CN110823745A - 一种摩擦磨损测试机构 - Google Patents

Abstract

公开了一种摩擦磨损测试机构，该擦磨损测试机构包括车床夹持装置、销保持装置、气氛保持装置、盘保持装置；车床夹持装置装夹在车床的进给装置上，销保持装置连接在车床夹持装置上，盘保持装置设置在车床的卡盘上，盘保持装置部分的位于气氛保持装置内，销保持装置能够与盘保持装置接触，能够直接安全地连接到车床上，利用车床固有的刚性作为安全功能，确保了整个设备稳定且安全，整个机构结构简单，成本大幅度减少，工作精度高，能够广泛采用。

Description

一种摩擦磨损测试机构

技术领域

本发明涉及精密仪器领域，更具体地讲，涉及一种摩擦磨损测试机构。

背景技术

摩擦是人类生活中不可忽视的一种自然现象，任何有运动的地方均有摩擦的产生，伴随而来的是摩擦接触表面所产生的磨损，随着摩擦学理论知识的不断发展演变，摩擦学的应用范围变得越来越广泛，涉及的领域也在不断扩大。对于各种机械机构与设备来说，机械运转过程中由于摩擦导致的磨损都是引起它们失效的重要原因之一。

对于一些数控机床、汽车、动车、航空等精密仪器，金属之间的摩擦相对运动快，而且有些产品的特定设计使金属在脱氧或含氧很低的环境中运行，当在配合表面之间发生滑动运动时，工件表面上普遍自然存在的氧化层会丢失。此外，氧气的缺乏阻止了该自然存在的表面氧化物层的再形成，从而以更高的频率引起摩擦磨损，这种摩擦磨损可能会导致设备卡死，并且无法正常运行。然而目前脱氧状态下的摩擦测量设备较为复杂，成本非常高，而且对驱动机构的要求较高，因此需要一种新型的成本低的摩擦磨损测试装置，为达到此目的又可兼顾测试质量，因此亟需一种能以车床提供动力方式达到高效率测试的摩擦磨损机构。

发明内容

因此，针对现有技术上存在的不足，提供本发明的示例以基本上解决由于相关领域的限制和缺点而导致的一个或更多个问题，安全性和可靠性大幅度提高，有效的起到保护设备的作用。

按照本发明提供的技术方案，本发明公开了摩擦磨损测试机构，摩擦磨损测试机构包括车床夹持装置、销保持装置、气氛保持装置、盘保持装置；车床夹持装置装夹在车床的进给装置上，销保持装置连接在车床夹持装置上，盘保持装置设置在车床的卡盘上，盘保持装置部分的位于气氛保持装置内，销保持装置能够与盘保持装置接触。

进一步的，销保持装置包括基底，基底上设有保持器主体，保持器主体上开设有孔槽，孔槽内设有压力传感器，压力传感器的前方设有后弹簧压板，后弹簧压板的前方设有压缩弹簧，压缩弹簧的前方设有前弹簧压板，前弹簧压板的前方设有套筒，套筒内装配有栓销，栓销的一部分位于孔槽之外，基底上设有称重传感器，保持器主体位于称重传感器上方。

进一步的，车床夹持装置的前端面上设有第一立板，基座的前部设有第二立板，保持器主体的一侧的前后位置处分别设有一块凸出连接板，两块凸出连接板通过形夹销分别与对应的第一立板和第二立板连接，车床夹持组件的前端设有燕尾槽，燕尾槽卡接在车床的进给装置上。

进一步的，气氛保持装置包括气体流量计，气体流量计位于基底上，气氛保持器还包括一个筒状壳体，筒状壳体能够置放于基底的边缘，筒状壳体的后部卡接有一调准盘，调准盘上设有供栓销通过的槽条，调准盘上通过连接件连接有三个引导辊。三个引导辊平均分布在调准盘的盘面上，筒状壳体的前部卡接有封闭环，封闭环上设有密封条，筒状壳体的上方和下方均设有气体通道，其中上方的气体通道通过气体软管与气体流量计联通，下方的气体通道上还设有气体堵帽。

进一步的，盘保持装置包括一个阶梯夹头，收到阶梯夹头包括一个固定圆盘，固定圆盘的前部设有夹杆，夹杆与卡盘连接，固定夹盘的后部设有卡槽，测试盘卡接在卡槽内，固定圆盘穿过封闭环而位于筒状壳体内，引导辊用于引导固定圆盘进深的程度。

进一步的，筒状壳体由透明的材料制备而成。

进一步的，基底呈阶梯“Z”字型且其上开设有若干个矩形通槽，矩形通槽内插设有矩形立板，保持器主体容纳于矩形立板围成的区域内，基底的下方还设有两个相互平行的支持板。

进一步的，栓销和测试盘可更换安装。

进一步的，密封条为刷式垫圈，刷式垫圈的刷毛包围阶梯夹头，刷式垫圈可更换。

本发明提供了一种摩擦磨损测试机构，该擦磨损测试机构包括车床夹持装置、销保持装置、气氛保持装置、盘保持装置；车床夹持装置装夹在车床的进给装置上，销保持装置连接在车床夹持装置上，盘保持装置设置在车床的卡盘上，盘保持装置部分的位于气氛保持装置内，销保持装置能够与盘保持装置接触，能够直接安全地连接到车床上，利用车床固有的刚性作为安全功能，确保了整个设备稳定且安全，整个机构结构简单，成本大幅度减少，工作精度高，能够广泛采用。

附图说明

图1为本发明的摩擦磨损测试机构总体示意图。

图2为本发明的基底示意图。

图3为本发明的销保持装置示意图。

图4为本发明的调准盘示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

本发明的目的是使用车床为设计的摩擦磨损测试机构提供动力，具体的，摩擦磨损测试机构包括车床夹持装置、销保持装置、气氛保持装置、盘保持装置；车床夹持装置装夹在车床的进给装置上，销保持装置连接在车床夹持装置上，盘保持装置在车床的卡盘上，盘保持装置设置部分的位于气氛保持装置内，销保持装置能够与盘保持装置接触。

销保持装置包括基底2，基底上设有保持器主体3，保持器主体3上开设有孔槽，孔槽内设有压力传感器5，压力传感器5的前方设有（后）弹簧压板7，（后）弹簧压板7的前方设有压缩弹簧8，压缩弹簧8的前方设有（前）弹簧压板7，（前）弹簧压板7的前方设有套筒9，套筒9内装配有栓销10，栓销10的一部分位于孔槽之外，基底2上设有称重传感器4，保持器主体3位于称重传感器4上方。

压力传感器5和称重传感器4作为本发明的数据采集系统的一部分，数据采集系统是一种物理系统，在该系统中，采样信号可测量现实的物理条件，并将所得的采样转换为可由计算机操纵的数字数值。数据采集系统由传感器，采集设备，总线和计算机组成。传感器是进行实际测量的组件，它进行测量并将其作为电信号发送到采集设备，然后采集设备通过滤除噪并将其缩放到合适的大小来调节信号，并使用A / D转换器将其从模拟转换为数字，并通过以太网或USB等总线发送到计算机。

对于本发明而言，在每次测试期间，将使用两个力传感器：压力传感器和称重传感器，一个在弹簧后面以获取法向力，另一个在保持器主体下方以获取摩擦力。摩擦力作用在保持器主体上的瞬间将具有与法向力相同的趋势，这种方向确保力不会耦合，并使测量值相互依赖。通过将压力传感器和称重传感器分开设置，可以使每个力彼此独立，从而简化了每个力的测量。称重传感器通过将其放置在离弹簧更远的位置并在保持器主体下，也就是将已知长度的力矩臂应用于该称重传感器，从而增加了对称重传感器的作用力。因为由于摩擦力的性质，称重传感器通常需要比压力传感器高多达一个数量级的灵敏度。

关于栓销如何将轴向力施加到测试盘上的方案还可以使用气动装置、液压装置等其他设备。不过，使用销栓后面的置放弹簧，并将利用胡克定律将弹簧压缩转换为作用力的设计在大多数类别中都是有利的，在成本、复杂性、维护、可制造性和安全性等类别中被确定为有利。该概念的明显优势是易于制造、维护成本低。

基底呈阶梯“Z”字型由整块铝加工而成，且其上开设有若干个矩形通槽，矩形通槽内插设有矩形立板25、28，保持器主体容纳于矩形立板围成的区域内，这样提供了稳定的操作空间，基底的下方还设有两个相互平行的支持板22，能够显著减小偏转和振动，并保证了较大的安全系数。

车床夹持装置1的前端面上设有第一立板21，基座的前部设有第二立板，保持器主体的一侧的前后位置处分别设有一块凸出连接板，两块凸出连接板通过形夹销6分别与对应的第一立板和第二立板连接。

保持器主体3也由铝块制成，并在铣床上加工而成，首先将一块2cm厚的铝块粗切成所需外部尺寸，然后使用立铣刀将外部尺寸切成精确的尺寸，孔槽先由钻头初步制成，然后再由立铣刀精加工。

各种气氛环境与材料之间的相互作用及其对摩擦学性能的影响是复杂的。有些气体在材料表面上形成化学吸附膜或化学反应膜,有些是形成简单的物理吸附膜范德华吸附。在大气下金属材料的摩擦状况与其表面的吸附膜有很大的关系,如果将这种表面膜除去,其表面会显示出截然不同的摩擦特性。金属材料表面的氧化作用对金属摩擦副在空气、真空和特定气氛中的摩擦学性能有很大影响'。氧气气氛中,活泼金属很容易氧化,结构完整与致密的氧化膜的形成有利于防止金属纯净表面的直接接触,可能减轻或避免粘着磨损的产生,但是,如果氧化膜硬度较高,一旦破裂,也可能有加剧磨粒磨损的倾向。

对于本申请而言，脱氧环境将由连续的气态氮气流撞击栓销的测试圆盘相接触的部分提供，从而在接触点周围提供氮气屏蔽层。

为了创造一个缺氧的环境，将使用氮气。由于空气已经包含80％的氮气，因此使用氮气净化环境既容易又便宜。使用氮气是一种更安全的替代方法，因为氮气不支持燃烧，并且在标准条件下为无色，无味，无味，无刺激性。出于净化目的，也可以使用CO₂或氩气，但不建议使用CO₂，因为它能够与水反应生成腐蚀性碳酸，不建议使用氩气，因为它通常比氮气贵。

因此，气氛保持装置包括气体流量计15，气体流量计15位于基座2上，气氛保持装置还包括一个筒状壳体12，筒状壳体12能够置放于基底的边缘，筒状壳体12的后部卡接有一调准盘11，调准盘11上设有供栓销通过的槽条，调准盘11上通过连接件连接有三个引导辊17，这里的连接件为十字长螺栓23和短销24，三个引导辊17平均分布在调准盘11的盘面上，调准盘11上还设有定位螺钉19，方便固定圆盘的定位参照，筒状壳体12的前部卡接有封闭环18，封闭环18上设有密封条，筒状壳体12的上方和下方均设有气体通道14，其中上方的气体通道通14过气体软管16与气体流量计15联通，下方的气体通道14上还设有气体堵帽20，气体软管16与气体流量计15之间还连接有密封管13。

为了创造一个无氧或者缺氧的操作环境，本发明使用了一个对准测试盘的上方气体通道通，在旋转的测试盘上产生了撞击的氮气流。气体软管带有的压力计的可以用于测量筒状壳体内的静压力，如果静压低于大气压力，也就说明氮气正在流动并且正在置换空气。实际上，本发明没有完全封装栓销和测试盘，而是选择了用筒状壳体和封闭环进行部分封装。整个筒状壳体可以采用能看见的材料制成，如有机玻璃、聚碳酸酯材料等。气体流量计安装在基底的侧面，可以更好地接近流量控制旋钮，气体流量还与气体发生器联通，气体发生器提供气体。

需要说明的是，气体流量计上的控制旋钮可改善吹扫过程，这样就不用再源头处调整氮气流速，这增加了易用性并减少了运行测试的时间。封闭环上并入了刷式垫圈，以将氮气密封到腔室内，同时在整个测试过程中保持略微正压。刷式垫圈将安装在封闭环部分的内部，刷毛将包围阶梯夹头，刷式垫圈若老旧后可以进行更换。

盘保持装置包括一个阶梯夹头26，阶梯夹头26包括一个固定圆盘，固定圆盘的前部设有夹杆，夹杆与车床卡盘连接，这样盘保持装置可以跟随车床的卡盘旋转起来，固定夹盘的后部设有卡槽，测试盘27卡接在卡槽内，固定圆盘穿过封闭环而位于筒状壳体内，引导辊17用于引导固定圆盘进深的程度，引导辊17能够为固定圆盘提供良好的定位效果，当固定圆盘装配准确后，固定圆盘与引导辊处于似接触非接触的状态。

测试圆盘会随着车床卡盘的运动而旋转，从而使栓销能够绕圆盘中心旋转，这将在测试盘表面上创建一个圆形的滑动路径。通过车床进给的驱动，弹簧将栓销以指定的载荷压在测试圆盘上，磨损量是通过测量两个试样的适当线性尺寸或通过在测试前后将两个试样称重来确定的。

本申请以指定的力将栓销固定在测试盘上，并在整个测试过程中保持该力。在最大横向力作用下，栓销必须垂直于磁盘，且正负1度以内，并且在测试期间，栓销将以给定的半径围绕测试盘旋转。这就要求保持器主要具有足够的刚度，以最大程度地减少测试过程中的横向偏斜。另外，保持器主也臂具有足够的质量，以减少测试期间的振动。

对于本申请而言，栓销和测试盘是可更换的，以便于对不同尺寸和材料的栓销和测试盘进行摩擦磨损测试操作。

擦伤是粘合剂磨损的一种严重形式，当在没有磨料的情况下，两个金属部件在施加的载荷下彼此相对滑动时，就会发生磨损。由于在材料的表面“粗糙”或表面高点之间形成了牢固的金属结合，因此磨损是“粘附性的”。也就是说磨损是由于两个配合金属表面较弱的剪切破坏造成的。

磨损需要大多数金属共有的两个特性，即通过金属结合吸引力产生的内聚力和可塑性。材料的磨损趋势受材料的延展性影响。通常硬化的材料更耐擦伤，而相同类型的较软材料更容易擦伤。材料的易磨损性也受原子的特定排列影响，因为以面心立方晶格排列的晶体通常会比体心立方更大程度地进行材料转移。堆垛层错能量也是决定材料抗磨损性的重要因素之一。具有高堆垛层错能量的材料（例如铝或钛）比起具有低堆垛层错能量的材料（例如铜）更容易产生磨损。相反，具有六方密堆积结构的材料（例如钴基合金）极耐磨损。

防止磨损的方法包括使用润滑剂（如油脂），低摩擦涂层和薄膜沉积物（如二硫化钼或氮化钛），以及使用诸如表面硬化和感应淬火的工艺来提高金属的表面硬度。

对于栓销和测试盘的材料而言，硬度是耐磨性的最重要因素。奥氏体不锈钢合金是优选的，因为奥氏体金属具有较高的加工硬化硬度。奥氏体钢中的合金添加剂可以帮助提高氧化物层的稳定性，从而增加严重磨损的过渡负荷。尽管马氏体合金也具有高硬度，但是它们的低碳含量导致差的耐磨性。由于铁素体不锈钢的碳含量也低，并且不能通过热处理或加工硬化而硬化，因此不适用于该方案。通常，期望碳含量大于0.3％且硬度大于53洛氏硬度。

综上所述，将上述组件直接安全地连接到车床上，利用车床固有的刚性作为安全功能，能够确保整个设备稳定且安全。

本发明的摩擦磨损测试机构的使用步骤如下：

A．更换安装合适的栓销和测试盘；

B．调节车床的进给装置和卡盘之间的相对距离，将车床夹持装置的燕尾槽卡接在车床的进给装置上，然后将盘保持装置的夹杆装配在车床的卡盘上；

C．启动气体发生器，调节气体流量计从而控制气体的流量大小，使得气氛保持装置的筒状壳体内的气氛环境达到指定的浓度标准；

D．启动车床的进给装置，在压缩弹簧的作用下，使得销栓和测试盘到达指定的接触程度；

E．启动车床卡盘，调节卡盘到达指定的转速，销栓和测试盘之间发生摩擦动作；

F．压力传感器和称重传感器在栓销和测试盘动作期间感测并传输数据。

本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种摩擦磨损测试机构，所述的摩擦磨损测试机构包括车床夹持装置、销保持装置、气氛保持装置、盘保持装置；其特征在于，所述的车床夹持装置装夹在车床的进给装置上，所述的销保持装置连接在所述的车床夹持装置上，所述的盘保持装置设置在所述的车床的卡盘上，所述的盘保持装置部分的位于所述的气氛保持装置内，所述的销保持装置能够与所述的盘保持装置接触。

2.根据权利要求1所述的一种摩擦磨损测试机构，其特征在于，所述的销保持装置包括基底，所述的基底上设有保持器主体，所述的保持器主体上开设有孔槽，所述的孔槽内设有压力传感器，所述的压力传感器的前方设有后弹簧压板，所述的后弹簧压板的前方设有压缩弹簧，所述的压缩弹簧的前方设有前弹簧压板，所述的前弹簧压板的前方设有套筒，所述的套筒内装配有栓销，所述的栓销的一部分位于所述的孔槽之外，所述的基底上设有称重传感器，所述的保持器主体位于所述的称重传感器上方。

3.根据权利要求1所述的一种摩擦磨损测试机构，其特征在于，所述的车床夹持装置的前端面上设有第一立板，所述的基座的前部设有第二立板，所述的保持器主体的一侧的前后位置处分别设有一块凸出连接板，两块所述的凸出连接板通过形夹销分别与对应的第一立板和第二立板连接，所述的车床夹持组件的前端设有燕尾槽，所述的燕尾槽卡接在所述的车床的进给装置上。

4.根据权利要求1所述的一种摩擦磨损测试机构，其特征在于，所述的气氛保持装置包括气体流量计，所述的气体流量计位于所述的基底上，所述的气氛保持装置还包括一个筒状壳体，所述的筒状壳体能够置放于所述的基底的边缘，所述的筒状壳体的后部卡接有一调准盘，所述的调准盘上设有供所述的栓销通过的槽条，所述的调准盘上通过连接件连接有三个引导辊，三个所述的引导辊平均分布在所述的调准盘的盘面上，所述的筒状壳体的前部卡接有封闭环，所述的封闭环上设有密封条，所述的筒状壳体的上方和下方均设有气体通道，其中上方的气体通道通过气体软管与所述的气体流量计联通，下方的气体通道上还设有气体堵帽，所述的气体流量还与气体发生器联通。

5.根据权利要求1所述的一种摩擦磨损测试机构，其特征在于，所述的盘保持装置包括一个阶梯夹头，所述的阶梯夹头包括一个固定圆盘，所述的固定圆盘的前部设有夹杆，所述的夹杆与所述的车床卡盘连接，所述的固定夹盘的后部设有卡槽，测试盘卡接在所述的卡槽内，所述的固定圆盘穿过所述的封闭环而位于所述的筒状壳体内，所述的引导辊用于引导所述的固定圆盘进深的程度。

6.根据权利要求1所述的一种摩擦磨损测试机构，其特征在于，所述的筒状壳体由透明的材料制备而成。

7.根据权利要求1所述的一种摩擦磨损测试机构，其特征在于，所述的基底呈阶梯“Z”字型且其上开设有若干个矩形通槽，所述的矩形通槽内插设有矩形立板，所述的保持器主体容纳于所述的矩形立板围成的区域内，所述的基底的下方还设有两个相互平行的支持板。

8.根据权利要求1所述的一种摩擦磨损测试机构，其特征在于，所述的密封条为刷式垫圈，所述的刷式垫圈的刷毛包围所述的阶梯夹头，所述的刷式垫圈可更换。

9.根据权利要求1所述的一种摩擦磨损测试机构，其特征在于，所述的栓销和所述的测试盘可更换安装。

10.一种测试系统的使用方法，所述的测试系统包括权利要求1-9任一项所述的一种摩擦磨损测试机构，其特征在于，所述的摩擦磨损测试机构的使用步骤如下：

A．更换安装合适的栓销和测试盘；

B．调节车床的进给装置和卡盘之间的相对距离，将车床夹持装置的燕尾槽卡接在车床的进给装置上，然后将盘保持装置的夹杆装配在车床的卡盘上；

C．启动气体发生器，调节气体流量计从而控制气体的流量大小，使得气氛保持装置的筒状壳体内的气氛环境达到指定的浓度标准；

D．启动车床的进给装置，在压缩弹簧的作用下，使得销栓和测试盘到达指定的接触程度；

E．启动车床卡盘，调节卡盘到达指定的转速，销栓和测试盘之间发生摩擦动作；

F．压力传感器和称重传感器在栓销和测试盘动作期间感测并传输数据。

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