CN109752271A - 一种材料的非均匀温度场磨损试验装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种材料的非均匀温度场磨损试验装置，包括机座、电机底座、电机、电机安装架、缸体底座、缸体盖、摩擦缸体、加热元件、轴承底座、轴承座、轴承、传动轴和摩擦组件；本发明同时公开了一种材料的非均匀温度场磨损试验装置的试验方法；本发明的装置在摩擦组件中增加螺纹调距功能，以调整摩擦组件与摩擦缸体内壁之间的接触应力(预压力)，从而控制摩擦组件与摩擦缸体之间的摩擦力；本发明的装置在电机上安装了电机扭矩传感器，能够通过电机扭矩传感器在线监测负载扭矩，从而在线计算出试验过程中摩擦组件与摩擦缸体之间摩擦力的变化；本发明的装置采用了旋转位移传感器，可以在线监测摩擦缸体在磨损试验过程中的磨损情况。
Description
技术领域
本发明涉及实验设备技术领域，尤其涉及一种材料的非均匀温度场磨损试验装置及其试验方法。
背景技术
磨损是在外力作用下两个固体表面直接接触并相对移动使材料表面及次表面材料发生断裂，表现为材料表面磨损失效。测定材料抵抗磨损能力的一种材料试验，通过这种试验可以比较材料的耐磨性优劣，以为材料选型提供科学依据。
但是，现有的材料磨损试验装置只是检测材料在常温或高温工况的摩擦磨损程度，无法开展非均匀温度场热变形的测量以及非均匀温度场热变形的摩擦磨损试验，同时无法对试验材料的摩擦预应力进行调节，因此实验条件比较单一。
发明内容
1.需要解决的技术问题
本发明需要解决的技术问题在于，提供一种材料的非均匀温度场磨损试验装置及其试验方法，能够开展材料在不同温度下的热变形测试，以及非均匀温度场、不同预压力、不同摩擦速度条件下的磨损性能试验。
2.技术方案
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种材料的非均匀温度场磨损试验装置，包括机座、电机底座、电机、电机安装架、缸体底座、缸体盖、摩擦缸体、加热元件、轴承底座、轴承座、轴承、传动轴和摩擦组件；所述电机底座通过螺栓安装在所述机座上，所述电机经所述电机安装架固定在所述电机底座上；所述缸体底座通过螺栓安装在所述机座上，所述摩擦缸体为圆筒状结构，且安装在所述缸体底座内，所述缸体底座外周沿周向安装有若干加热元件；两个所述轴承底座通过螺栓安装在所述缸体底座两侧，且一个所述轴承底座位于所述电机底座和缸体底座之间；每个所述轴承底座上固定有轴承座，且所述轴承座内安装有轴承；所述电机、摩擦缸体和两个轴承轴线重合，所述传动轴一端与所述电机输出轴连接，穿过近端所述轴承和摩擦缸体，另一端与远端所述轴承连接；所述摩擦组件固定安装在所述传动轴上，且位于所述摩擦缸体内。
上述的材料的非均匀温度场磨损试验装置，其中，所述电机输出轴上安装有电机扭矩传感器，所述机座上安装有扭矩传感器控制器，且与所述电机扭矩传感器电性连接。
上述的材料的非均匀温度场磨损试验装置，其中，所述传动轴上安装有旋转位移传感器，且位于远端轴承和摩擦组件之间；所述机座上安装有位移传感器控制器，且与所述旋转位移传感器电性连接。
上述的材料的非均匀温度场磨损试验装置，其中，所述加热元件为单头电热管；所述机座上安装有电阻式温控器，且所述电阻式温控器与若干所述加热元件电性连接。
上述的材料的非均匀温度场磨损试验装置，其中，所述机座上安装有电机调速器，且所述电机调速器与所述电机电性连接。
上述的材料的非均匀温度场磨损试验装置，其中，所述轴承底座和轴承座之间安装有隔热棉。
上述的材料的非均匀温度场磨损试验装置，其中，所述摩擦组件包括安装部和摩擦部；所述安装部套装在所述传动轴上，所述摩擦部后端通过螺纹与所述安装部连接，前端与所述摩擦缸体内壁接触。
上述的材料的非均匀温度场磨损试验装置，其中，靠近所述电机一侧的所述轴承与摩擦缸体之间的距离小于另一个所述轴承与摩擦缸体之间的距离。
本发明同时公开了一种非均匀温度场磨损试验装置的试验方法，包括如下步骤：
步骤1，均匀温度场/非均匀温度场的配置：试验装置上电，通过电阻式温控器控制加热元件的加热温度，以调节摩擦缸体各区域的温度，从而达到磨损试验的均匀温度场或非均匀温度场的温度条件要求；
步骤2，磨损试验前的摩擦缸体距离测量：首先，将摩擦组件和旋转位移传感器向所述电机侧移动，直到旋转位移传感器的探头正对摩擦缸体待测量的位置；然后，将旋转位移传感器固定于传动轴上；之后，通过电机调速器控制电机旋转速度，位移传感器控制器即可获得一条波动的、有规律的距离曲线，通过数据处理，即可获得摩擦缸体在均匀温度场/非均匀温度场作用下的距离数据；
步骤3，磨损试验预压力调整：完成步骤2的摩擦缸体距离测量后，根据试验要求，调整所述摩擦组件，从而改变所述摩擦部与摩擦缸体之间的接触应力，即磨损试验预压力；
步骤4，摩擦缸体磨损试验：通过电机调速器控制电机旋转速度(即磨损试验速度)，进行摩擦缸体均匀温度场/非均匀温度场作用下的磨损试验；
步骤5，磨损试验后的摩擦缸体距离测量：通过电机调速器控制将电机停止并断电，重复步骤2的操作，即可获得磨损试验后的摩擦缸体的距离数据，通过对比计算缸体磨损试验前后的距离差值，即可获得摩擦缸体材料在均匀温度场/非均匀温度场作用下的磨损数据。
3.综上所述
综上所述，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的装置可以通过电阻式温控器自行调节与控制加热元件的加热温度，从而实现各类固体材料均匀温度场/非均匀温度场的模拟；
(2)本发明的装置在摩擦组件中增加螺纹调距功能，以调整摩擦组件与摩擦缸体内壁之间的接触应力(预压力)，从而控制摩擦组件与摩擦缸体之间的摩擦力；
(3)本发明的装置在电机上安装了电机扭矩传感器，能够通过电机扭矩传感器在线监测负载扭矩，从而在线计算出试验过程中摩擦组件与摩擦缸体之间摩擦力的变化；
(4)本发明的装置采用了旋转位移传感器，不仅可实现各类材料在不同温度下热变形的在线测量，还可以在线监测摩擦缸体在磨损试验过程中的磨损情况；
(5)本发明的装置采用了分体的轴承安装方式和分体的缸体支安装方式，在保证整个试验装置运动机构同轴的同时，更方便试验材料的更换，并且更换摩擦缸体时无需再次调心；
(6)本发明的装置的轴承底座和轴承座之间安装了隔热材料，减小热传导对试验装置机座热变形的影响。
附图说明
图1是本发明材料的非均匀温度场磨损试验装置的结构示意图。
图2是本发明材料的非均匀温度场磨损试验装置摩擦组件的展开结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
请参见附图1及附图2所示，一种材料的非均匀温度场磨损试验装置，包括机座1、电机底座2、电机3、电机安装架4、缸体底座5、摩擦缸体6、加热元件7、轴承底座8、轴承座9、轴承10、传动轴11和摩擦组件12；所述电机底座2通过螺栓安装在所述机座1上，所述电机3经所述电机安装架4固定在所述电机底座2上；所述缸体底座5通过螺栓安装在所述机座1上，所述摩擦缸体6为圆筒状结构，且安装在所述缸体底座5内，所述缸体底座5外周沿周向安装有若干加热元件7；两个所述轴承底座8通过螺栓安装在所述缸体底座5两侧，且一个所述轴承底座8位于所述电机底座2和缸体底座5之间；每个所述轴承底座8上固定有轴承座9，且所述轴承座9内安装有轴承10；所述电机3、摩擦缸体6和两个轴承10轴线重合，所述传动轴11一端与所述电机3输出轴连接，穿过近端所述轴承10和摩擦缸体6，另一端与远端所述轴承10连接；所述摩擦组件12固定安装在所述传动轴11上，且位于所述摩擦缸体6内。
所述电机3输出轴上安装有电机扭矩传感器13，所述机座1上安装有扭矩传感器控制器14，且与所述电机扭矩传感器13电性连接，所述电机扭矩传感器13用于测量所述电机3旋转的扭矩，并通过所述扭矩传感器控制器14显示扭矩大小，从而在线计算出试验过程中摩擦组件12与摩擦缸体6之间摩擦力的变化。
所述传动轴11上安装有旋转位移传感器15，且位于远端轴承10和摩擦组件12之间；所述机座1上安装有位移传感器控制器16，且与所述旋转位移传感器15电性连接，所述旋转位移传感器15用于测量所述摩擦缸体6试验前后的距离，并通过所述位移传感器控制器16显示，从而计算磨损量，。
所述加热元件7为单头电热管；所述机座1上安装有电阻式温控器17，且所述电阻式温控器17与若干所述加热元件7电性连接，所述加热元件7队所述缸体底座5均匀加热，并传递个所述摩擦缸体，所述电阻式温控器17用于控制所述加热元件7的加热温度。
所述机座1上安装有电机调速器18，且所述电机调速器18与所述电机3电性连接，所述电机调速器18用于调节所述电机3的旋转速度。
所述轴承底座8和轴承座9之间安装有隔热棉19，减小热传导对试验底座的热变形影响。
所述摩擦组件12包括安装部1201和摩擦部1202；所述安装部1201套装在所述传动轴11上，所述摩擦部1202后端通过螺纹与所述安装部1201连接，前端与所述摩擦缸体6内壁接触，通过调节所述安装部1201和摩擦部1201之间的螺纹，以调节所述摩擦部1202与摩擦缸体6内壁之之间的压紧力，从而改变摩擦力大小。
靠近所述电机3一侧的所述轴承10与摩擦缸体6之间的距离小于另一个所述轴承10与摩擦缸体6之间的距离，小距离有利于增加所述传动轴11的稳定性，而长距离用于安装所述旋转位移传感器15。
本发明同时公开了一种非均匀温度场磨损试验装置的试验方法，包括如下步骤：
步骤1，均匀温度场/非均匀温度场的配置：试验装置上电，通过电阻式温控器17控制加热元件7的加热温度，以调节摩擦缸体6各区域的温度，从而达到磨损试验的均匀温度场或非均匀温度场的温度条件要求；
步骤2，磨损试验前的摩擦缸体距离测量：首先，将摩擦组件12和旋转位移传感器15向所述电机3侧移动，直到旋转位移传感器15的探头正对摩擦缸体6待测量的位置；然后，将旋转位移传感器15固定于传动轴11上；之后，通过电机调速器18控制电机3旋转速度，位移传感器控制器16即可获得一条波动的、有规律的距离曲线，通过数据处理，即可获得摩擦缸体6在均匀温度场/非均匀温度场作用下的距离数据；
步骤3，磨损试验预压力调整：完成步骤2的摩擦缸体6距离测量后，根据试验要求，调整所述摩擦组件12，从而改变所述摩擦部1202与摩擦缸体6之间的接触应力，即磨损试验预压力；
步骤4，摩擦缸体磨损试验：通过电机调速器18控制电机3旋转速度(即磨损试验速度)，进行摩擦缸体6均匀温度场/非均匀温度场作用下的磨损试验；
步骤5，磨损试验后的摩擦缸体距离测量：通过电机调速器18控制将电机3停止并断电，重复步骤2的操作，即可获得磨损试验后的摩擦缸体6的距离数据，通过对比计算缸体磨损试验前后的距离差值，即可获得摩擦缸体6材料在均匀温度场/非均匀温度场作用下的磨损数据。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上部”、“下部”、“底部”、“前端”、“后端”“上”、“下”等指示的方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实新型的限制。
在本发明中，除非有明确的规定和限定，术语“包裹”、“粘贴”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种材料的非均匀温度场磨损试验装置，其特征在于：包括机座(1)、电机底座(2)、电机(3)、电机安装架(4)、缸体底座(5)、摩擦缸体(6)、加热元件(7)、轴承底座(8)、轴承座(9)、轴承(10)、传动轴(11)和摩擦组件(12)；所述电机底座(2)通过螺栓安装在所述机座(1)上，所述电机(3)经所述电机安装架(4)固定在所述电机底座(2)上；所述缸体底座(5)通过螺栓安装在所述机座(1)上，所述摩擦缸体(6)为圆筒状结构，且安装在所述缸体底座(5)内，所述缸体底座(5)外周沿周向安装有若干加热元件(7)；两个所述轴承底座(8)通过螺栓安装在所述缸体底座(5)两侧，且一个所述轴承底座(8)位于所述电机底座(2)和缸体底座(5)之间；每个所述轴承底座(8)上固定有轴承座(9)，且所述轴承座(9)内安装有轴承(10)；所述电机(3)、摩擦缸体(6)和两个轴承(10)轴线重合，所述传动轴(11)一端与所述电机(3)输出轴连接，穿过近端所述轴承(10)和摩擦缸体(6)，另一端与远端所述轴承(10)连接；所述摩擦组件(12)固定安装在所述传动轴(11)上，且位于所述摩擦缸体(6)内。
2.根据权利要求1所述的一种材料的非均匀温度场磨损试验装置，其特征在于：所述电机(3)输出轴上安装有电机扭矩传感器(13)，所述机座(1)上安装有扭矩传感器控制器(14)，且与所述电机扭矩传感器(13)电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种材料的非均匀温度场磨损试验装置，其特征在于：所述传动轴(11)上安装有旋转位移传感器(15)，且位于远端轴承(10)和摩擦组件(12)之间；所述机座(1)上安装有位移传感器控制器(16)，且与所述旋转位移传感器(15)电性连接。
4.根据权利要求1所述的一种材料的非均匀温度场磨损试验装置，其特征在于：所述加热元件(7)为单头电热管；所述机座(1)上安装有电阻式温控器(17)，且所述电阻式温控器(17)与若干所述加热元件(7)电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种材料的非均匀温度场磨损试验装置，其特征在于：所述机座(1)上安装有电机调速器(18)，且所述电机调速器(18)与所述电机(3)电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种材料的非均匀温度场磨损试验装置，其特征在于：所述轴承底座(8)和轴承座(9)之间安装有隔热棉(19)。
7.根据权利要求1所述的一种材料的非均匀温度场磨损试验装置，其特征在于：所述摩擦组件(12)包括安装部(1201)和摩擦部(1202)；所述安装部(1201)套装在所述传动轴(11)上，所述摩擦部(1202)后端通过螺纹与所述安装部(1201)连接，前端与所述摩擦缸体(6)内壁接触。
8.根据权利要求1所述的一种材料的非均匀温度场磨损试验装置，其特征在于：靠近所述电机(3)一侧的所述轴承(10)与摩擦缸体(6)之间的距离小于另一个所述轴承(10)与摩擦缸体(6)之间的距离。
9.一种利用权利要求1-8任意一项所述的非均匀温度场磨损试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，均匀温度场/非均匀温度场的配置：试验装置上电，通过电阻式温控器(17)控制加热元件(7)的加热温度，以调节摩擦缸体(6)各区域的温度，从而达到磨损试验的均匀温度场或非均匀温度场的温度条件要求；
步骤2，磨损试验前的摩擦缸体距离测量：首先，将摩擦组件(12)和旋转位移传感器(15)向所述电机(3)侧移动，直到旋转位移传感器(15)的探头正对摩擦缸体(6)待测量的位置；然后，将旋转位移传感器(15)固定于传动轴(11)上；之后，通过电机调速器(18)控制电机(3)旋转速度，位移传感器控制器(16)即可获得一条波动的、有规律的距离曲线，通过数据处理，即可获得摩擦缸体(6)在均匀温度场/非均匀温度场作用下的距离数据；
步骤3，磨损试验预压力调整：完成步骤(2)的摩擦缸体(6)距离测量后，根据试验要求，调整所述摩擦组件(12)，从而改变所述摩擦部(1202)与摩擦缸体(6)之间的接触应力，即磨损试验预压力；
步骤4，摩擦缸体磨损试验：通过电机调速器(18)控制电机(3)旋转速度(即磨损试验速度)，进行摩擦缸体(6)均匀温度场/非均匀温度场作用下的磨损试验；
步骤5，磨损试验后的摩擦缸体距离测量：通过电机调速器(18)控制将电机(3)停止并断电，重复步骤(2)的操作，即可获得磨损试验后的摩擦缸体(6)的距离数据，通过对比计算缸体磨损试验前后的距离差值，即可获得摩擦缸体(6)材料在均匀温度场/非均匀温度场作用下的磨损数据。
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