CN108871991A - 一种能够模拟高温环境的重力加载型微动磨损试验设备 - Google Patents

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CN108871991A CN201810939820.5A CN201810939820A CN108871991A CN 108871991 A CN108871991 A CN 108871991A CN 201810939820 A CN201810939820 A CN 201810939820A CN 108871991 A CN108871991 A CN 108871991A
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蔡振兵
朱旻旻
周仲荣
明仕林
荆建瑛
林禹
丁原
邹浪
吴松波
刘善邦
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Abstract

本发明涉及微动磨损试验设备领域，公开了一种能够模拟高温环境的重力加载型微动磨损试验设备。通过本发明创造，可提供一种可在正压力恒定条件下，实现在高温液体环境或高温气体环境中进行微动磨损试验的新型试验设备，即一方面由于正压力大小不随磨损量变化而变化，可全程保持恒定，另一方面可通过电热棒加热方式提供高温气体环境或通过注入高温液体方式提供高温液体环境，进而实现在高温环境中进行微动磨损试验的目的，并可以精确测量横向力和横向微动位移量。

Description

一种能够模拟高温环境的重力加载型微动磨损试验设备
技术领域
本发明属于微动磨损试验设备领域，具体涉及一种能够模拟高温环境的重力加载型微动磨损试验设备。
背景技术
微动磨损是指两个接触表面因发生极小振幅的相对运动而造成的表面磨损，一般紧固配合在循环力的作用下可能发生微动磨损。微动磨损可造成紧固表面松动，构成安全隐患；另外，微动磨损也可能造成裂纹的生成和扩展，降低构件寿命。微动磨损是许多零件磨损失效的重要原因之一，因此微动磨损机理研究对抵抗构件失效、提高构件寿命具有极其重要的意义。
在实际工况中，许多微动磨损行为发生在高温的液体或者气体环境中，比如核电设备的蒸汽发生器、汽车发动机等。因此高温环境下(高温液体环境和高温气体环境)的微动磨损研究具有重大意义，但是现有的微动试验设备，只能用于单一环境常温实验，同时由于是使用弹力加载，导致磨损前后载荷不一致，精度降低。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种能够模拟高温环境的重力加载型微动磨损试验设备。
本发明所采用的技术方案为：
一种能够模拟高温环境的重力加载型微动磨损试验设备，包括底座板、竖直板、伺服电机、丝杆模组、升降台、竖向直线导轨、直角砝码盘、力传感器夹具、上试样夹具、下试样夹具、滑块连接板、横向直线导轨和直线运动电机，其中，所述直角砝码盘上放置有砝码，所述力传感器夹具夹持有用于测量横向力的力传感器，所述横向直线导轨上安装有用于测量对应滑块横向位移量的位移传感器；
所述竖直板的底部垂直连接所述底座板，所述伺服电机固定安装在所述竖直板的顶部，并通过所述丝杠模组带动所述升降台上下移动，所述竖向直线导轨固定安装在所述升降台上，所述直角砝码盘安装在所述竖向直线导轨的滑块上，并使所述直角砝码盘的砝码放置面与所述竖向直线导轨垂直，所述力传感器夹具安装在所述直角砝码盘的底部，所述上试样夹具安装在所述力传感器夹具的底部；
所述横向直线导轨和所述直线运动电机分别固定安装在所述底座板上，所述直线运动电机的输出端连接所述滑块连接板，所述滑块连接板安装在所述横向直线导轨的滑块上，所述下试样夹具安装在所述滑块连接板上且与所述上试样夹具相对设置，由所述直线运动电机带动所述滑块连接板及所述下试样夹具做横向往复运动；
在所述下试样夹具的侧面分别嵌有热电阻加热棒和热电偶传感器，或者在所述滑块连接板上还安装有容纳所述下试样夹具的液体容器。
优化的，还包括由半环形横向固定架、定滑轮组、质量块和柔索构成的砝码盘自重平衡机构，其中，所述半环形横向固定架的两端分别固定在所述竖直板的中部，所述定滑轮组固定安装在所述半环形横向固定架上且与所述柔索配合，所述质量块悬空且连接所述柔索的一端，所述柔索的另一端连接所述直角砝码盘。
优化的，所述力传感器夹具与所述上试样夹具通过第一隔热陶瓷片隔开安装，其中，所述第一隔热陶瓷片通过第一紧固螺钉安装在所述力传感器夹具的底部，所述上试样夹具通过第二紧固螺钉安装在所述第一隔热陶瓷片的下表面，所述第一紧固螺钉与所述第二紧固螺钉交错布置。
优化的，所述下试样夹具与所述滑块连接板通过第二隔热陶瓷片隔开安装，其中，所述第二隔热陶瓷片安装在所述滑块连接板上，所述下试样夹具安装在所述第二隔热陶瓷片的上表面。
进一步优化的，所述第二隔热陶瓷片与所述滑块连接板通过中空型隔热陶瓷片夹具隔开安装，其中，所述中空型隔热陶瓷片夹具通过第三紧固螺钉安装在所述滑块连接板上，所述第二隔热陶瓷片通过第四紧固螺钉安装在所述中空型隔热陶瓷片夹具的突出部上。
详细优化的，当包括液体容器时，所述液体容器也安装在所述第二隔热陶瓷片上。
优化的，所述力传感器夹具由两个相对设置的直角形件构成，所述力传感器被夹持在两直角形件之间。
优化的，当包括热电阻加热棒和热电偶传感器时，所述下试样夹具的侧面分别嵌有两个热电阻加热棒和一个热电偶传感器，其中，所述热电偶传感器设置在两热电阻加热棒的中间位置。
优化的，当包括液体容器时，所述液体容器由钢化玻璃材质制成，并在所述液体容器的内表面或外表面设有纳米透明隔热涂料层。
优化的，所述直线运动电机为音圈直线电机。
本发明的有益效果为：
(1)本发明创造提供了一种可在正压力恒定条件下，实现在高温液体环境或高温气体环境中进行微动磨损试验的新型试验设备，即一方面由于正压力大小不随磨损量变化而变化，可全程保持恒定，另一方面可通过电热棒加热方式提供高温气体环境或通过注入高温液体方式提供高温液体环境，进而实现在高温环境中进行微动磨损试验的目的，并可以精确测量横向力和横向微动位移量；
(2)由于砝码重力大小等于正压力大小，可方便通过增减砝码质量方式调节正压力大小；
(3)在气体环境中实验时，由于试样与下试样夹具直接接触，加热下试样夹具时，热量可直接传递到试样上，试样与下试样夹具温度相等，并可通过调节夹具中的热电阻加热棒的目标温度，调节试验环境的温度；
(4)在液体环境中实验时，可通过调节注入液体容器的液体温度改变试验环境的温度；
(5)由于力传感器安装在位于上部试样上方的固定夹具中，可保持不动，无惯性力干扰；
(6)所述重力加载型微动磨损试验设备还具有试验稳定性高、隔热效果好、易于试验观察和结构简单等优点，便于实际应用和推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的能够模拟高温液体环境的重力加载型微动磨损试验设备的立体结构示意图。
图2是本发明提供的能够模拟高温液体环境的重力加载型微动磨损试验设备的正视结构示意图。
图3是本发明提供的在能够模拟高温液体环境的重力加载型微动磨损试验设备中隔热结构的立体结构示意图。
图4是本发明提供的在能够模拟高温气体环境的重力加载型微动磨损试验设备中隔热结构的立体结构示意图。
上述附图中:1-底座板；2-竖直板；3-伺服电机；4-丝杆模组；5-升降台；6-竖向直线导轨；7-直角砝码盘；701-砝码；8-力传感器夹具；801-力传感器；802-直角形件；9-上试样夹具；10-下试样夹具；101-热电阻加热棒；102-热电偶传感器；11-滑块连接板；12-横向直线导轨；13-直线运动电机；14-液体容器；15-砝码盘自重平衡机构；151-半环形横向固定架；152-定滑轮组；153-质量块；154-柔索；161-第一隔热陶瓷片；162-第二隔热陶瓷片；17-中空型隔热陶瓷片夹具；181-第一紧固螺钉；182-第二紧固螺钉；183-第三紧固螺钉；184-第四紧固螺钉。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例一
如图1～3所示，本实施例提供的所述能够模拟高温液体环境的重力加载型微动磨损试验设备，包括底座板1、竖直板2、伺服电机3、丝杆模组4、升降台5、竖向直线导轨6、直角砝码盘7、力传感器夹具8、上试样夹具9、下试样夹具10、滑块连接板11、横向直线导轨12和直线运动电机13，其中，所述直角砝码盘7上放置有砝码701，所述力传感器夹具8夹持有用于测量横向力的力传感器801，所述横向直线导轨12上安装有用于测量对应滑块横向位移量的位移传感器；所述竖直板2的底部垂直连接所述底座板1，所述伺服电机3固定安装在所述竖直板2的顶部，并通过所述丝杠模组4带动所述升降台5上下移动，所述竖向直线导轨6固定安装在所述升降台5上，所述直角砝码盘7安装在所述竖向直线导轨6的滑块上，并使所述直角砝码盘7的砝码放置面与所述竖向直线导轨6垂直，所述力传感器夹具8安装在所述直角砝码盘7的底部，所述上试样夹具9安装在所述力传感器夹具8的底部；所述横向直线导轨12和所述直线运动电机13分别固定安装在所述底座板1上，所述直线运动电机13的输出端连接所述滑块连接板11，所述滑块连接板11安装在所述横向直线导轨12的滑块上，所述下试样夹具10安装在所述滑块连接板11上且与所述上试样夹具9相对设置，由所述直线运动电机13带动所述滑块连接板11及所述下试样夹具10做横向往复运动；在所述滑块连接板11上还安装有容纳所述下试样夹具10的液体容器14。
如图1～3所示，在所述重力加载型微动磨损试验设备的结构中，所述伺服电机3、所述丝杆模组4和所述升降台5用于构成载荷升降系统，实现升降载荷的目的。所述竖向直线导轨6和所述直角砝码盘7用于构成砝码加载系统，以便通过增加砝码方式增加载荷。所述上试样夹具9用于夹持上试样，所述下试样夹具10用于夹持下试样，由于所述下试样夹具10与所述上试样夹具9相对设置，可以确保上试样表面与下试样表面在微动磨损试验过程中相接触。所述直线运动电机13用于最终驱动下试样相对上试样做微动振幅介于5um～1cm之间的横向往复运动，其可以但不限于采用音圈直线电机。所述力传感器801和所述位移传感器(图中未示出)用于构成试验数据采集系统，其中，所述力传感器801可以但不限于为压力传感器。所述液体容器14用于盛装高温液体，以便为微动磨损试验提供高温液体环境。此外，在具体试验过程中，所述上试样夹具9及上试样也需伸入所述液体容器14中。
在本实施例中，微动磨损试验所需的正压力可通过改变所述直角砝码盘7中的砝码质量而改变，由于正压力大小不随磨损量变化而变化，可全程保持恒定。此外，由于所述力传感器801安装在位于上部试样上方的固定夹具中，可保持不动，无惯性力干扰。由此通过前述设备的详细描述，可实现在高温液体环境中进行微动磨损试验的目的，并可以精确测量横向力和横向微动位移量。
优化的，还包括由半环形横向固定架151、定滑轮组152、质量块153和柔索154构成的砝码盘自重平衡机构15，其中，所述半环形横向固定架151的两端分别固定在所述竖直板2的中部，所述定滑轮组152固定安装在所述半环形横向固定架151上且与所述柔索154配合，所述质量块153悬空且连接所述柔索154的一端，所述柔索154的另一端连接所述直角砝码盘7。如图1和2所示，通过设置前述砝码盘自重平衡机构15，可以用所述质量块153的重力抵消所述直角砝码盘7的重力，实现砝码701的重力大小即等于正压力大小的目的，方便实验操作。
优化的，所述力传感器夹具8与所述上试样夹具9通过第一隔热陶瓷片161隔开安装，其中，所述第一隔热陶瓷片161通过第一紧固螺钉181安装在所述力传感器夹具8的底部，所述上试样夹具9通过第二紧固螺钉182安装在所述第一隔热陶瓷片161的下表面，所述第一紧固螺钉181与所述第二紧固螺钉182交错布置。如图3所示，通过前述设计，可以截止热量向上传递，减小高温液体环境中的热量散失。
优化的，所述下试样夹具10与所述滑块连接板11通过第二隔热陶瓷片162隔开安装，其中，所述第二隔热陶瓷片162安装在所述滑块连接板11上，所述下试样夹具10安装在所述第二隔热陶瓷片162的上表面。如图3所示，通过前述设计，可以截止热量向下传递，减小高温液体环境中的热量散失。进一步优化的，所述第二隔热陶瓷片162与所述滑块连接板11通过中空型隔热陶瓷片夹具17隔开安装，其中，所述中空型隔热陶瓷片夹具17通过第三紧固螺钉183安装在所述滑块连接板11上，所述第二隔热陶瓷片162通过第四紧固螺钉184安装在所述中空型隔热陶瓷片夹具17的突出部上。
进一步优化的，所述液体容器14也安装在所述第二隔热陶瓷片162上，和/或所述液体容器14由钢化玻璃材质制成，并在所述液体容器14的内表面或外表面设有纳米透明隔热涂料层。通过前述设计，也可以截止热量传递，减小高温液体环境中的热量散失。此外，由于对所述液体容器14有透明设计，可以方便在外部进行对微动磨损试验的现场观察。
优化的，所述力传感器夹具8由两个相对设置的直角形件802构成，所述力传感器801被夹持在两直角形件802之间。
综上，采用本实施例所提供的能够模拟高温液体环境的重力加载型微动磨损试验设备，具有如下技术效果：
(1)本实施例提供了一种可在正压力恒定条件下，实现在高温液体环境中进行微动磨损试验的新型试验设备，即一方面由于正压力大小不随磨损量变化而变化，可全程保持恒定，另一方面可通过注入高温液体方式提供高温液体环境，进而实现在高温环境中进行微动磨损试验的目的，并可以精确测量横向力和横向微动位移量；
(2)由于砝码重力大小等于正压力大小，可方便通过增减砝码质量方式调节正压力大小；
(3)在液体环境中实验时，可通过调节注入液体容器的液体温度改变试验环境的温度；
(4)由于力传感器安装在位于上部试样上方的固定夹具中，可保持不动，无惯性力干扰；
(5)所述重力加载型微动磨损试验设备还具有试验稳定性高、隔热效果好、易于试验观察和结构简单等优点，便于实际应用和推广。
实施例二
如图4所示，本实施例提供了另一种能够模拟高温气体环境的重力加载型微动磨损试验设备，其与实施例一的不同之处在于：无液体容器14的安装，但在所述下试样夹具10的侧面分别嵌有热电阻加热棒101和热电偶传感器102。如图4所示，所述热电阻加热棒101用于对所述下试样夹具10进行通电加热，以便提供高温气体环境。所述热电偶传感器102用于采集实时的温度值，在加热时，若采集的温度值达到设定温度值，则需停止加热，若未达到设定温度值，则需继续加热。在气体环境中实验时，由于试样与所述下试样夹具10直接接触，加热所述下试样夹具10时，热量可直接传递到试样上，试样与下试样夹具温度相等，并可通过调节夹具中的热电阻加热棒101的目标温度，调节试验环境的温度。
优化的，为了实现均衡加热目的，所述下试样夹具10的侧面分别嵌有两个热电阻加热棒101和一个热电偶传感器102，其中，所述热电偶传感器102设置在两热电阻加热棒101的中间位置。
本实施例所提供的重力加载型微动磨损试验设备的工作原理及技术效果，与实施例一相同，于此不再赘述。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种能够模拟高温环境的重力加载型微动磨损试验设备，其特征在于：包括底座板(1)、竖直板(2)、伺服电机(3)、丝杆模组(4)、升降台(5)、竖向直线导轨(6)、直角砝码盘(7)、力传感器夹具(8)、上试样夹具(9)、下试样夹具(10)、滑块连接板(11)、横向直线导轨(12)和直线运动电机(13)，其中，所述直角砝码盘(7)上放置有砝码(701)，所述力传感器夹具(8)夹持有用于测量横向力的力传感器(801)，所述横向直线导轨(12)上安装有用于测量对应滑块横向位移量的位移传感器；
所述竖直板(2)的底部垂直连接所述底座板(1)，所述伺服电机(3)固定安装在所述竖直板(2)的顶部，并通过所述丝杠模组(4)带动所述升降台(5)上下移动，所述竖向直线导轨(6)固定安装在所述升降台(5)上，所述直角砝码盘(7)安装在所述竖向直线导轨(6)的滑块上，并使所述直角砝码盘(7)的砝码放置面与所述竖向直线导轨(6)垂直，所述力传感器夹具(8)安装在所述直角砝码盘(7)的底部，所述上试样夹具(9)安装在所述力传感器夹具(8)的底部；
所述横向直线导轨(12)和所述直线运动电机(13)分别固定安装在所述底座板(1)上，所述直线运动电机(13)的输出端连接所述滑块连接板(11)，所述滑块连接板(11)安装在所述横向直线导轨(12)的滑块上，所述下试样夹具(10)安装在所述滑块连接板(11)上且与所述上试样夹具(9)相对设置，由所述直线运动电机(13)带动所述滑块连接板(11)及所述下试样夹具(10)做横向往复运动；
在所述下试样夹具(10)的侧面分别嵌有热电阻加热棒(101)和热电偶传感器(102)，或者在所述滑块连接板(11)上还安装有容纳所述下试样夹具(10)的液体容器(14)。
2.如权利要求1所述的一种能够模拟高温环境的重力加载型微动磨损试验设备，其特征在于：还包括由半环形横向固定架(151)、定滑轮组(152)、质量块(153)和柔索(154)构成的砝码盘自重平衡机构(15)，其中，所述半环形横向固定架(151)的两端分别固定在所述竖直板(2)的中部，所述定滑轮组(152)固定安装在所述半环形横向固定架(151)上且与所述柔索(154)配合，所述质量块(153)悬空且连接所述柔索(154)的一端，所述柔索(154)的另一端连接所述直角砝码盘(7)。
3.如权利要求1所述的一种能够模拟高温环境的重力加载型微动磨损试验设备，其特征在于：所述力传感器夹具(8)与所述上试样夹具(9)通过第一隔热陶瓷片(161)隔开安装，其中，所述第一隔热陶瓷片(161)通过第一紧固螺钉(181)安装在所述力传感器夹具(8)的底部，所述上试样夹具(9)通过第二紧固螺钉(182)安装在所述第一隔热陶瓷片(161)的下表面，所述第一紧固螺钉(181)与所述第二紧固螺钉(182)交错布置。
4.如权利要求1所述的一种能够模拟高温环境的重力加载型微动磨损试验设备，其特征在于：所述下试样夹具(10)与所述滑块连接板(11)通过第二隔热陶瓷片(162)隔开安装，其中，所述第二隔热陶瓷片(162)安装在所述滑块连接板(11)上，所述下试样夹具(10)安装在所述第二隔热陶瓷片(162)的上表面。
5.如权利要求4所述的一种能够模拟高温环境的重力加载型微动磨损试验设备，其特征在于：所述第二隔热陶瓷片(162)与所述滑块连接板(11)通过中空型隔热陶瓷片夹具(17)隔开安装，其中，所述中空型隔热陶瓷片夹具(17)通过第三紧固螺钉(183)安装在所述滑块连接板(11)上，所述第二隔热陶瓷片(162)通过第四紧固螺钉(184)安装在所述中空型隔热陶瓷片夹具(17)的突出部上。
6.如权利要求4或5所述的一种能够模拟高温环境的重力加载型微动磨损试验设备，其特征在于：当包括液体容器(14)时，所述液体容器(14)也安装在所述第二隔热陶瓷片(162)上。
7.如权利要求1所述的一种能够模拟高温环境的重力加载型微动磨损试验设备，其特征在于：所述力传感器夹具(8)由两个相对设置的直角形件(802)构成，所述力传感器(801)被夹持在两直角形件(802)之间。
8.如权利要求1所述的一种能够模拟高温环境的重力加载型微动磨损试验设备，其特征在于：当包括热电阻加热棒(101)和热电偶传感器(102)时，所述下试样夹具(10)的侧面分别嵌有两个热电阻加热棒(101)和一个热电偶传感器(102)，其中，所述热电偶传感器(102)设置在两热电阻加热棒(101)的中间位置。
9.如权利要求1所述的一种能够模拟高温环境的重力加载型微动磨损试验设备，其特征在于：当包括液体容器(14)时，所述液体容器(14)由钢化玻璃材质制成，并在所述液体容器(14)的内表面或外表面设有纳米透明隔热涂料层。
10.如权利要求1所述的一种能够模拟高温环境的重力加载型微动磨损试验设备，其特征在于：所述直线运动电机(13)为音圈直线电机。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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Application publication date: 20181123