CN110031394A - 一种落锤式冲滑复合摩擦试验机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种落锤式冲滑复合摩擦试验机，涉及机械摩擦学技术领域，包括：支架、底座、驱动装置、上卡盘、下卡盘、上试件、下试件、上试件高度监测装置、六维力传感器和控制系统；支架和底座均用于固定设置于地面上，驱动装置与上卡盘固定连接，上卡盘用于夹持下表面倾斜设置的上试件，上试件高度监测装置用于监测上试件相对底座的高度，下卡盘固定设置在底座上，用于夹持上表面倾斜设置的下试件，且上试件的下表面和下试件的上表面均为平面，六维力传感器与下卡盘固定连接，驱动装置、上试件高度监测装置和六维力传感器均与控制系统电连接，克服了目前无法准确测量冲滑复合条件下的摩擦力和摩擦系数的缺陷，且试验过程自动化程度高。

Description

一种落锤式冲滑复合摩擦试验机
技术领域
本发明涉及机械摩擦学技术领域，特别是涉及一种落锤式冲滑复合摩擦试验机。
背景技术
冲击滑动复合摩擦是一种较为常见的摩擦磨损形式，例如滚动轴承运动过程中，保持架与套圈之间的运动过程即为冲击滑动复合运动过程，在航空、航天、武器装备等领域冲滑复合运动形式也常常存在。而这种运动机制较为复杂，不能将其视为冲击摩擦磨损和滑动摩擦磨损的简单叠加，这种冲滑复合运动形式会对零件接触表面产生严重破坏，导致零件快速、异常失效，降低零件使用寿命。由于冲滑复合摩擦磨损机理较为复杂、试验再现较为困难，所以，目前国内外学者对于冲滑复合摩擦磨损相关研究工作开展较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种落锤式冲滑复合摩擦试验机，以解决上述现有技术存在的问题，能够准确测出在冲击滑动复合条件下试件的摩擦力大小以及摩擦系数，且试验过程自动化程度高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种落锤式冲滑复合摩擦试验机，包括支架、底座、驱动装置、上卡盘、下卡盘、上试件、下试件、上试件高度监测装置、六维力传感器和控制系统；所述支架和所述底座均用于固定设置于所述地面上，所述驱动装置固定设置于所述支架上，所述驱动装置与所述上卡盘固定连接，用于驱动所述上卡盘在竖直方向上往复运动，所述上卡盘用于夹持下表面倾斜设置的所述上试件，所述上试件高度监测装置设置于所述支架的一侧，用于监测所述上试件相对所述底座的高度，所述下卡盘固定设置在所述底座上，用于夹持上表面倾斜设置的所述下试件，且所述上试件的下表面和所述下试件的上表面均为平面，所述六维力传感器与所述下卡盘固定连接，用于测量所述下试件受到的冲击力大小，所述驱动装置、所述上试件高度监测装置和所述六维力传感器均与所述控制系统电连接。
优选的，所述驱动装置包括伺服电机、离合器、卷线筒、绳索和滑轮组；所述伺服电机和所述卷线筒固定设置在所述支架的底部，所述伺服电机的输出端与所述离合器的输入端固定连接，所述离合器的输出端与所述卷线筒固定连接，所述控制系统与所述离合器电连接，所述绳索缠绕在所述卷线筒上，所述滑轮组固定设置在所述支架的顶部，所述绳索的自由端绕经所述滑轮组与所述上卡盘固定连接。
优选的，所述滑轮组包括两个定滑轮，两个所述定滑轮关于所述支架的竖直杆对称固定设置在所述支架的横杆上。
优选的，所述落锤式冲滑复合摩擦试验机还包括立柱，所述立柱固定设置于所述上卡盘顶面上，用于放置砝码，通过改变放置砝码的数量以改变所述上试件对所述下试件的冲击力大小。
优选的，所述立柱的数量为两个，两个所述立柱关于所述上卡盘的顶面中心对称设置，以保证所述上试件对所述下试件均匀施加冲击力。
优选的，所述落锤式冲滑复合摩擦试验机还包括导向筒，所述导向筒为两端开口的筒体，且所述导向筒的内径大于所述上卡盘的外径，所述导向筒竖直固定设置，且所述导向筒的上端与所述支架的上部固定连接，所述导向筒用于对所述上卡盘的自由下落和被提升的运动轨迹进行导向。
优选的，所述落锤式冲滑复合摩擦试验机还包括弓形板，所述弓形板固定设置于所述导向筒的外侧壁，所述弓形板上设置有刻度线，用于显示所述上试件被提起的高度。
优选的，所述上试件高度监测装置包括第一光电传感器和第二光电传感器，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器均与所述控制系统电连接，所述第一光电传感器可拆卸连接于所述弓形板上，用于监测所述上试件相对所述底座被提起的高度，且根据实际需要能够改变所述第一光电传感器在所述弓形板上的位置，所述第二光电传感器可拆卸连接于所述底座上，用于监测所述上试件冲击完成时相对所述底座的高度。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供了一种落锤式冲滑复合摩擦试验机，通过控制系统控制驱动装置的开启与否从而自动控制上卡盘向上被提起或向下带动上试件冲击下试件，上试件的下表面和下试件的上表面倾斜设置，且上试件的下表面和下试件的上表面均为平面，这样设置，能够使上试件在向下冲击下试件的同时，上试件的下表面与下试件的上表面能够发生相对滑动，设置在下试件底部的六维力传感器能够测出下试件所受的冲击力大小，并将测得的冲击力数值输送至控制系统，最终，控制系统根据冲击力的数值计算出下试件所受的摩擦力大小和摩擦系数，从而能够准确测出在冲击滑动复合条件下试件的摩擦力大小以及摩擦系数，且试验过程在控制系统控制下能够自动完成。
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为本发明提供的落锤式冲滑复合摩擦试验机结构示意图；
图2为本发明提供落锤式冲滑复合摩擦试验机的导向筒的侧视结构示意图；
图3为本发明提供的落锤式冲滑复合摩擦试验机的底座部分的结构示意图；
图4为本发明提供的落锤式冲滑复合摩擦试验机的卷线筒、离合器和伺服电机的侧视连接示意图。
其中：1-底座、2-支架、3-卷线筒、4-伺服电机、5-离合器、6-绳索、7-导向筒、8-上卡盘、9-上试件、10-下试件、11-下卡盘、12-六维力传感器、13-定滑轮、14a-第一光电传感器、14b-第二光电传感器、15a-第一挡板、15b-第二挡板、16-反光板、17-弓形板、18-螺栓、19-立柱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种落锤式冲滑复合摩擦试验机，以解决现有技术存在的问题，能够准确测量冲击滑动复合条件下试件的摩擦力大小以及摩擦系数，且试验过程自动化程度高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1～4所示：本实施例提供了一种落锤式冲滑复合摩擦试验机，包括支架2、底座1、驱动装置、上卡盘8、下卡盘11、上试件9、下试件10、上试件高度监测装置、六维力传感器12和控制系统；支架2和底座1均用于固定设置于地面上，驱动装置固定设置于支架2上，驱动装置与上卡盘8固定连接，用于驱动上卡盘8在竖直方向上往复运动，上卡盘8用于夹持下表面倾斜设置的上试件9，上试件高度监测装置设置于支架2的一侧，用于监测上试件9相对底座1的高度，下卡盘11固定设置在底座1上，用于夹持上表面倾斜设置的下试件10，且上试件9的下表面和下试件10的上表面均为平面，这样设置，能够保证上试件9在向下冲击下试件10时，上试件9的下表面与下试件10的上表面发生相对滑动摩擦，从而模拟出冲滑复合的试验条件，六维力传感器12与下卡盘11固定连接，用于测量下试件10受到的冲击力大小，驱动装置、上试件高度监测装置和六维力传感器12均与控制系统电连接，上试件高度监测装置将监测得到的上试件9高度后，向控制系统发出信号，控制系统接收信号后控制驱动装置开启与否，进而控制上试件9进行竖直向上被提起或竖直向下以冲击下试件10的运动，六维力传感器12将测得的上试件9对下试件10的冲击力大小的数值输送至控制系统，控制系统根据测得的冲击力数值，能够计算出下试件所受的摩擦力大小和摩擦系数，可见，本发明所进行的冲滑复合摩擦试验的自动化程度较高。
驱动装置包括伺服电机4、离合器5、卷线筒3、绳索6和滑轮组；伺服电机4和卷线筒3固定设置在支架2的底部，伺服电机4的输出端与离合器5的输入端固定连接，离合器5的输出端与卷线筒3固定连接，控制系统与离合器5电连接，用于控制离合器5的开启与否，绳索6缠绕在卷线筒3上，滑轮组固定设置在支架2的顶部，滑轮组用于改变绳索6对上卡盘8施加提升力的方向，绳索6的自由端绕经滑轮组与上卡盘8固定连接。
滑轮组包括两个定滑轮13，两个定滑轮13关于支架2的竖直杆对称固定设置在支架2的横杆上，以改变对上卡盘8施加提升力的方向，便于操作。
落锤式冲滑复合摩擦试验机还包括立柱19，立柱19固定设置于上卡盘8顶面上，用于放置砝码，通过改变放置砝码的数量以改变上试件9对下试件10施加的冲击力大小。
立柱19的数量为两个，两个立柱19关于上卡盘8的顶面中心对称设置，以保证上试件9对下试件10均匀施加冲击力。
落锤式冲滑复合摩擦试验机还包括导向筒7，导向筒7为两端开口的筒体，且导向筒7的内径大于上卡盘8的外径，导向筒7竖直固定设置，且导向筒7的上端与支架2的上部固定连接，导向筒7用于对上卡盘8的自由下落和被提升的运动轨迹进行导向。
落锤式冲滑复合摩擦试验机还包括弓形板17，弓形板17通过螺栓18固定连接于导向筒7的外侧壁，弓形板17上设置有刻度线，用于显示上试件9被提起的高度。
上试件高度监测装置包括第一光电传感器14a和第二光电传感器14b，第一光电传感器14a和第二光电传感器14b均与控制系统电连接，第一光电传感器14a设置于弓形板17上，用于监测上试件9相对底座1被提起的高度，且能够改变第一光电传感器14a在弓形板17上的位置，进而改变冲击试验的冲击高度，弓形板17和导向筒7上开设有透光槽，以便通过第一光电传感器14a发射的信号，通过判断第一光电传感器14a发射的信号能否通过导向筒7内侧壁反射回来，来进一步判断上试件9是否被提升至设定高度，当第一光电传感器14a监测到上试件9被提升到设定高度时，第一光电传感器14a接受不到经导向筒7内壁反射回来的信号，第一光电传感器14a向控制系统发出信号，控制系统则控制离合器5开启，则停止向上提升上试件9，此时，上试件9在重力作用下进行自由落体运动以冲击下试件10，第二光电传感器14b可拆卸连接于第一挡板15a上，且第二光电传感器14b在第一挡板15a上的高度可调，第一挡板15a固定设置在下卡盘11一侧的底座1上，下卡盘11另一侧的底座1上固定设置有与第一挡板15a位置对应的第二挡板15b，第二挡板15b上固定设置有反光板16，反光板16用于反射第二光电传感器14b发出的信号，第二光电传感器14b用于监测上试件9冲击完成时相对底座1的高度，第二光电传感器14b能否接收到反光板16反射的信号用于判断上试件9是否达到设定高度，当第二光电传感器14b监测到上试件9达到设定高度时，向控制系统发出信号，控制系统接收信号后控制离合器5关闭，则伺服电机4带动卷线筒3转动，以将绳索6缠绕在卷线筒3上，同时上试件9被不断提升，如此循环，能够使上试件9不断被提起和进行自由落体运动，进而能够往复进行冲滑复合试验。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种落锤式冲滑复合摩擦试验机，其特征在于：包括支架、底座、驱动装置、上卡盘、下卡盘、上试件、下试件、上试件高度监测装置、六维力传感器和控制系统；所述支架和所述底座均用于固定设置于地面上，所述驱动装置固定设置于所述支架上，所述驱动装置与所述上卡盘固定连接，用于驱动所述上卡盘在竖直方向上往复运动，所述上卡盘用于夹持下表面倾斜设置的所述上试件，所述上试件高度监测装置设置于所述支架的一侧，用于监测所述上试件相对所述底座的高度，所述下卡盘固定设置在所述底座上，用于夹持上表面倾斜设置的所述下试件，且所述上试件的下表面和所述下试件的上表面均为平面，所述六维力传感器与所述下卡盘固定连接，用于测量所述下试件受到的冲击力大小，所述驱动装置、所述上试件高度监测装置和所述六维力传感器均与所述控制系统电连接。
2.根据权利要求1所述的落锤式冲滑复合摩擦试验机，其特征在于：所述驱动装置包括伺服电机、离合器、卷线筒、绳索和滑轮组；所述伺服电机和所述卷线筒固定设置在所述支架的底部，所述伺服电机的输出端与所述离合器的输入端固定连接，所述离合器的输出端与所述卷线筒固定连接，所述控制系统与所述离合器电连接，所述绳索缠绕在所述卷线筒上，所述滑轮组固定设置在所述支架的顶部，所述绳索的自由端绕经所述滑轮组与所述上卡盘固定连接。
3.根据权利要求2所述的落锤式冲滑复合摩擦试验机，其特征在于：所述滑轮组包括两个定滑轮，两个所述定滑轮关于所述支架的竖直杆对称固定设置在所述支架的横杆上。
4.根据权利要求1所述的落锤式冲滑复合摩擦试验机，其特征在于：还包括立柱，所述立柱固定设置于所述上卡盘顶面上，用于放置砝码，通过改变放置砝码的数量以改变所述上试件对所述下试件的冲击力大小。
5.根据权利要求4所述的落锤式冲滑复合摩擦试验机，其特征在于：所述立柱的数量为两个，两个所述立柱关于所述上卡盘的顶面中心对称设置，以保证所述上试件对所述下试件均匀施加冲击力。
6.根据权利要求1所述的落锤式冲滑复合摩擦试验机，其特征在于：还包括导向筒，所述导向筒为两端开口的筒体，且所述导向筒的内径大于所述上卡盘的外径，所述导向筒竖直固定设置，且所述导向筒的上端与所述支架的上部固定连接，所述导向筒用于对所述上卡盘的自由下落和被提升的运动轨迹进行导向。
7.根据权利要求6所述的落锤式冲滑复合摩擦试验机，其特征在于：还包括弓形板，所述弓形板固定设置于所述导向筒的外侧壁，所述弓形板上设置有刻度线，用于显示所述上试件被提起的高度。
8.根据权利要求7所述的落锤式冲滑复合摩擦试验机，其特征在于：所述上试件高度监测装置包括第一光电传感器和第二光电传感器，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器均与所述控制系统电连接，所述第一光电传感器可拆卸连接于所述弓形板上，用于监测所述上试件相对所述底座被提起的高度，且能够改变所述第一光电传感器在所述弓形板上的位置，所述第二光电传感器可拆卸连接于所述底座上，用于监测所述上试件与所述下试件冲击完成时所述上试件相对所述底座的高度。
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