CN110044614A - 一种机械式周期性循环动载实验加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械式周期性循环动载实验加载装置，包括驱动电机、载荷加载系统、杠杆系统、摩擦副装置以及监测系统。驱动电机固定在下方，为整个装置提供动力。载荷加载系统由可变长度连杆、脉动载荷、弹簧和静态载荷组成，满足实验过程中加载需求。杠杆系统末端悬挂静态载荷，杠杆前部连接力传感器，用于杠杆调平。力传感器与摩擦副装置相接触，用以获得滑动摩擦副的摩擦力矩。检测系统统计整个载荷变化过程中力的数据，用作分析摩擦磨损。本发明由驱动电机提供动力，且通过改变连杆的长度、调节连杆与脉动载荷的距离、选用不同刚度的弹簧，来改变加载的载荷的特性，使得加载的载荷振幅和周期均可调节。

Description

一种机械式周期性循环动载实验加载装置

技术领域

本次发明涉及的是一种摩擦领域的技术装置，具体是一种机械式周期性循环动载实验加载装置。

背景技术

随着社会的发展，汽车成了生活中重要的代步工具，而差速器作为汽车内部传动的关键零部件之一，能够实现汽车左、右(或前、后)驱动轮以不同转速转动，从而消除汽车在运动过程中的不协调。当汽车行驶不平稳时，差速器极易受到瞬态高负载的冲击，造成差速器内部摩擦副的摩擦磨损。在摩擦学中，恒定、动态负载是影响摩擦副使用寿命的重要因素，所以分析摩擦副在恒、动载下的摩擦磨损现象显得尤为重要。通过恒、动载荷下的对比，获得所需数据，从而分析摩擦副的磨损机理。

发明内容

本发明针对在实验过程中，对于循环动载的需求，提出一种机械式周期性循环动载实验加载装置，这是一种可以实现静态载荷与脉动循环载荷相对比的实验装置。通过改变弹簧刚度、连杆长度等条件，从而实现实验所需载荷的变化，更好的获取数据。

为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：一种机械式周期性循环动载实验加载装置，包括驱动电机、载荷加载系统、杠杆系统、摩擦副装置以及监测系统：所述装置中由驱动电机提供动力；电机通过连杆连接脉动载荷，脉动载荷通过弹簧与静态载荷相连，静态载荷位于杠杆系统的末端；力传感器位于杠杆的前部，力传感器下方与摩擦副装置相接触，与循环动载形成一个平衡的杠杆系统。

所述的驱动电机在装置下方，由固定支座固定；其带动连杆匀速转动，实现载荷的竖向、循环加载。

所述连杆的长度可以改变：其有五处挂接位置，不同的挂接位置能改变连杆的长短，改变施加载荷的大小。

所述杠杆系统的一端固定，末端悬挂静态载荷；前半部连接力传感器，杠杆在传感器处所受的反向力与末端所加的载荷平衡。

所述弹簧连接脉动载荷与静态载荷，弹簧刚度的变化能改变所加载荷的特性。

所述静态载荷，其所在位置到定点的距离与反向力作用的位置到定点的距离成比例，四比一的关系。

所述摩擦副装置与力传感器相接触，滑动副摩擦力矩由力传感器所获得的力信号表示。

所述监测装置由力传感器和计算机组成，所读取的数据传输给计算机，实现数据的计算、分析和处理。

本发明是通过电机驱动，实现脉动载荷的竖直、循环运动。驱动电机的匀速转动通过连杆带动脉动载荷的上下运动，连杆长度、位置的改变，会影响所加载的载荷的大小。

弹簧一方面连接脉动载荷与静态载荷，控制加载载荷的大小，另一方面也将二者形成一种对比；在恒定载荷下的磨损与动载下的磨损相对比，可以使实验结果更加全面。

通过调节连杆的转速，可加载不同频率的载荷；通过调节连杆长度，可以设置不同振幅，能改变脉动载荷的周期，加载不同的大小的载荷；通过选用不同刚度的弹簧，可控制最大加载载荷，调节杠杆的平衡。

本发明了公开一种机械式周期性循环动载实验加载装置，通过连杆和弹簧的共同作用，实现恒定载荷，脉动载荷的加载，且加载的载荷大小、频率、周期和振幅均可调节。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构示意图。

图2为本发明装置载荷加载系统结构示意图。

图中：1、步进电机；2、第一连杆；3、连接孔；4、第二连杆；5、脉动载荷；6、弹簧；7、下挂钩；8、静态载荷；9、上挂钩；10、杠杆；11、力传感器；12、垫片；13、固定点；14、摩擦副；15、支架；16、支撑架；17、计算机；18、旋转轴。

具体实施方式

为使本发明的目的，特点，运行方案更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

参照图一，本发明提出了一种机械式周期性循环动载实验加载装置，包括驱动电机[1]、载荷加载系统、杠杆系统[10]、摩擦副装置[14]以及监测系统[17]。

所述驱动电机[1]固定在支座[19]上，所用电机为步进电机[1]；步进电机[1]连接第一连杆[2]，以一定的角速度转动；第一连杆[2]连接第二连杆[4]，在连接处可以选择不同位置[3]使得第二连杆[4]长度变化，满足不同需求；由步进电机[1]所提供的动力驱动连杆转动，从而驱动脉动载荷[5]，为整个装置施加载荷。

所述载荷加载系统由脉动载荷[5]、弹簧[6]、下挂钩[7]、静态载荷[8]和上挂钩[9]几部分所组成。脉动载荷[5]悬挂在弹簧[6]的底部，同时连接在第二连杆[4]的另一端；弹簧[6]连接在静态载荷[8]上。

所述载荷加载装置是通过脉动载荷[5]不同位置，产生不同的力，来满足整个装置的载荷需求；静态载荷[8]保证力传感器[11]与摩擦副[14]的正常接触；脉动载荷[5]则是以以下方式运行：我们通过升高弹簧[6]到达其初始位置，所施加在杠杆[10]上的力是最小的，即产生的载荷最小。然后一方面脉动载荷[5]在第二连杆[4]的带动下下降到最低点，杠杆所受的反力是最大的；另一方面，脉动载荷[5]在第二连杆[4]的带动下上升到最高点，杠杆所受力最小。

参照图二，所述弹簧装置[6]在不同的点能提供不同的载荷。弹簧[6]的原长为L0，此时脉动载荷[5]处于M0点，这时杠杆[10]只受静态载荷[8]的拉力；在上止点M1时，弹簧处于压缩状态，产生一种压力，此时弹簧长度为L1，脉动载荷[5]与弹簧[6]共同作用的力F1=K*（L0-L1），杠杆所受力为静态力减去F1；在下止点M2时，弹簧处于拉伸状态，产生一种拉力，所产生的力F2=K*（L2-L0），杠杆所受的力为静态力加上F2。其中，K为弹簧的劲度系数，不同弹簧，劲度系数不同。脉动载荷[5]在步进电机[1]带动下循环往复运动，一次往返结束后，马上开始下一次运动，便会产生变幅脉动循环载荷。

所述杠杆装置[10]末端悬挂静态载荷[8]，通过脉动载荷[5]与静态载荷[8]的共同作用提供反力。在杠杆系统前部分，连接力传感器[11]，通过力传感器[11]与摩擦副[14]的接触，使得整个系统形成一种杠杆稳定。

所述杠杆装置，静态载荷[8]到固定点[13]的距离与力传感器[11]位置到固定点[13]距离成比例，是四比一的关系；杠杆[10]的另一端由支架[15]固定。

所述摩擦副装置，由步进电机[1]提供动力旋转，摩擦副[14]由一根旋转轴[18]连接到步进电机[1]上，模拟摩擦副运动。

所述监测系统是由力传感器[11]与计算机[17]等部件组成。计算机[17]连接到力传感器[11]上，接收各种信号；力传感器[11]通过垫片[12]与摩擦副[14]相接触，滑动副[14]的摩擦力矩可以近似的表示为力传感器[11]所获得的力信号，然后进行摩擦副的种磨损分析。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要运作过程，便于该领域普通技术人员的理解和使用。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例，做出各种修改、等同替换和改进，因此，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机械式周期性循环动载实验加载装置，其特征在于，包括驱动电机、载荷加载系统、杠杆系统、摩擦副装置以及监测系统：所述装置中由驱动电机提供动力；电机通过连杆连接脉动载荷，通过其循环运动改变载荷的大小；脉动载荷通过弹簧与静态载荷相连，静态载荷位于杠杆系统的末端；力传感器位于杠杆的前部，与静态载荷组成一个完整的杠杆系统；力传感器下方与摩擦副装置相接触；所述监测系统监测整个加载装置的载荷数据变化，以便进行数据处理与分析。

2.根据权利要求书1所述的一种机械式周期性循环动载实验加载装置，其特征在于，所述的驱动电机在装置下方，由固定支座固定；其带动连杆匀速转动，实现载荷的竖向加载。

3.根据权利要求书1所述的一种机械式周期性循环动载实验加载装置，其特征在于，所述载荷加载系统中脉动载荷一端通过可调节长度的连杆与电机连接，另一端通过弹簧与静态载荷连接，电机带动脉动载荷上下循环运动，给整个装置提供实验所需要的载荷。

4.根据权利要求书3所述的一种机械式周期性循环动载实验加载装置，其特征在于，所述连杆有五处挂接位置，不同的挂接位置能改变连杆的长短，从而改变所加载的载荷的特性；所述弹簧连接脉动载荷和静态载荷，改变弹簧的刚度同样能改变实验所需载荷的大小。

5.根据权利要求书3所述的一种机械式周期性循环动载实验加载装置，其特征在于，随着连杆与弹簧的改变，可以得到不同周期，不同振幅的脉动循环载荷曲线图。

6.根据权利要求书1所述的一种机械式周期性循环动载实验加载装置，其特征在于，所述杠杆系统的前端固定，末端悬挂静态载荷；前半部连接力传感器，杠杆在传感器处所受的反向力与末端受变化的载荷所产生的力平衡。

7.根据权利要求书6所述的一种机械式周期性循环动载实验加载装置，其特征在于，静态载荷所在位置到定点的距离与力传感器所在位置到定点的距离成比例，四比一的关系。

8.根据权利要求书1所述的一种机械式周期性循环动载实验加载装置，其特征在于，所述摩擦副装置与力传感器相接触，给杠杆提供反向力。

9.根据权利要求书1所述的一种机械式周期性循环动载实验加载装置，其特征在于，所述摩擦副装置与电机连接，由电机提供动力旋转，模拟差速器运动。

10.根据权利要求书1所述的一种机械式周期性循环动载实验加载装置，其特征在于，所述监测装置是由力传感器与计算机相连所组成，力传感器所产生的力信号以及数据传输到计算机中，进行摩擦副磨损分析与处理。