CN108152120A - 一种滑动摩擦疲劳试验机 - Google Patents

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张天路
刘振宇
李扬
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Abstract

本发明属于疲劳磨损试验技术领域，尤其涉及一种滑动摩擦疲劳试验机。包括第一力作用机构、第二力作用机构、夹持固定一棒状试样一端的夹持机构、旋转驱动机构和试验数据采集机构；所述驱动机构驱动所述夹持机构以使所述棒状试样转动；所述第一力作用机构用于对棒状试样的侧表面施加滑动摩擦力；所述第二力作用机构用于对棒状试样的另一端施加间歇性弯矩。本发明提供的滑动摩擦疲劳试验机具有结构简单、操作简便、试验精度高和成本低等效果。

Description

一种滑动摩擦疲劳试验机
技术领域
本发明疲劳磨损属于技术领域，尤其涉及一种滑动摩擦疲劳试验机。
背景技术
滑动摩擦疲劳试验机是用来测试零件滑动磨损与疲劳破坏交互作用的一种测试设备，主要模拟实际工况中两个物体在滑动接触的同时，还传递着周期性的弯曲载荷的情况，即该系统进行着滑动形式的摩擦过程，同时还产生着和传递着交变弯曲负荷.其损伤属于”机械-滑动疲劳”，即由于机械疲劳与滑动摩擦现象的动力学交互作用而导致的磨损疲劳损伤。
目前国内主要应用的是滑动磨损试验机和弯曲疲劳试验机，在测试试样在滑动磨损-疲劳交互作用时很难保持实验精度，设备结构复杂，成本昂贵。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有存在的技术问题，本发明提供一种滑动摩擦疲劳试验机解决了现有技术中的试验机试验精度差、结构复杂成本高昂等问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种滑动摩擦疲劳试验机，包括第一力作用机构、第二力作用机构、夹持固定一棒状试样一端的夹持机构、旋转驱动机构和试验数据采集机构；
所述驱动机构驱动所述夹持机构以使所述棒状试样转动；
所述第一力作用机构用于对棒状试样的侧表面施加滑动摩擦力；
所述第二力作用机构用于对棒状试样的另一端施加间歇性弯矩。
优选地，所述第一力作用机构包括借由一支撑装置可转支撑的盘状件，所述盘状件的圆周边缘适于与所述棒状试样的侧表面上的第一位置接触。
优选地，所述支撑装置包括支撑杠杆和用于可转支撑所述盘状件的悬臂；
所述悬臂包括第一端和第二端；
所述第一端与所述支撑杠杆的顶部可转支撑连接；
所述第二端上挂设有摩擦力控制装置；
所述盘状件可转支撑地设置在所述悬臂的中段。
优选地，所述盘状件包括盘试样和设置在所述盘试样上的悬臂销。
优选地，所述悬臂销包括试样端和传感端；
所述试样端与所述盘试样可拆卸式固定连接；
所述传感端与所述试验数据采集机构接触；
所述盘试样通过所述悬臂销将所述盘试样与所述棒状试样之间的滑动摩擦力传递给所述试验数据采集机构。
优选地，所述第二力作用机构包括II轴、连接在所述II轴一端的第二弹性卡头、设置在所述II轴另一端下方的间歇性弯矩力控制装置；
所述II轴通过所述第二弹性卡头与所述棒状试样的另一端连接，并由此对所述棒状试样施加间歇性弯矩力。
优选地，所述间歇性弯矩力控制装置包括设置在所述II轴上的关节轴承、与所述关节轴承连接的砝码勾和悬挂在所述砝码勾上的砝码盘。
优选地，所述试验数据采集机构包括力传感器和振动传感器；
所述力传感器用于采集所述滑动摩擦力的变化数据；
所述振动传感器用于采集所述棒状试样的振动数据。
优选地，所述第二力作用机构能够在所述棒状试样旋转的同时在其另一端施加一个向下的作用力；
所述向下的作用力与所述棒状试样的自转配合形成间歇性弯矩力。
优选地，所述第一力作用机构能够对所述棒状试样的表面施加一可控压力，在所述棒状试样旋转时，所述棒状试样与所述第一力作用机构之间形成滑动摩擦力。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提供的滑动摩擦疲劳试验机具有结构简单、成本较低、便于加工以及安装。
此外采用杠杆结构，降低砝码总质量，以及能够对施加力准确调控，测试数据准确，能够持续不间断测试出棒状试样在不同条件下的疲劳磨损数据，而且试验操作方便、高效。
附图说明
图1为本发明一种滑动摩擦疲劳试验机的结构示意图；
图2为本发明一种滑动摩擦疲劳试验机的局部结构示意图。
【附图标记说明】
1：驱动电机；2：联轴器；3：I轴；4：套筒；5：第一弹性卡头；6：悬臂；7：盘试样；8：棒状试样；9：II轴；10：关节轴承；11：力传感器；12：限位装置；13：导轨座；14：导轨；15：机座；16：砝码盘II；17：砝码；18：弹簧；19：传感器底座；20：砝码盘I；21：支撑杠杆；22：轴承底座；23：电机底座；24：悬臂销。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1所示：本实施例公开了一种滑动摩擦疲劳试验机，包括第一力作用机构、第二力作用机构、夹持固定一棒状试样8一端的夹持机构、旋转驱动机构和试验数据采集机构。
所述驱动机构驱动所述夹持机构以使所述棒状试样8转动。
所述第一力作用机构用于对棒状试样8的侧表面施加滑动摩擦力。
所述第二力作用机构用于对棒状试样8的另一端施加间歇性弯矩。
所述旋转驱动机构与所述夹持机构连接并通过所述夹持机构驱动棒状试样8转动。
这里，所述的滑动摩擦疲劳试验机还可划分为两部分，分别为机座和机身，其中，所述机身包括第一力作用机构、第二力作用机构、夹持棒状试样8的夹持机构、旋转驱动机构、试验数据采集机构和控制机构；各机构的部件通过相应的组件与机座15直接或间接的连结为一个整体。
所述机座15为所述机身提供一个“平台”将机身的本部分统一结合为一个整体。
夹持机构
如图1所示：所述夹持机构包括套筒4、从所述套筒4内穿设过的I轴3、分别设置在所述I轴3两端的联轴器2和第一弹性卡头5。
详细地，本实施例中所述的套筒4内设有润滑系统，所述I轴3穿设过所述套筒4，并能够在套筒4内自由转动，润滑系统能够降低I轴3同套筒4的摩擦损耗，减少能量损耗、延长使用寿命；所述润滑系统可包括润滑油。
此外，所述套筒4下方设有安装在所述机座15上的轴承底座22。
所述驱动机构包括电机底座23和设置在所述电机底座23上的驱动电机1。
相应地，驱动电机1通过电机底座23设置在机座15上，并与机座1连结为一个整体。
所述驱动电机1通过所述联轴器2与所述I轴3连接，并能够带动所述联轴器2和所述I轴3旋转。
所述I轴3通过所述第一弹性卡头5与棒状试样8的一端连接，并能够带动棒状试样8转动。
第一力作用机构
所述第一力作用机构能够对所述棒状试样8的表面施加一可控压力，在所述棒状试样8旋转时，所述棒状试样8与所述第一力作用机构之间形成滑动摩擦力。
详细地，如图2所示：所述第一力作用机构包括借由一支撑装置可转支撑的盘状件，所述盘状件的圆周边缘适于与所述棒状试样8的侧表面上的第一位置接触。
所述支撑装置包括支撑杠杆21和用于可转支撑所述盘状件的悬臂25；
所述支撑杠杆21的下方设有机座15。
所述悬臂6包括第一端和第二端。
所述第一端与所述支撑杠杆21的顶部可转支撑连接。
这里需要说明的是：当所述第二端受一向下作用力时，所述第一端与支撑杆件的顶部连接处可转动，转动的时候，之间的摩擦力能够忽略不计。
所述第二端上挂设有摩擦力控制装置。
所述盘状件可转支撑地设置在所述悬臂6的中段。
所述盘状件设置在棒状试样8的上方，并与所述棒状试样8的表面接触。
具体地，所述盘状件包括盘试样7和设置在所述盘试样7上的悬臂销24。
所述悬臂销24包括试样端和传感端。
所述试样端与所述盘试样7可拆卸式固定连接。
所述传感端与所述试验数据采集机构接触。
所述盘试样7通过所述悬臂销24将所述盘试样7与所述棒状试样8之间的滑动摩擦力传递给所述试验数据采集机构。
这里需要说明的是本实施例中所述的摩擦力控制装置包括设置在所述悬臂6第二端上的砝码勾I，以及与所述砝码勾I相连的砝码盘I20。
本实施例中实际上是通过在悬臂6第二端上吊设的砝码盘I20上放置不同数量的砝码来改变所述悬臂6与盘状件对所述棒状试样8表面施加的压力大小，从而使在所述棒状试样8在自转的时候与所述盘状件之间形成的滑动摩擦力的大小可控。
本实施例中所述的击打力能够很直观地呈现出棒状试样8与所述盘试样7之间的摩擦力大小，并通过力传感器11精确地测量出来，与现有技术相比，结构更简单，操作更方便，实验数据更精准。
第二力作用机构
所述第二力作用机构能够在所述棒状试样8旋转的同时在其另一端施加一个向下的作用力。
所述向下的作用力与所述棒状试样8的自转配合形成间歇性弯矩力。
详细地，所述第二力作用机构包括II轴、连接在所述II轴一端的第二弹性卡头、设置在所述II轴9另一端下方的间歇性弯矩力控制装置。
所述II轴9通过所述第二弹性卡头与所述棒状试样8的另一端连接，并由此对所述棒状试样8施加间歇性弯矩力。
所述间歇性弯矩力控制装置包括设置在所述II轴9上的关节轴承10、与所述关节轴承10连接的砝码勾II和悬挂在所述砝码勾II上的砝码盘II16。
本实施例中可通过在所述砝码盘II16中增加或减少砝码17来精确控制所述拉伸装置对所述II轴9所施加的向下拉力，因为所述II轴9同时与所述棒状试样8的一端连接，因此等同于对所述棒状试样8的一端施加一个能够精确控制的间歇性弯矩力。
此外，如图1所示：一个优选的实施例，第二力作用机构中的间歇性弯矩力控制装置还包括限位装置12、导轨14、导轨座13和弹簧18。
所述弹簧18和限位装置12能够提高间歇性弯矩力控制装置的稳定性，避免放取砝码17时导致间歇性弯矩力不稳定。
因此，本实施例中的第二力作用机构，结构简单，操作方便，并能够为棒状试样提供一种可精确控制的弯曲力。
试验数据采集机构
如图1和图2所示：所述试验数据采集机构包括力传感器11和振动传感器。
所述力传感器11还包括传感器底座19，所述传感器底座19设置在所述机座15上。
所述振动传感器位于所述夹持机构，能够采集到棒状试样8的振动数据。
详细地，所述振动传感器还包括振动传感器座，所述振动传感器座设置在轴承底座22上。
本实施例中所述的振动传感器为磁吸式振动传感器。
控制机构；
所述控制机构能够控制所述驱动机构工作。
所述控制机构包括显示装置、处理装置、存储装置和电源装置。
所述处理装置能够将试验数据采集机构采集到的电信号转化为计算机数据，并通过所述显示装置呈现给试验人员。
所述存储装置能够存储所述计算机数据。
所述显示装置为触摸显示屏。
还包括电源装置。
所述电源装置包括储电池和充电装置。
述储电池能够通过所述充电装置补充电能。
所述充电装置包括电源插头。
因此本实施例中所述的滑动摩擦疲劳试验机操作方便、结构简单、测试数据精确。
此外，需要说明的是：本实施例中所述的旋转驱动机构为驱动电机1。
本实施例中所述的滑动摩擦疲劳试验机能够做以下三种类型的实验：
一、单独的摩擦实验
工作原理：通过盘试样对棒状试样8接触产生摩擦载荷，载荷的大小可以通过盘试样7支架外伸端施加不同大小的载荷，已达到不同大小的摩擦力。
二、单独的疲劳试验
工作原理：盘试样装置为可拆卸装置，将其拆下在试验中便不再受摩擦力作用，只对其通过砝码盘施加向下的载荷作用，在棒状试样8的转动下其受力变为交变载荷(对称的)。施加的载荷大小能够通过不同质量的砝码进行控制。
三、摩擦疲劳复合实验
工作原理：盘试样7和砝码盘中同时施加载荷，在棒状试样8的转动中便同时受到摩擦力和交变应力的复合作用。
本实施例中所述的交变应力即为间歇性弯矩力。
具体操作步骤
启动电源，整体设备处于待机状态，按试验要求取出相应材料的棒状试样8，将棒状试样8的一端安装在套筒4右端的第一弹性卡头5上，使棒状试样8的另一端安装在Ⅱ轴9上的第二弹性卡头上，另一端设间歇性弯矩力控制装置。
检查支撑杠杆21上的悬臂6在未加载砝码17时，处于水平状态，若发生偏移则将悬臂6调至水平位置。
调整完毕后，将盘试样装置安装在杠杆上，然后按试验要求将定量砝码17放入砝码盘中，对棒状试样8施加正压力。
间歇性弯矩力控制装置的砝码盘处放入定量砝码实现弯曲力矩加载。
力矩加载完成后，操控控制机构或电机变频器设置转速，在触摸显示屏上输入正压力数值，启动驱动电机1，实验正式开始，盘试样7上的悬臂销24与力传感器11相接触来采集摩擦力信号，然后以数据的方式呈现在触摸显示屏上。当棒状试样8断裂或者安装在套筒4上的磁吸式振动传感器的输出信号达到预设值时，驱动电机1停止转动。
当实验结束后，首先将砝码盘上的砝码17卸载，然后向右移动滑动平台将棒状试样8拆卸下来，关闭电源，实验完成。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种滑动摩擦疲劳试验机，其特征在于，包括第一力作用机构、第二力作用机构、夹持固定一棒状试样一端的夹持机构、旋转驱动机构和试验数据采集机构；
所述驱动机构驱动所述夹持机构以使所述棒状试样转动；
所述第一力作用机构用于对棒状试样的侧表面施加滑动摩擦力；
所述第二力作用机构用于对棒状试样的另一端施加间歇性弯矩。
2.如权利要求1所述的滑动摩擦疲劳试验机，其特征在于，所述第一力作用机构包括借由一支撑装置可转支撑的盘状件，所述盘状件的圆周边缘适于与所述棒状试样的侧表面上的第一位置接触。
3.如权利要求2所述的滑动摩擦疲劳试验机，其特征在于，所述支撑装置包括支撑杠杆和用于可转支撑所述盘状件的悬臂；
所述悬臂包括第一端和第二端；
所述第一端与所述支撑杠杆的顶部可转支撑连接；
所述第二端上挂设有摩擦力控制装置；
所述盘状件可转支撑地设置在所述悬臂的中段。
4.如权利要求3所述的滑动摩擦疲劳试验机，其特征在于，所述盘状件包括盘试样和设置在所述盘试样上的悬臂销。
5.如权利要求4所述的滑动摩擦疲劳试验机，其特征在于，所述悬臂销包括试样端和传感端；
所述试样端与所述盘试样可拆卸式固定连接；
所述传感端与所述试验数据采集机构接触；
所述盘试样通过所述悬臂销将所述盘试样与所述棒状试样之间的滑动摩擦力传递给所述试验数据采集机构。
6.如权利要求1所述的滑动摩擦疲劳试验机，其特征在于，所述第二力作用机构包括II轴、连接在所述II轴一端的第二弹性卡头、设置在所述II轴另一端下方的间歇性弯矩力控制装置；
所述II轴通过所述第二弹性卡头与所述棒状试样的另一端连接，并由此对所述棒状试样施加间歇性弯矩力。
7.如权利要求6所述的滑动摩擦疲劳试验机，其特征在于，所述间歇性弯矩力控制装置包括设置在所述II轴上的关节轴承、与所述关节轴承连接的砝码勾和悬挂在所述砝码勾上的砝码盘。
8.如权利要求1所述的滑动摩擦疲劳试验机，其特征在于，所述试验数据采集机构包括力传感器和振动传感器；
所述力传感器用于采集所述滑动摩擦力的变化数据；
所述振动传感器用于采集所述棒状试样的振动数据。
9.如权利要求1所述的滑动摩擦疲劳试验机，其特征在于，所述第二力作用机构能够在所述棒状试样旋转的同时在其另一端施加一个向下的作用力；
所述向下的作用力与所述棒状试样的自转配合形成间歇性弯矩力。
10.如权利要求1所述的滑动摩擦疲劳试验机，其特征在于，所述第一力作用机构能够对所述棒状试样的表面施加一可控压力，在所述棒状试样旋转时，所述棒状试样与所述第一力作用机构之间形成滑动摩擦力。
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