CN109406324B - 一种摩擦试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦试验装置，属于摩擦磨损测试技术领域。装置包括摩擦销、摩擦盘、摩擦盘驱动单元、凸轮、凸轮驱动单元、可伸缩部件、箱体和支撑架，摩擦销的第一端面与摩擦盘的非圆心区域接触，摩擦盘的圆心区域与摩擦盘驱动单元机械连接；摩擦盘驱动单元用于驱动摩擦盘转动，使摩擦盘与摩擦销相对滑动；可伸缩部件夹设在摩擦销的第二端面和凸轮的表面之间，凸轮的圆心区域与凸轮驱动单元机械连接；凸轮驱动单元用于驱动凸轮转动，使凸轮的表面的各个区域依次与可伸缩部件接触；箱体套设在可伸缩部件和摩擦销外，且箱体固定在支撑架上；箱体用于使可伸缩部件在凸轮转动时保持静止、摩擦销在摩擦盘转动时保持静止。本发明可提高试验准确性。

Description

一种摩擦试验装置

技术领域

本发明涉及摩擦磨损测试技术领域，特别涉及一种摩擦试验装置。

背景技术

摩擦副是两个既直接接触又产生相对摩擦运动的物体所构成的体系。根据摩擦副的运动形式，可以分为滑动摩擦副和滚动摩擦副。滑动摩擦副的两个物体表面有相对滑动或相对滑动趋势。例如，船机零件中的活塞环和气缸套之间有相互滑动，两者构成一对滑动摩擦副。

船机零件相互作用表面会因为(滑动)摩擦而磨损。一般因磨损而导致失效的零件占全部报废零件的80％。因此，对于保障船机零件的正常工作来说，准确评估零件材料的摩擦磨损性能非常重要。

现有的摩擦试验装置先采用砝码加载，将检测材料制成的摩擦销压在标准材料制成的摩擦盘上；再驱动摩擦盘转动，同时保持摩擦销不动，使摩擦销和摩擦盘对磨；最后通过检测摩擦销的磨损情况，即可确定检测材料的摩擦磨损性能。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

砝码加载在摩擦销上的力在整个试验过程中是保持不变的。而在实际使用工况中，加载在船机零件上的力通常是动态变化的。例如，船上存在导向滑块在一个平面上往复滑动，而外界施加在导向滑块上的力会随着导向滑块所在位置的变化而变化的情况，此时加载在导向滑块上的力是周期性变化的，与现有摩擦试验装置的试验场景不同，因此现有摩擦试验装置的试验结果并不准确。

发明内容

本发明实施例提供了一种摩擦试验装置，能够解决现有技术摩擦试验装置试验结果不准确的问题。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种摩擦试验装置，所述摩擦试验装置包括摩擦销、摩擦盘和摩擦盘驱动单元，所述摩擦销的第一端面与所述摩擦盘的非圆心区域接触，所述摩擦盘的圆心区域与所述摩擦盘驱动单元机械连接；所述摩擦盘驱动单元用于驱动所述摩擦盘转动，使所述摩擦盘与所述摩擦销相对滑动；所述摩擦试验装置还包括凸轮、凸轮驱动单元、可伸缩部件、箱体和支撑架，所述可伸缩部件夹设在所述摩擦销的第二端面和所述凸轮的表面之间，所述凸轮的圆心区域与所述凸轮驱动单元机械连接；所述凸轮驱动单元用于驱动所述凸轮转动，使所述凸轮的表面的各个区域依次与所述可伸缩部件接触；所述箱体套设在所述可伸缩部件和所述摩擦销外，且所述箱体固定在所述支撑架上；所述箱体用于在所述支撑架的配合下，使所述可伸缩部件在所述凸轮转动时保持静止、所述摩擦销在所述摩擦盘转动时保持静止。

在本发明实施例一种可能的实现方式中，所述可伸缩部件为弹性轴。

在本发明实施例另一种可能的实现方式中，所述可伸缩部件包括第一刚性轴和第一弹簧，所述第一弹簧夹设在所述第一刚性轴和所述摩擦销之间。

在本发明实施例又一种可能的实现方式中，所述可伸缩部件包括第二刚性轴、第二弹簧和第三弹簧，所述第二刚性轴的侧面上设有第一凸块，所述摩擦销的侧面上设有第二凸块，所述第二弹簧夹设在所述第一凸块和所述第二凸块之间，所述第三弹簧夹设在所述第二凸块和所述箱体之间。

可选地，所述第二刚性轴套设有所述第二弹簧的部分的横截面为圆形。

可选地，所述可伸缩部件与所述箱体的表面位于同一平面的横截面为多边形。

可选地，所述可伸缩部件靠近所述凸轮的端面上设有凹槽，所述凹槽内设有滚轮，所述滚轮与所述凸轮接触；所述凹槽位于所述滚轮两端的侧壁上设有通孔，所述通孔内设有滚轴，所述滚轴与所述滚轮同轴连接。

优选地，所述滚轴伸出所述可伸缩部件的部分上设有紧固件。

可选地，所述箱体包括底板、侧板和盖板，所述盖板和所述底板相对设置，所述侧板夹设在所述盖板和所述底板之间；所述底板和所述侧板一体成型，所述盖板可拆卸地固定在所述侧板上。

可选地，所述摩擦试验装置还包括升降机构，所述升降机构与所述摩擦盘驱动单元机械连接。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过增设凸轮和可伸缩部件，利用凸轮将可伸缩部件压在摩擦销上。当凸轮驱动单元驱动凸轮转动时，凸轮表面的各个区域依次与可伸缩部件接触。由于凸轮表面的各个区域与凸轮的圆心之间的距离不同，因此可伸缩部件会根据凸轮表面与可伸缩部件接触区域与凸轮的圆心之间的距离伸长或者缩短。又由于可伸缩部件伸缩的长度不同，产生的弹力大小不同，因此施加在摩擦销上的作用力也会相应不同，从而使得加载在摩擦销上的力在整个试验过程中不断变化，更贴近实际使用工况，提高了试验结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例提供的一种摩擦试验装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种可伸缩部件的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种可伸缩部件的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种可伸缩部件的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的第二刚性轴的主视图；

图6是本发明实施例提供的第二刚性轴的仰视图；

图7是本发明实施例提供的摩擦销的主视图；

图8是本发明实施例提供的摩擦销的俯视图；

图9是本发明实施例提供的摩擦销的仰视图；

图10是本发明实施例提供的箱体的俯视图；

图11是本发明实施例提供的第二刚性轴的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种摩擦试验装置。图1为本发明实施例提供的一种摩擦试验装置的结构示意图。参见图1，该摩擦试验装置包括摩擦销10、摩擦盘20、摩擦盘驱动单元21、凸轮30、凸轮驱动单元31、可伸缩部件40、箱体50和支撑架60。

在本实施例中，如图1所示，摩擦销10的第一端面与摩擦盘20的非圆心区域接触，摩擦盘20的圆心区域与摩擦盘驱动单元21机械连接。摩擦盘驱动单元21用于驱动摩擦盘20转动，使摩擦盘20与摩擦销10相对滑动。

可伸缩部件40夹设在摩擦销10的第二端面和凸轮30的表面之间，凸轮30的圆心区域与凸轮驱动单元31机械连接。凸轮驱动单元31用于驱动凸轮30转动，使凸轮30的表面的各个区域依次与可伸缩部件40接触。

箱体50套设在可伸缩部件40和摩擦销10外，且箱体50固定在支撑架60上。箱体50用于在支撑架60的配合下，使可伸缩部件40在凸轮30转动时保持静止、摩擦销10在摩擦盘20转动时保持静止。

在具体实现时，摩擦盘驱动单元、凸轮驱动单元和支撑架直接或间接固定在建筑物上，以在试验过程中保持静止。

下面先结合图1简单介绍一下本发明实施例提供的摩擦试验装置的工作原理。

凸轮驱动单元31驱动凸轮30转动，凸轮30表面的各个区域依次与可伸缩部件40接触。由于摩擦盘驱动单元21和凸轮驱动单元31均固定在建筑物上，因此摩擦盘驱动单元21驱动的摩擦盘20的表面和凸轮驱动单元31驱动的凸轮30的圆心之间的距离为定值。又由于摩擦销10的长度为定值，因此凸轮30的圆心和摩擦销10的第二端面之间的距离为定值，即凸轮30表面与可伸缩部件40接触的区域和凸轮30的圆心之间的距离与可伸缩部件40的长度之和为定值。

由于凸轮30表面各个区域与凸轮30的圆心之间的距离是不同的，因此当凸轮30表面的各个区域与可伸缩部件40接触时，可伸缩部件40会根据凸轮30的表面各个区域与凸轮30的圆心之间的距离大小而相应地伸长或缩短。具体地，凸轮30的表面各个区域和凸轮30的圆心之间的距离越大，可伸缩部件40的长度越短。而可伸缩部件40的伸缩程度不同，可伸缩部件40产生的弹力大小不同，即作用在摩擦销10上的压力大小不同。

同时摩擦盘驱动单元21驱动摩擦盘20转动，摩擦盘20与摩擦销10相对滑动。在摩擦盘20和摩擦销10之间对磨一段时间之后，检测摩擦盘20和摩擦销10的磨损情况，即可得到试验结果。

另外，由于箱体50套设在可伸缩部件40和摩擦销10外，箱体50固定在支撑架60上，而支撑架60固定在建筑物上，因此可伸缩部件40在凸轮30转动时保持静止、摩擦销10在摩擦盘20转动时保持静止。

本发明实施例通过增设凸轮和可伸缩部件，利用凸轮将可伸缩部件压在摩擦销上。当凸轮驱动单元驱动凸轮转动时，凸轮表面的各个区域依次与可伸缩部件接触。由于凸轮表面的各个区域与凸轮的圆心之间的距离不同，因此可伸缩部件会根据凸轮表面与可伸缩部件接触区域与凸轮的圆心之间的距离伸长或者缩短。又由于可伸缩部件伸缩的长度不同，产生的弹力大小不同，因此施加在摩擦销上的作用力也会相应不同，从而使得加载在摩擦销上的力在整个试验过程中不断变化，更贴近实际使用工况，提高了试验结果的准确性。

在实际应用中，凸轮表面的轮廓可以根据实际使用工况中加载在摩擦销上的压力的变化情况进行相应设计。凸轮的转动方向可以与摩擦盘的转动方向相配合，使凸轮相对可伸缩部件的滑动方向与摩擦盘相对摩擦销的滑动方向相反，以尽可能平衡箱体的受力。

可选地，如图1所示，摩擦销10的第一端面的边缘可以设有倒角，以避免边缘的毛刺影响到试验结果，同时也便于观察摩擦销的磨损情况。

具体地，摩擦盘驱动单元21和凸轮驱动单元31可以采用电机、液压马达和内燃机等驱动装置中的任意一个实现。

进一步地，当摩擦盘驱动单元21和凸轮驱动单元31均采用电机实现时，摩擦盘驱动单元21与摩擦盘20之间、凸轮驱动单元31与凸轮30之间均通过传动轴连接。具体地，电机的输出轴与传动轴的一端同轴连接，传动轴的另一端与摩擦盘或者凸轮的圆心固定连接。

图2为本发明实施例提供的一种可伸缩部件的结构示意图。参见图2，在本实施例的一种实现方式中，可伸缩部件40可以为弹性轴。直接采用弹性轴实现可伸缩部件，实现简单容易。

具体地，弹性轴可以采用橡胶等弹性体材料制成。

图3为本发明实施例提供的另一种可伸缩部件的结构示意图。参见图3，在本实施例的另一种实现方式中，可伸缩部件40可以包括第一刚性轴41和第一弹簧42，第一弹簧42夹设在第一刚性轴41和摩擦销10之间。通过刚性轴和弹簧配合实现可伸缩部件，取材方便，实现成本低。

图4为本发明实施例提供的又一种可伸缩部件的结构示意图。参见图4，在本实施例的又一种实现方式中，可伸缩部件可以包括第二刚性轴43、第二弹簧44和第三弹簧45，第二刚性轴43的侧面上设有第一凸块43a，摩擦销10的侧面上设有第二凸块10a，第二弹簧44夹设在第一凸块43a和第二凸块10a之间，第三弹簧45夹设在第二凸块10a和箱体50之间。通过刚性轴和弹簧配合实现可伸缩部件，取材方便，实现成本低。而且通过在刚性轴和摩擦销上增设凸块实现弹簧的限位，弹簧可以套设在刚性轴和摩擦销侧面没有设置凸块的区域上，利用刚性轴和摩擦销引导弹簧沿轴向伸缩，避免弹簧出现扭曲。

具体地，第一刚性轴、第二刚性轴可以采用不锈钢等具有一定强度的金属材料制成。

图5为本发明实施例提供的第二刚性轴的主视图，图6为本发明实施例提供的第二刚性轴的仰视图。参见图5和图6，可选地，第二刚性轴43套设有第二弹簧44的部分的横截面可以为圆形。刚性轴侧面套设弹簧部分的轮廓与弹簧一致，有利于弹簧套设和引导弹簧伸缩。

图7为本发明实施例提供的摩擦销的主视图，图8为本发明实施例提供的摩擦销的俯视图，图9为本发明实施例提供的摩擦销的仰视图。参见图7～图9，相应地，摩擦销10套设有第二弹簧44的部分的横截面、摩擦销10套设有第三弹簧45的部分的横截面可以为圆形。

图10为本发明实施例提供的箱体的俯视图。参见图10，箱体50与可伸缩部件40的横截面位于同一平面的表面边缘也可以为圆形。

图11为本发明实施例提供的第二刚性轴的俯视图。参见图5和图11，在上述三种实现方式中，可伸缩部件40与箱体50的表面位于同一平面的横截面可以为多边形。

相应地，如图10所示，箱体50的表面上可伸缩部件40穿过的区域可以设有多边形的通孔。由于多边形相邻两条边之间形成有棱角，因此可以有效避免可伸缩部件40在箱体50内转动。

优选地，如图10和图11所示，多边形可以为正方形，取材容易，方便实现。

可选地，如图2～图5和图11所示，可伸缩部件40靠近凸轮30的端面上可以设有凹槽43b，凹槽43b内可以设有滚轮46，滚轮46与凸轮30接触；凹槽43b位于滚轮46两端的侧壁上可以设有通孔43c，通孔43c内可以设有滚轴47，滚轴47与滚轮46同轴连接。通过增设滚轮与凸轮接触，使得可伸缩部件与凸轮之间从滑动摩擦变为滚动摩擦，大大减小可伸缩部件与凸轮之间的摩擦力，进一步提高试验结果的准确性。

优选地，如图2～图4所示，滚轴47伸出可伸缩部件40的部分上可以设有紧固件48。利用紧固件将滚轴限定在可伸缩部件内，增加装置的稳定性。

可选地，如图2～图4所示，箱体50可以包括底板51、侧板52和盖板53，盖板53和底板51相对设置，侧板52夹设在盖板53和底板51之间；底板51和侧板52一体成型，盖板53可拆卸地固定在侧板52上。箱体采用可拆卸部件组成，便于套设在摩擦销和可伸缩部件外，并对摩擦销和可伸缩部件起到限位作用。

具体地，如图2～图4所示，盖板53可以通过紧固件54固定在侧板52上。通过紧固件实现，实现方式简单方便，实现成本低。

优选地，如图10所示，紧固件54可以均匀分布在盖板53的边缘上。在将盖板牢牢固定在侧板的情况下，尽可能减少紧固件的数量，方便操作。

进一步地，如图10所示，紧固件54的数量可以为四个，实现效果好。

可选地，如图1所示，该摩擦试验装置还可以包括升降机构22，升降机构22与摩擦盘驱动单元21机械连接。通过升降机构，可以调整摩擦盘的表面与凸轮的圆心之间的距离，使凸轮的表面在凸轮的过程中始终能够与可伸缩部件接触。

具体地，升降机构22可以采用液压缸、曲柄滑块机构等直线运动机构中的任意一个实现。

可选地，如图1所示，该摩擦试验装置还可以包括位移传感器71，位移传感器71设置在可伸缩部件40和箱体50之间。通过设置位移传感器，可以检测可伸缩部件的位移量，进而确定加载在摩擦销上的作用力大小。

可选地，如图1所示，该摩擦试验装置还可以包括接近开关72，接近开关72包括检测体和感应体，感应体和检测体相对设置，检测体设置在摩擦盘20的边缘。通过设置接近开关，可以确定摩擦盘的转动圈数，以便控制试验的进程，如当摩擦盘的转动圈数达到设定值时停止转动摩擦盘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种摩擦试验装置，所述摩擦试验装置包括摩擦销（10）、摩擦盘（20）和摩擦盘驱动单元（21），所述摩擦销（10）的第一端面与所述摩擦盘（20）的非圆心区域接触，所述摩擦盘（20）的圆心区域与所述摩擦盘驱动单元（21）机械连接；所述摩擦盘驱动单元（21）用于驱动所述摩擦盘（20）转动，使所述摩擦盘（20）与所述摩擦销（10）相对滑动；其特征在于，所述摩擦试验装置还包括凸轮（30）、凸轮驱动单元（31）、可伸缩部件（40）、箱体（50）和支撑架（60），所述可伸缩部件（40）夹设在所述摩擦销（10）的第二端面和所述凸轮（30）的表面之间，所述凸轮（30）的圆心区域与所述凸轮驱动单元（31）机械连接；所述凸轮驱动单元（31）用于驱动所述凸轮（30）转动，使所述凸轮（30）的表面的各个区域依次与所述可伸缩部件（40）接触；所述箱体（50）套设在所述可伸缩部件（40）和所述摩擦销（10）外，且所述箱体（50）固定在所述支撑架（60）上；所述箱体（50）用于在所述支撑架（60）的配合下，使所述可伸缩部件（40）在所述凸轮（30）转动时保持静止、所述摩擦销（10）在所述摩擦盘（20）转动时保持静止。

2.根据权利要求1所述的摩擦试验装置，其特征在于，所述可伸缩部件（40）为弹性轴。

3.根据权利要求1所述的摩擦试验装置，其特征在于，所述可伸缩部件（40）包括第一刚性轴（41）和第一弹簧（42），所述第一弹簧（42）夹设在所述第一刚性轴（41）和所述摩擦销（10）之间。

4.根据权利要求1所述的摩擦试验装置，其特征在于，所述可伸缩部件（40）包括第二刚性轴（43）、第二弹簧（44）和第三弹簧（45），所述第二刚性轴（43）的侧面上设有第一凸块（43a），所述摩擦销（10）的侧面上设有第二凸块（10a），所述第二弹簧（44）夹设在所述第一凸块（43a）和所述第二凸块（10a）之间，所述第三弹簧（45）夹设在所述第二凸块（10a）和所述箱体（50）之间。

5.根据权利要求4所述的摩擦试验装置，其特征在于，所述第二刚性轴（43）套设有所述第二弹簧（44）的部分的横截面为圆形。

6.根据权利要求2~5任一项所述的摩擦试验装置，其特征在于，所述可伸缩部件（40）与所述箱体（50）的表面位于同一平面的横截面为多边形。

7.根据权利要求1~5任一项所述的摩擦试验装置，其特征在于，所述可伸缩部件（40）靠近所述凸轮（30）的端面上设有凹槽（43b），所述凹槽（43b）内设有滚轮（46），所述滚轮（46）与所述凸轮（30）接触；所述凹槽（43b）位于所述滚轮（46）两端的侧壁上设有通孔（43c），所述通孔（43c）内设有滚轴（47），所述滚轴（47）与所述滚轮（46）同轴连接。

8.根据权利要求7所述的摩擦试验装置，其特征在于，所述滚轴（47）伸出所述可伸缩部件（40）的部分上设有紧固件（48）。

9.根据权利要求1~5任一项所述的摩擦试验装置，其特征在于，所述箱体（50）包括底板（51）、侧板（52）和盖板（53），所述盖板（53）和所述底板（51）相对设置，所述侧板（52）夹设在所述盖板（53）和所述底板（51）之间；所述底板（51）和所述侧板（52）一体成型，所述盖板（53）可拆卸地固定在所述侧板（52）上。

10.根据权利要求1~5任一项所述的摩擦试验装置，其特征在于，所述摩擦试验装置还包括升降机构（22），所述升降机构（22）与所述摩擦盘驱动单元（21）机械连接。

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