CN110308063A - 一种模块化摩擦磨损试验机及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块化摩擦磨损试验机及其试验方法，包括壳体、摩擦盘、试样夹持装置、加载装置、压力传感器、无线扭矩传感器和步进电机，壳体左侧安装有加载装置，加载装置内端连接到试样夹持装置，壳体左侧安装有步进电机，步进电机的电机轴通过无线扭矩传感器连接到传动轴，传动轴活动地连接摩擦盘上盲孔内，摩擦盘正对试样夹持装置，压力传感器安装在传动轴内端并抵靠在盲孔内，摩擦盘端面安装有凸出的多个均布摩擦棒，壳体顶部、底部侧面和底部中心分别设置有顶部接入孔、侧面接入孔和余液收集孔，还包括安装在试样上的温度传感器。本发明操作方便，拆装简单，载荷平稳，功能多样化，模块化设计，适应多种条件下的摩擦腐蚀磨损试验，应用范围广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种模块化摩擦磨损试验机及其试验方法，属于摩擦磨损试验机技术领域。
背景技术
摩擦磨损是指两接触面在相对运动时发生的物理化学现象，其具体可拓展至盐雾腐蚀磨损，液体浸蚀磨损，间浸工况磨损等。在这些情况下的摩擦运动具有隐蔽性和测量的不确定性，其危害在生产中显而易见，摩擦磨损会引起材料接触表面破坏，产生裂纹，甚至导致整个系统的失效。相关研究机构的研究表明，全世界每年大约有四分之一的能源消耗在摩擦磨损及其附带作用上，导致国民经济的大量浪费，有五分之四的运动副失效是由于摩擦磨损。为了更好的研究摩擦磨损的内部机理和规律，模块化摩擦磨损试验机的发明显得尤为重要。摩擦磨损试验的研究可以揭示摩擦磨损现象本质，并且能较为真实地模拟实际工况，获取最为有效的实验数据，进而采取实际有效的措施来减缓甚至消除磨损，对于研究摩擦磨损现象具有重大意义。
现在的摩擦磨损试验机多为整体式设备，内部零件不容易进行拆卸清洗，在试验时容易有不规则方向的振动干扰对结果造成影响，对实验准确性造成不利影响，而且使用功能单一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种模块化摩擦磨损试验机及其试验方法，以解决上述现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种模块化摩擦磨损试验机，包括壳体、摩擦盘、试样夹持装置、加载装置、压力传感器、无线扭矩传感器和步进电机，壳体左侧安装有加载装置，加载装置内端连接到试样夹持装置，壳体左侧安装有步进电机，步进电机的电机轴通过无线扭矩传感器连接到传动轴，传动轴轴向活动地连接摩擦盘上盲孔内，摩擦盘正对试样夹持装置，压力传感器安装在传动轴内端并抵靠在盲孔内，摩擦盘朝向试样方向端面安装有凸出的多个均布摩擦棒，壳体顶部、底部侧面和底部中心分别设置有顶部接入孔、侧面接入孔和余液收集孔，还包括温度传感器，温度传感器安装在试样上。
优选的，上述壳体包括对半割开的壳体一和壳体二，壳体一和壳体二采用螺钉连接，壳体安装在基座上。
优选的，上述试样夹持装置包括固定夹紧体、活动夹紧体和夹紧体旋钮杆，补充具体夹紧原理，以及各个部件间具体连接关系和如何动作才能锁紧。
优选的，上述加载装置包括加载螺柱、锁紧螺母和压缩弹簧一，加载螺柱内端可旋转地抵靠在试样夹持装置上，外端螺旋连接壳体并穿出壳体后连接锁紧螺母，压缩弹簧一套接在加载螺柱上且两端分别抵靠在壳体内侧面和试样夹持装置上，壳体连接加载螺柱处设置加载圆柱台，加载圆柱台四侧设置加强筋，加载螺柱内端抵靠在止推轴承，止推轴承抵靠在压力传感器上。
优选的，上述试样夹持装置还连接有多个周向均布的微调机构，每个微调机构包括定位杆、压缩弹簧二和微调螺母，定位杆内端可旋转地抵靠在试样夹持装置上，外端活动穿出壳体后连接微调螺母，压缩弹簧二套接在定位杆上且两端分别抵靠在壳体外侧面和微调螺母端面上。
优选的，上述加载螺柱为中空结构，试样夹持装置中部设置有通孔，温度传感器的电缆穿过加载螺柱和试样夹持装置后安装到试样上。
优选的，上述传动轴内端径向中部设置有腰形孔，腰形孔插接有插销，插销两端插接在摩擦盘上。
优选的，上述步进电机固定连接在连接板上，连接板固定连接在壳体右侧壁上。
优选的，上述壳体为透明材质。
一种模块化摩擦磨损试验机的试验方法，该方法为：先检查各个部位的零件是否完整，然后将试样安装在试样夹持装置上，安装四根定位杆和加载螺柱，并在加载螺柱上安装大弹簧，将整个试样夹持装置安装在左边的透明壳体一上，并用壳体一外部的锁紧螺母进行预紧，再用微调机构中的微调螺母进行试样正位，外部观测调整使其垂直，然后将装有压力传感器的摩擦盘通过装有无线扭矩传感器的传动轴连接到步进电机的电机轴上，然后将电化学工作站的三电极测量系统的工作电极和辅助电极分别安装在加载螺柱内端处和侧面接入孔处，最后将壳体一和壳体二固定密封连接，并且将壳体装在基座顶部，然后将基座通过固定孔固定到工作平台上，进行试样的摩擦磨损性能测试时，顺时针旋转加载螺杆，利用压缩弹簧一和加载螺杆产生的推力推动试样夹持装置，使得试样与摩擦棒间进行摩擦加载，压力传感器读取加载力，实时控制加载大小，开启步进电机，设定相应转速，由无线扭矩传感器实时测试摩擦力矩，进行盐雾腐蚀磨损试验时，将顶部接入孔安装盐雾雾化器，余液收集孔连接的旋钮控制流出速度，壳体底部有设定深度的盐雾液体，测量试样和底部液体之间的电势差。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明效果如下：
（1）本摩擦磨损试验机操作方便，拆装简单，载荷平稳，功能多样化，模块化设计，适应多种条件下的摩擦润滑腐蚀磨损特性的试验，应用范围广泛，可作为摩擦学领域的可靠试验设备；
（2）本装置是通过加载螺柱和复位弹簧一加载的方式将试验力加载到试样上，由于弹簧具有一定的吸振性，因而可以保证有较高的测试精度；
（3）壳体上预留的孔根据不同实验决定开启与闭合状态，整个壳体用四颗螺钉安装在底部的基体上，当做完一遍实验，可以选择性的对壳体进行清洗，保障下次实验时的不确定因素降到最低，整套系统座于基体上，连接处加有密封圈和垫片，保证了实验的准确性，与现有技术相比，本发明一种模块化摩擦磨损试验机减少了不规则方向的振动干扰，减小对结果的影响，从而提高实验中模拟测试的准确性，为摩擦学的研究提供了一种可靠的实验设备。
附图说明
图1是摩擦磨损试验机的俯视结构示意图；
图2是图1中A-A剖视结构示意图；
图3是摩擦磨损试验机的左视结构示意图；
图4是摩擦磨损试验机的立体结构示意图；
图5是摩擦磨损试验机壳体一拆除后的轴侧结构示意图；
图6是摩擦磨损试验机的后侧立体结构示意图。
图中，1、连接板；2、步进电机；3、无线扭矩传感器；4、传动轴；5、插销；6、压力传感器；7、摩擦棒；8、摩擦棒固定旋钮；9、顶部接入孔；10、试样；11、活动夹紧体；12、夹紧体旋钮杆；13、定位杆；14、压缩弹簧一；15、压缩弹簧二；16、微调螺母；17、锁紧螺母；18、加载螺柱；19、温度传感器；20、固定夹紧体；21、侧部接入孔；22、壳体一；23、基座一；24、固定孔；25、余液收集孔；26、基座二；27、壳体二；28、摩擦盘；29、加载圆柱台；30、加强筋；31、止推轴承。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-图6所示，一种模块化摩擦磨损试验机，包括壳体、摩擦盘28、试样夹持装置、加载装置、压力传感器6、无线扭矩传感器3和步进电机2，壳体左侧安装有加载装置，加载装置内端连接到试样夹持装置，壳体左侧安装有步进电机2，步进电机2的电机轴通过无线扭矩传感器3连接到传动轴4，传动轴4轴向活动地连接摩擦盘28上盲孔内，摩擦盘28正对试样夹持装置，压力传感器6安装在传动轴4内端并抵靠在盲孔内，摩擦盘28朝向试样方向端面安装有凸出的多个均布摩擦棒7，摩擦棒7插入到摩擦盘28端面后采用摩擦棒固定旋钮8固定，壳体顶部、底部侧面和底部中心分别设置有顶部接入孔9、侧面接入孔21和余液收集孔25，还包括温度传感器19，温度传感器19安装在试样10上。
优选的，上述壳体包括对半割开的壳体一22和壳体二27，壳体一22和壳体二27采用螺钉连接，壳体安装在基座上，基座包括对半割开的基座一23和基座二26，基座上设置有固定孔24，通过螺钉穿过固定孔将基座固定连接在工作平台上，螺钉连接的可拆卸结构，拆卸后可单独进行清洗，保证多种工况的正常使用，保证腐蚀磨损的外界干扰最小。
优选的，上述试样夹持装置包括固定夹紧体20、活动夹紧体11和夹紧体旋钮杆12，试样夹持装置包括固定夹紧体20、两活动夹紧体11和夹紧体旋钮杆12，两活动夹紧体11通过其底部设置的燕尾槽连接到固定夹紧体20表面的燕尾导轨上，燕尾导轨中部设置凹槽，夹紧体旋钮杆12位于凹槽内且螺旋连接两活动夹紧体11，通过旋转夹紧体旋钮杆12，带动两活动夹紧体相对运动，实现试样的快速夹紧和松开，调节方便快捷，操作容易。
优选的，上述加载装置包括加载螺柱18、锁紧螺母17和压缩弹簧一14，加载螺柱18内端可旋转地抵靠在试样夹持装置的固定夹紧体底部20的盲孔内，外端螺旋连接壳体并穿出壳体后连接锁紧螺母17，压缩弹簧一14套接在加载螺柱18上且两端分别抵靠在壳体内侧面和试样夹持装置上，壳体连接加载螺柱18处设置加载圆柱台29，加载圆柱台29四侧设置加强筋30，加载圆柱台提高加载螺柱连接处的接触面，加载更稳定，加载螺柱18内端抵靠在止推轴承31，止推轴承31抵靠在压力传感器6上，设置止推轴承，避免损坏压力传感器，该加载装置能够实现快速加载，加载方便快捷，加载螺柱采用细螺纹，加载均衡，压缩弹簧一14起到预压力作用，压力小，盲孔侧面设置与其相通的凹槽，便于压力传感器布线，锁紧螺母便于紧固加载螺杆，避免摩擦试验过程中松动导致加载力精度不高。
优选的，上述试样夹持装置还连接有多个周向均布的微调机构，每个微调机构包括定位杆13、压缩弹簧二15和微调螺母16，定位杆13内端可旋转地抵靠在试样夹持装置上，外端活动穿出壳体后连接微调螺母16，压缩弹簧二15套接在定位杆13上且两端分别抵靠在壳体外侧面和微调螺母16端面上，定位杆起到辅助支撑作用，避免加载螺柱受到过大力矩导致难以加载，加载省力，压缩弹簧二和压缩弹簧一以及微调螺母起到辅助预调试样与加载螺杆垂直度作用，便于提高试验精度。
优选的，上述加载螺柱18为中空结构，试样夹持装置中部设置有通孔，温度传感器19的电缆穿过加载螺柱18和试样夹持装置后安装到试样10上，温度传感器测量试样实验时因摩擦产生的温升。
优选的，上述传动轴4内端径向中部设置有腰形孔，腰形孔插接有插销5，插销5两端插接在摩擦盘28上。
优选的，上述步进电机2固定连接在连接板1上，连接板1固定连接在壳体右侧壁上。
优选的，上述壳体为透明材质，可从外部实时观测实验机内部具体状况，微调螺母16在旋转时可推动定位杆13左右移动，而且外部可通过透明壳体进行观测，保证垂直精度。
实施例2：一种模块化摩擦磨损试验机的试验方法，该方法为：先检查各个部位的零件是否完整，然后将试样安装在试样夹持装置上，保证夹持可靠，安装四根定位杆和加载螺柱，并在加载螺柱上安装大弹簧，将整个试样夹持装置安装在左边的透明壳体一上，并用壳体一外部的锁紧螺母进行预紧，再用微调机构中的微调螺母进行试样正位，外部观测调整使其垂直，然后将装有压力传感器的摩擦盘通过装有无线扭矩传感器的传动轴连接到步进电机的电机轴上，然后将电化学工作站的温度接入点接温度传感器，然后将电化学工作站的三电极测量系统的工作电极和辅助电极分别安装在加载螺柱内端处和侧面接入孔处，最后将壳体一和壳体二固定密封连接，并且将壳体装在基座顶部，然后将基座通过固定孔固定到工作平台上，进行试样的摩擦磨损性能测试时，顺时针旋转加载螺柱，利用压缩弹簧一和加载螺柱产生的推力推动试样夹持装置进行加载，压力传感器读取加载力，实时控制加载大小，开启步进电机，设定相应转速，由无线扭矩传感器实时测试摩擦力矩，进行盐雾腐蚀磨损试验时，将顶部接入孔安装盐雾雾化器，余液收集孔连接的旋钮控制流出速度，壳体底部有设定深度的盐雾液体，测量试样和底部液体的开路电位变化。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种模块化摩擦磨损试验机，其特征在于：包括壳体、摩擦盘（28）、试样夹持装置、加载装置、压力传感器（6）、无线扭矩传感器（3）和步进电机（2），壳体左侧安装有加载装置，加载装置内端连接到试样夹持装置，壳体左侧安装有步进电机（2），步进电机（2）的电机轴通过无线扭矩传感器（3）连接到传动轴（4），传动轴（4）轴向活动地连接摩擦盘（28）上盲孔内，摩擦盘（28）正对试样夹持装置，压力传感器（6）安装在加载装置和试样夹持装置处，摩擦盘（28）朝向试样方向端面安装有凸出的多个均布摩擦棒（7），壳体顶部、底部侧面和底部中心分别设置有顶部接入孔（9）、侧面接入孔（21）和余液收集孔（25），还包括温度传感器（19），温度传感器（19）安装在试样（10）上。
2.根据权利要求1所述的一种模块化摩擦磨损试验机，其特征在于：壳体包括对半割开的壳体一（22）和壳体二（27），壳体一（22）和壳体二（27）采用螺钉连接，壳体安装在基座上。
3.根据权利要求1所述的一种模块化摩擦磨损试验机，其特征在于：试样夹持装置包括固定夹紧体（20）、两活动夹紧体（11）和夹紧体旋钮杆（12），两活动夹紧体（11）通过其底部设置的燕尾槽连接到固定夹紧体（20）表面的燕尾导轨上，燕尾导轨中部设置凹槽，夹紧体旋钮杆（12）位于凹槽内且螺旋连接两活动夹紧体（11）。
4.根据权利要求1所述的一种模块化摩擦磨损试验机，其特征在于：加载装置包括加载螺柱（18）、锁紧螺母（17）和压缩弹簧一（14），加载螺柱（18）内端可旋转地抵靠在试样夹持装置上，外端螺旋连接壳体并穿出壳体后连接锁紧螺母（17），压缩弹簧一（14）套接在加载螺柱（18）上且两端分别抵靠在壳体内侧面和试样夹持装置上，壳体连接加载螺柱（18）处设置加载圆柱台（29），加载圆柱台（29）四侧设置加强筋（30），加载螺柱（18）内端抵靠在止推轴承（31），止推轴承（31）抵靠在压力传感器（6）上。
5.根据权利要求4所述的一种模块化摩擦磨损试验机，其特征在于：试样夹持装置还连接有多个周向均布的微调机构，每个微调机构包括定位杆（13）、压缩弹簧二（15）和微调螺母（16），定位杆（13）内端可旋转地抵靠在试样夹持装置上，外端活动穿出壳体后连接微调螺母（16），压缩弹簧二（15）套接在定位杆（13）上且两端分别抵靠在壳体外侧面和微调螺母（16）端面上。
6.根据权利要求4所述的一种模块化摩擦磨损试验机，其特征在于：加载螺柱（18）为中空结构，试样夹持装置中部设置有通孔，温度传感器（19）的电缆穿过加载螺柱（18）和试样夹持装置后安装到试样（10）上。
7.根据权利要求1所述的一种模块化摩擦磨损试验机，其特征在于：传动轴（4）内端径向中部设置有腰形孔，腰形孔插接有插销（5），插销（5）两端插接在摩擦盘（28）上。
8.根据权利要求1所述的一种模块化摩擦磨损试验机，其特征在于：步进电机（2）固定连接在连接板（1）上，连接板（1）固定连接在壳体右侧壁上。
9.根据权利要求1所述的一种模块化摩擦磨损试验机，其特征在于：壳体为透明材质。
10.根据权利要求1所述的一种模块化摩擦磨损试验机的试验方法，其特征在于：先检查各个部位的零件是否完整，然后将试样安装在试样夹持装置上，安装四根定位杆和加载螺柱，并在加载螺柱上安装大弹簧，将整个试样夹持装置安装在左边的透明壳体一上，并用壳体一外部的锁紧螺母进行预紧，再用微调机构中的微调螺母进行试样正位，外部观测调整使其垂直，然后将装有压力传感器的摩擦盘通过装有无线扭矩传感器的传动轴连接到步进电机的电机轴上，然后将电化学工作站的三电极测量系统的工作电极和辅助电极分别安装在加载螺柱内端处和侧面接入孔处，最后将壳体一和壳体二固定密封连接，并且将壳体装在基座顶部，然后将基座通过固定孔固定到工作平台上，进行试样的摩擦磨损性能测试时，顺时针旋转加载螺杆，利用压缩弹簧一和加载螺杆产生的推力推动试样夹持装置，使得试样与摩擦棒间进行摩擦加载，压力传感器读取加载力，实时控制加载大小，开启步进电机，设定相应转速，由无线扭矩传感器实时测试摩擦力矩，进行盐雾腐蚀磨损试验时，将顶部接入孔安装盐雾雾化器，余液收集孔连接的旋钮控制流出速度，壳体底部有设定深度的盐雾液体，测量试样和底部液体之间的电势差。
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