CN110208126A - 一种摩擦磨损试验机测力装置及摩擦磨损试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦磨损试验机测力装置即摩擦磨损试验机，该测力装置包括底座、轴承、第一压电陶瓷传感器、第二压电陶瓷传感器、压电陶瓷传感器固定座、第一支撑块、第二支撑块、第一螺纹杆、第二螺纹杆、悬臂梁、夹具；其中，底座内部设有一轴，两个轴承分别套设在轴的两端，压电陶瓷传感器固定座固连于轴承上；压电陶瓷传感器固定座一端固连有第一支撑块，另一端固连第二支撑块，每个支撑块水平螺纹连接螺纹杆；两个支撑块的相对侧面上分别固定连接一个压电陶瓷传感器；悬臂梁水平固定在压电陶瓷传感器固定座上，悬臂梁的固定端分别固定压电陶瓷传感器，悬臂梁的悬挂端固连夹具。

Description

一种摩擦磨损试验机测力装置及摩擦磨损试验机

技术领域

本发明属于摩擦磨损试验机设计应用领域，尤其涉及一种摩擦磨损试验机测力装置及摩擦磨损试验机。

背景技术

微动是指两个互相接触的表面或界面之间因受到机械振动、电磁振动、流体运动以及冷热循环等作用而发生的幅值极小(通常为微米级)的相对运动。微动可能使接触界面产生损伤，进而引起构件发生咬合、松动、能量损失、形成噪音污染源等问题，或者使疲劳裂纹萌生并扩展，降低构件疲劳寿命等。微动损伤普遍存在于核电工业、航天航空、电力系统、桥梁、交通运输以及人工植入器件等。因其位移幅值极小，振动频率高，因此对于摩擦磨损试验机的测力装置具有极高的精度要求。以往的测力传感器或测力装置受力后本身会产生较大的变形，从而影响测试的准确性，试验精度不高；此外，常见的应变式测力装置或测力传感器由于响应频率低，在高频低位移幅值的振动下难以有效测量摩擦力变化情况，从而影响数据的真实准确性。

发明内容

本发明提供了一种摩擦磨损试验机测力装置及摩擦磨损试验机，采用两组压电陶瓷传感器，能够避免因测力传感器受力后本身发生较大的变形而影响测试的准确性的问题，同时可以消除因环境温度变化对传感器测量数据准确性的影响。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种摩擦磨损试验机测力装置，所述测力装置包括底座、轴承、第一压电陶瓷传感器、第二压电陶瓷传感器、压电陶瓷传感器固定座、第一支撑块、第二支撑块、第一螺纹杆、第二螺纹杆、悬臂梁、夹具；

其中，所述底座内部设有一轴，两个所述轴承分别套设在所述轴的两端，且所述轴承与所述轴过盈配合，所述压电陶瓷传感器固定座固连于所述轴承上；

所述压电陶瓷传感器固定座一端固连所述第一支撑块，另一端固连所述第二支撑块，所述第一支撑块水平连接第一螺纹杆，所述第二支撑块水平连接所述第二螺纹杆，所述第一螺纹杆和所述第二螺纹杆上用于放置平衡砝码，且与所述平衡砝码螺纹连接；

所述第一支撑块朝向所述第二支撑块的侧面固连第一压电陶瓷传感器，所述第二支撑块朝向所述第一支撑块的侧面固连第二压电陶瓷传感器；

所述悬臂梁水平固连于所述压电陶瓷传感器固定座上，所述悬臂梁的固定端朝向第一支撑块的侧面与所述第一压电陶瓷传感器固连，所述悬臂梁的固定端朝向第二支撑块的侧面与所述第二压电陶瓷传感器固连，所述悬臂梁的悬挂端延伸于所述底座的外部，所述悬臂梁的悬挂端固定连接所述夹具；

所述悬臂梁包括第一连接臂、第二连接臂、第三连接臂，所述第一连接臂固连于所述压电陶瓷传感器固定座，所述第二连接臂与所述第三连接臂的交点为所述悬臂梁的悬挂端。

优选实施例中，为了防止压电陶瓷传感器的固定发生松动，所述第一压电陶瓷传感器和所述第二压电陶瓷相对所述悬臂梁的中心线非对称放置。

优选实施例中，所述测力装置的材料为17-4PH不锈钢，避免在测试过程中装置自身变形对测量结果的干扰。

优先实施例中，所述夹具包括夹具杆和夹具套；

所述悬臂梁的悬挂端设置螺纹孔，所述夹具杆穿过所述螺纹孔与所述悬臂梁螺纹连接，夹具杆能够根据不同试样高度上下移动，满足不同材料的试验需求，所述夹具套与所述夹具杆的下端螺纹连接，可通过螺纹调节安装不同型号的摩擦副钢球或半球。

优选实施例中，所述轴承为圆锥滚子轴承，能够承受较大的轴向力。

优选实施例中，还包括轴承封盘，所述轴承封盘固定在所述底座的侧面上。

本发明还提供了一种摩擦磨损试验机，包括上述实施例中的摩擦磨损试验机测力装置。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明的测力装置设计了两组压电陶瓷传感器，即第一压电陶瓷传感器、第二压电陶瓷传感器，第一压电陶瓷传感器固连于悬臂梁的固定端朝向第一支撑块的侧面，第二压电陶瓷传感器固连于悬臂梁的固定端朝向第二支撑块的侧面，即将两组压电陶瓷传感器分别固定在第一连接臂的两端，在摩擦测试过程中，压力砝码放置在悬臂梁的悬挂端上，摩擦力通过第二连接臂和第三连接臂传递到第一、第二压电陶瓷传感器，一个压电陶瓷传感器受到拉力，一个压力传感器受到压力，两组压电陶瓷传感器的组合值为摩擦力，因此在测摩擦力时，正是设计了两组压电陶瓷传感器，因此可以有效避免外界温度以及振动对摩擦力的影响。

本发明的传感器采用两组压电传感器，悬臂梁为三角形结构，保证在摩擦测试过程中，测力部分在90N的摩擦力条件下变形量低于3微米，在微动摩擦测试过程中可以有效保证测力部分的高刚度，在微米级位移幅值时保证测量数据的准确性，从而提高测试精度。另外将悬臂梁设计为镂空三角形结构，既节省了材料与自重，又提高了稳定性。本发明的测力装置通过安装在不同平台，可以实现微动摩擦磨损试验的精确力学测试，测试精度高，实用性强。

附图说明

图1为本发明的测力装置整体结构示意图；

图2为本发明的测力装置俯视结构示意图；

图3为本发明的测力装置部分剖面示意图；

图4为包含本发明的测力装置的摩擦磨损试验机的结构示意图。

附图标记说明：1-第一螺纹杆；2-压电陶瓷传感器固定座；3-平衡砝码；4-第二支撑块；5-第二压电陶瓷传感器；6-悬臂梁；601-第一连接臂；602-第二连接臂；603-第三连接臂；7-夹具杆；8-夹具套；9-轴承；10-轴承封盘；11-底座；12-轴；13-固定底座；14-样品台；15-驱动部；16-调距装置；17-砝码；18-第二螺纹杆；19-第一压电陶瓷传感器；20-第一支撑块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种摩擦磨损试验机测力装置及摩擦磨损试验机作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例1

参看图1，在一个实施例中，一种摩擦磨损试验机测力装置，主要用于微动摩擦磨损，该测力装置包括底座11、轴承9、第一压电陶瓷传感器19、第二压电陶瓷传感器5、压电陶瓷传感器固定座2、第一支撑块20、第二支撑块4、第一螺纹杆1、第二螺纹杆18、悬臂梁6、夹具；第一压电陶瓷传感器19和第二压电陶瓷传感器5的量程均为0～45N；

其中，底座11内部设有一轴，两个轴承9分别套设在轴的两端，且轴承9与轴过盈配合，压电陶瓷传感器固定座2固连于轴承9上；

压电陶瓷传感器固定座2表面为一凹槽形状，凹槽的一端固连第一支撑块20，另一端固连第二支撑块4，第一支撑块20朝向底座外部的侧面中心开有螺纹孔，第一螺纹杆1通过螺纹连接第一支撑块20，第一螺纹杆水平放置，用于放置平衡砝码18，平衡砝码3与第一螺纹杆螺纹连接，且平衡砝码3可以在第一螺纹杆1上通过螺纹移动，第二支撑块4与第二螺纹杆18以同样的连接方式固连，平衡砝码与第二螺纹杆螺纹连接，平衡砝码3用于调节整个装置的水平；

第一支撑块20朝向第二支撑块4的侧面固连第一压电陶瓷传感器19，第二支撑块4朝向第一支撑块20的侧面固连第二压电陶瓷传感器5；

悬臂梁6水平固连于压电陶瓷传感器固定座2上，悬臂梁6的固定端朝向第一支撑块20的侧面与第一压电陶瓷传感器19固连，悬臂梁6的固定端朝向第二支撑块4的侧面与第二压电陶瓷传感器5固连，悬臂梁6的悬挂端延伸于底座11的外部，悬臂梁6的悬挂端固定连接夹具，夹具用于安装摩擦副；

悬臂梁6包括第一连接臂601、第二连接臂602、第三连接臂603，第一连接臂601固连于压电陶瓷传感器固定座2，第二连接臂602与第三连接臂603的交点为悬臂梁6的悬挂端。

本实施例的测力装置设计了两组压电陶瓷传感器，即第一压电陶瓷传感器19、第二压电陶瓷传感器5，第一压电陶瓷传感器19固连于悬臂梁6的固定端朝向第一支撑块20的侧面，第二压电陶瓷传感器5固连于悬臂梁6的固定端朝向第二支撑块4的侧面，即将两组压电陶瓷传感器分别固定在第一连接臂601的两端，在摩擦测试过程中，压力砝码放置在悬臂梁6的悬挂端上，摩擦力通过第二连接臂602和第三连接臂603传递到第一压电陶瓷传感器19、第二压电陶瓷传感器5，一个压电陶瓷传感器受到拉力，一个压力传感器受到压力，两组压电陶瓷传感器的组合值为摩擦力，因此在测摩擦力时，正是设计了两组受力相反的压电陶瓷传感器，可以有效消除外界温度以及振动对摩擦力的影响。

本发明的传感器采用两组压电传感器，悬臂梁6为三角形结构(第一连接臂601、第二连接臂602、第三连接臂603分别是三角形的三个边)，保证在摩擦测试过程中，测力部分在90N的摩擦力条件下变形量低于3微米，在微动摩擦测试过程中可以有效保证测力部分的高刚度，在微米级位移幅值时保证测量数据的准确性，从而提高测试精度。另外将悬臂梁6设计为镂空三角形结构，既节省了材料与自重，又提高了稳定性。本发明的测力装置通过安装在不同平台，可以实现微动摩擦磨损试验的精确力学测试，测试精度高，实用性强。

优选实施例中，为了防止压电陶瓷传感器5的固定发生松动，第一压电陶瓷传感器19和第二压电陶瓷传感器5相对悬臂梁6长度方向的中心线非对称放置，长度方向为第一连接臂601的中点与悬臂梁6的悬挂端的连线方向。

优选实施例中，测力装置的材料为17-4PH不锈钢，17-4PH不锈钢为马氏体沉淀硬化型不锈钢，硬度较高，不易变形，避免在测试过程中装置自身变形对测量结果的干扰。

优先实施例中，夹具包括夹具杆7和夹具套8；

悬臂梁6的悬挂端端设置螺纹孔，夹具杆7穿过螺纹孔与悬臂梁6螺纹连接，夹具杆7能够根据不同试样高度上下移动，满足不同材料的试验需求，夹具套8与夹具杆7的下端螺纹连接，可通过螺纹调节安装不同型号的摩擦副钢球或半球，即当试验结束或需要更换钢球时，只需要将夹具套8旋开取出钢球或者换上新的钢球即可。在测试过程中，加载到样品上的压力的砝码穿过夹具杆7放置在悬臂梁6上。

优选实施例中，还包括轴承封盘10，轴承封盘10固定在底座11的裸露轴承9的侧面上。

实施例2

本实施例提供了一种摩擦磨损试验机，包括实施例1中的摩擦磨损试验机测力装置。

如图4所示，包含了实施例1中的测力装置的摩擦磨损试验机，包括固定底座13、驱动部15、样品台14、调距装置16，测力装置的底座11上开设有孔，穿过调距装置上的轴，测力装置可以在调距装置的轴上移动，夹具套8接触样品，样品安装在样品台14上，驱动部的输出轴于样品台14固定，用于驱动样品台14移动，使夹具套8里安装的摩擦副与样品具有相对运动，然后加载到样品上的压力为放置在悬臂梁6上的砝码17，在做摩擦实验之前需要使整个装置处在水平状态，此时通过旋转平衡砝码3，来抵消6、夹具杆7、夹具套8以及摩擦用钢球或半球的自动。

采用本实施例的试验机做摩擦实验时，将样品装在样品台14上，然后将摩擦副小球装入夹具套8中，夹具杆7拧紧夹具套8，装入悬臂梁6的悬挂端上，调节调距装置16使夹具落在样品上，然后调节平衡砝码3使得悬臂梁6平衡，此时可以借助平衡仪测量是否平衡，调节平衡后将砝码17穿过夹具杆7放置在悬臂梁6上，启动驱动部15，开始摩擦实验。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种摩擦磨损试验机测力装置，其特征在于，所述测力装置包括底座、轴承、第一压电陶瓷传感器、第二压电陶瓷传感器、压电陶瓷传感器固定座、第一支撑块、第二支撑块、第一螺纹杆、第二螺纹杆、悬臂梁、夹具；

其中，所述底座内部设有一轴，两个所述轴承分别套设在所述轴的两端，且所述轴承与所述轴过盈配合，所述压电陶瓷传感器固定座固连于所述轴承上；

所述压电陶瓷传感器固定座一端固连所述第一支撑块，另一端固连所述第二支撑块，所述第一支撑块水平连接第一螺纹杆，所述第二支撑块水平连接所述第二螺纹杆，所述第一螺纹杆和所述第二螺纹杆上用于放置平衡砝码，且与所述平衡砝码螺纹连接；

所述第一支撑块朝向所述第二支撑块的侧面固连第一压电陶瓷传感器，所述第二支撑块朝向所述第一支撑块的侧面固连第二压电陶瓷传感器；

所述悬臂梁水平固连于所述压电陶瓷传感器固定座上，所述悬臂梁的固定端朝向第一支撑块的侧面与所述第一压电陶瓷传感器固连，所述悬臂梁的固定端朝向第二支撑块的侧面与所述第二压电陶瓷传感器固连，所述悬臂梁的悬挂端延伸于所述底座的外部，所述悬臂梁的悬挂端固定连接所述夹具；

所述悬臂梁包括第一连接臂、第二连接臂、第三连接臂，所述第一连接臂固连于所述压电陶瓷传感器固定座，所述第二连接臂与所述第三连接臂的交点为所述悬臂梁的悬挂端。

2.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验机测力装置，其特征在于，所述第一压电陶瓷传感器和所述第二压电陶瓷相对所述悬臂梁长度方向的中心线非对称放置。

3.根据权利要求2所述的摩擦磨损试验机测力装置，其特征在于，所述夹具包括夹具杆和夹具套；

所述悬臂梁的悬挂端设置螺纹孔，所述夹具杆穿过所述螺纹孔与所述悬臂梁螺纹连接，所述夹具套与所述夹具杆的下端螺纹连接，用于安装摩擦副。

4.根据权利要求2所述的摩擦磨损试验机测力装置，其特征在于，所述轴承为圆锥滚子轴承。

5.根据权利要求2所述的摩擦磨损试验机测力装置，其特征在于，还包括轴承封盘，所述轴承封盘固定在所述底座的侧面上。

6.一种摩擦磨损试验机，其特征在于，包括权利要求1-5任意一项所述的摩擦磨损试验机测力装置。