置的基体，具有高刚性的框架结构，为各零部件提供机械支承，基座支架21的底部设置有固定装置，用以将整个装置固定于台座或者地平铁上；驱动系统安装在基座支架21的后侧，销盘式摩擦副安装在基座支架21的上方，循环载荷加载装置安装在基座支架21下方。

所述“驱动系统”与实施例一中的“驱动系统”相同，本实施例不再赘述。

如图8所示，所述“单销盘式摩擦副”由中间旋转轴7、摩擦试样盘8、紧固螺栓9、试样销悬臂10、摩擦试样销11组成；所述中间旋转轴7的结构及装配形式与实施例一相同，本实施例不再赘述；所述摩擦试样盘8与紧固螺栓9的结构及装配形式与实施例一相同，本实施例不再赘述；所述试样销悬臂10为一个，所述试样销悬臂10的机构及装配形式与实施例一基本相同，此外，在试样销悬臂10球头一端的下方设有吊耳；所述摩擦试样销11的安装结构与实施例一相同，本实施例不再赘述。

所述“循环载荷加载装置”与实施例一中的“循环载荷加载装置”基本相同，唯一不同的是，由于单销盘式摩擦副取消了比例加载杆12，故所述循环载荷加载装置中的加载施力弹簧6的顶端与试样销悬臂10端部的吊耳勾连。

所述“数据采集分析及显示系统”与实施例一中的“数据采集分析及显示系统”相同，本实施例不再赘述。

如上所述，本实施例三所述基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机的测试方法为模拟测试一种材料试样销11在循环载荷下对磨一种材料试样盘8的工况测试方法，具体过程为：

所述摩擦式样盘8在驱动电机17和带轮机构的带动下旋转，摩擦试样盘8与压紧在其上摩擦面的一个摩擦试样销11形成单销盘摩擦副，与此同时，启动加载电机1，通过由短旋臂2、长摆臂3、滑车4和滑车导轨5构成一个曲柄滑块机构，带动加载施力弹簧6沿竖直方向伸缩，并直接向试样销悬臂10施加循环载荷；在向单销盘摩擦副施加循环载荷的过程中，安装在试样销悬臂10上的压紧力传感器14和摩擦力传感器15将检测到的摩擦试样销11与摩擦试样盘8之间的压紧力信号和摩擦力信号发送至数据采集显示系统，与摩擦试样盘8同轴传动连接的中间旋转轴7上的转速传感器16将检测到的转速信号发送至数据采集显示系统，数据采集显示系统根据传感器发送的信号算出对应悬臂段所受的实时压紧力及摩擦力，并在此基础上，求出实时的摩擦因数等参数，通过显示及记录装置，将实时试验数据显示给测试者，并保存记录，供分析结果使用，此外，转速传感器16还将转速信号传送至驱动电机控制器，实现对驱动系统的闭环控制。

实施例四：

本发明提供了一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，所述加载试验机包括：驱动系统、单销盘式摩擦副、恒定载荷加载装置、数据采集分析及显示系统以及机械支承系统。其中，所述驱动系统和双销盘式摩擦副均安装在机械支承系统中，所述机械支承系统由基座支架21和若干如螺栓等紧固连接件组成，基座支架21作为整个实验装置的基体，具有高刚性的框架结构，为各零部件提供机械支承，基座支架21的底部设置有固定装置，用以将整个装置固定于台座或者地平铁上；驱动系统安装在基座支架21的后侧，销盘式摩擦副安装在基座支架21的上方。

所述“驱动系统”与实施例一中的“驱动系统”相同，本实施例不再赘述。

所述“单销盘式摩擦副”与实施例三中的“单销盘式摩擦副”相同，本实施例不再赘述。

如图9所示，所述恒定载荷加载装置采用加载砝码13，所述加载砝码13直接悬挂在单销盘式摩擦副中的试样销悬臂10端部的吊耳上，以向试样销悬臂10上的摩擦试样销11上施加恒定载荷。

所述“数据采集分析及显示系统”与实施例一中的“数据采集分析及显示系统”相同，本实施例不再赘述。

如上所述，本实施例四所述基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机的测试方法为模拟测试传统的一种材料试样销11在恒定载荷下对磨一种材料试样盘8的工况测试方法，具体过程为：

所述摩擦式样盘8在驱动电机17和带轮机构的带动下旋转，摩擦试样盘8与压紧在其上摩擦面的两个摩擦试样销11形成双销盘摩擦副，与此同时，悬挂在试样销悬臂10的加载砝码13向试样销悬臂10施加恒定载荷；在向单销盘摩擦副施加恒定载荷的过程中，安装在试样销悬臂10上的压紧力传感器14和摩擦力传感器15将检测到的摩擦试样销11与摩擦试样盘8之间的压紧力信号和摩擦力信号发送至数据采集显示系统，与摩擦试样盘8同轴传动连接的中间旋转轴7上的转速传感器将检测到的转速信号发送至数据采集显示系统，数据采集显示系统根据传感器发送的信号算出对应悬臂段所受的实时压紧力及摩擦力，并在此基础上，求出实时的摩擦因数等参数，通过显示及记录装置，将实时试验数据显示给测试者，并保存记录，供分析结果使用，此外，转速传感器16还将转速信号传送至驱动电机控制器，实现对驱动系统的闭环控制。

Claims (7)

1.一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，由驱动系统、销盘式摩擦副、加载装置、数据采集分析及显示系统以及机械支承系统组成，其特征在于：

所述销盘式摩擦副为双销盘式摩擦副，由中间旋转轴（7）、摩擦试样盘（8）、紧固螺栓（9）、试样销悬臂（10）、摩擦试样销（11）和比例加载杆（12）组成；所述中间旋转轴（7）通过轴承安装在机械支承系统上，其上端与摩擦试样盘（8）通过锥孔面和平键配合连接，并通过紧固螺栓（9）固定，实现同轴传动连接，其下端与驱动系统传动连接；两个所述试样销悬臂（10）水平对称安装在中间旋转轴（7）两侧，两个试样销悬臂（10）的一端均通过轴承旋转连接在机械支承系统上，两个试样销悬臂（10）的另一端通过球头安装在比例加载杆（12）两端的凹槽内，所述比例加载杆（12）的下方按特定比例位置设有与加载装置相连的吊耳；所述摩擦试样销（11）固定安装在试样销悬臂（10）的中部下方，在比例加载杆（12）一侧的加载作用下，两个所述试样销悬臂（10）下方的摩擦试样销（11）压紧在摩擦试样盘（8）上，摩擦试样盘（8）在中间旋转轴（7）的带动下旋转，形成双销盘式摩擦副；

所述加载装置为循环载荷加载装置，由加载电机（1）、短旋臂（2）、长摆臂（3）、滑车（4）、直线导轨（5）以及加载施力弹簧（6）组成；所述加载电机（1）固定安装在机械支承系统上，所述短旋臂（2）一端与加载电机（1）的输出轴传动连接，短旋臂（2）的另一端、长摆臂（3）、滑车（4）和直线导轨（5）依次连接，形成曲柄滑块机构，所述直线导轨（5）与加载施力弹簧（6）均竖直设置，所述加载施力弹簧（6）一端与滑车（4）连接，另一端与比例加载杆（12）的吊耳连接。

2.一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，由驱动系统、销盘式摩擦副、加载装置、数据采集分析及显示系统以及机械支承系统组成，其特征在于：

所述销盘式摩擦副为双销盘式摩擦副，由中间旋转轴（7）、摩擦试样盘（8）、紧固螺栓（9）、试样销悬臂（10）、摩擦试样销（11）和比例加载杆（12）组成；所述中间旋转轴（7）通过轴承安装在机械支承系统上，其上端与摩擦试样盘（8）通过锥孔面和平键配合连接，并通过紧固螺栓（9）固定，实现同轴传动连接，其下端与驱动系统传动连接；两个所述试样销悬臂（10）水平对称安装在中间旋转轴（7）两侧，两个试样销悬臂（10）的一端均通过轴承旋转连接在机械支承系统上，两个试样销悬臂（10）的另一端通过球头安装在比例加载杆（12）两端的凹槽内，所述比例加载杆（12）的下方按特定比例位置设有与加载装置相连的吊耳；所述摩擦试样销（11）固定安装在试样销悬臂（10）的中部下方，在比例加载杆（12）一侧的加载作用下，两个所述试样销悬臂（10）下方的摩擦试样销（11）压紧在摩擦试样盘（8）上，摩擦试样盘（8）在中间旋转轴（7）的带动下旋转，形成双销盘式摩擦副；

所述加载装置为恒定载荷加载装置，所述恒定载荷加载装置为加载砝码（13），所述加载砝码（13）挂接在比例加载杆（12）的吊耳上。

3.如权利要求1或2所述一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，其特征在于：

所述比例加载杆（12）的一端开有球形定位凹槽，另一端开有圆柱形滑槽；一个试样销悬臂（10）的球头与比例加载杆（12）的球形定位凹槽匹配连接，且试样销悬臂（10）的球头在所述球形定位凹槽中自由旋转，二者之间形成球头旋转副；另一个试样销悬臂（10）的球头与比例加载杆（12）的圆柱形滑槽匹配连接，且试样销悬臂（10）的球头在所述球形定位凹槽中自由旋转的同时，所述球头还沿圆柱形滑槽的轴向滑动，以补偿因两个摩擦试样销（11）磨损不均所造成的两端球头间距变化，实现加载装置能够始终可靠加载。

4.如权利要求1或2所述一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，其特征在于：

所述驱动系统由驱动电机（17）、大皮带轮（18）、小皮带轮（19）以及传动皮带（20）组成，所述驱动电机（17）竖直固定在机械支承系统上，驱动电机（17）的输出轴与大皮带轮（18）同轴连接，所述小皮带轮（19）通过平键与销盘式摩擦副的中间旋转轴（7）同轴连接，所述大皮带轮（18）与小皮带轮（19）之间通过传动皮带（20）传动连接。

5.如权利要求1或2所述一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，其特征在于：

所述数据采集分析及显示系统由压紧力传感器（14）、摩擦力传感器（15）、转速传感器（16）以及数据采集显示系统组成；

所述压紧力传感器（14）由压紧力应变片组成，两个所述压紧力应变片分别安装在试样销悬臂（10）的中部至加载装置连接端的悬臂段上下表面上，以检测摩擦试样销（11）与摩擦试样盘（8）之间的压紧力；

所述摩擦力传感器（15）由摩擦力应变片组成，两个摩擦力应变片分别安装在试样销悬臂（10）中部竖直设置的试样销连接支架的前后侧面上，以检测摩擦试样销（11）与摩擦试样盘（8）之间的摩擦力；

所述转速传感器（16）安装在中间旋转轴（7）上，以检测中间旋转轴（7）的转速；

所述压紧力传感器（14）、摩擦力传感器（15）和转速传感器（16）分别与数据采集显示系统信号连接；所述转速传感器（16）还与驱动电机（17）的驱动电机控制器信号连接。

6.如权利要求5所述一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，其特征在于：

所述试样销悬臂（10）上安装压紧力应变片的悬臂段加工为扁平片状，以提高压紧力应变片的检测精度。

7.一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机的测试方法，其采用权利要求1所述的一种基于销盘摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，其特征在于：

所述测试方法为模拟测试两种摩擦试样销（11）在成比例的循环载荷下对磨一种摩擦试样盘（8）的工况测试方法，具体过程为：

所述摩擦试样盘（8）在驱动系统的带动下旋转，摩擦试样盘（8）与压紧在其上摩擦面的两个摩擦试样销（11）形成双销盘摩擦副，与此同时，启动加载电机（1），通过由短旋臂（2）、长摆臂（3）、滑车（4）和直线导轨（5）构成一个曲柄滑块机构，带动加载施力弹簧（6）沿竖直方向伸缩，并通过比例加载杆（12）向两个试样销悬臂（10）施加成比例的循环载荷；在成比例地向双销盘摩擦副施加循环载荷的过程中，安装在试样销悬臂（10）上的压紧力传感器（14）和摩擦力传感器（15）将检测到的摩擦试样销（11）与摩擦试样盘（8）之间的压紧力信号和摩擦力信号发送至数据采集显示系统，与摩擦试样盘（8）同轴传动连接的中间旋转轴（7）上的转速传感器（16）将检测到的转速信号发送至数据采集显示系统，数据采集显示系统根据传感器发送的信号算出对应悬臂段所受的实时压紧力及摩擦力，并在此基础上，求出实时的摩擦因数参数，通过显示及记录装置，将实时试验数据显示给测试者，并保存记录，供分析结果使用，此外，转速传感器（16）还将转速信号传送至驱动电机控制器，实现对驱动系统的闭环控制。