CN110926991A - 一种摩擦测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦测试系统，包括测试平台，测试平台上设有：用以装夹试样条并能够带动试样条上下移动的拉力机模块；与拉力机模块连接、用以装夹两个分别沿两侧夹持试样条的试样件的压力夹持模块；与压力夹持模块相连、用以控制两个试样件的加热温度和夹持力的控制模块；还包括与拉力机模块相连、用以控制试样条的速度和位移的工控机。上述摩擦测试系统可以实现三种不同种类材料的装夹和摩擦测试，并且可以实现各种影响因素的连续可控，不仅能够真实地模拟各种工况下三种不同种类材料相互接触时的摩擦性能，还能够测试各因素实时变化规律及其对摩擦性能的影响；同时系统模块化的结构设置使其操作简便、可更换性强、成本低，适用范围广。

Description

一种摩擦测试系统

技术领域

本发明涉及摩擦测试技术领域，特别涉及一种摩擦测试系统。

背景技术

世界能源的三分之一到二分之一消耗于摩擦，而各种机械零件因磨损失效的约占全部失效零件的50％以上。例如，在汽车行业中，移动部件之间的摩擦会导致能量损失并降低燃料效率，大约10％的汽车能耗都是由摩擦磨损现象引起的，而工程材料和汽车部件表面的摩擦会降低大约3％至5％的燃油效率。各种成形加工中摩擦也是非常关键的影响因素，例如在铝箔或铝板的轧制成形中，摩擦条件直接影响到轧辊寿命及产品的性能，轧制力的计算也必须准确测定摩擦系数的平均值；薄板的冲压成形过程中，板料的力学性能、板料与模具之间的接触摩擦条件这两者是模拟冲压过程的关键因素,实验已证明摩擦和润滑条件显著影响了成形零件的质量、生产过程的稳定性和效率。

过去几十年间各国的学者们对成形过程中的材料模型进行了系统深入的研究，不仅理论成果显著，在应用上的普及程度也是有目共睹的，以LS-DYNA为例的主流有限元软件的材料模型库中就有上百种可用的模型。相比之下，塑性成形领域摩擦模型的研究受关注度低、进展缓慢。大多数的有限元模拟依然使用一个简单的库仑摩擦模型，并不考虑诸如压力，成形速度等重要参数的影响。德国等一些西方发达国家的领军汽车企业已经认识到了先进的摩擦模型是改进金属成形模拟的方向。因而迫切需要准确充分地描述板料成形过程中的摩擦以提高金属成形过程仿真的可靠性。

请参考图1，现有技术中提供了一种变工况摩擦磨损综合试验装置，包括动力输出机构01、曲柄连杆机构02、摩擦试验台03和摩擦测试机构04；动力输出机构01包括电动机和RV减速器，曲柄连杆机构02包括偏心圆盘、曲柄和连杆；偏心圆盘偏心安装于RV减速器的输出轴上，曲柄的前端通过销轴安装在偏心圆盘的圆心位置，曲柄的末端通过销轴与连杆的前端连接；摩擦试验台03包括实验台座，在实验台座的上端面设置有直线导轨，直线导轨上设置待测试件，待测试件通过试件夹具夹持，试件夹具与连杆的末端连接；在待测试件上方固定设置摩擦测试机构04，摩擦测试机构04包括测试夹具，测试夹具中夹持有测试体，测试体下端设置摩擦头，摩擦头与待测试件的上表面接触。然而，上述类型的摩擦性能测试装置无法实现温度的自动控制，并且只局限于两种材料接触时摩擦性能的测试，无法满足各种不同工况下两种以上材料复杂接触时摩擦性能的测试。

因此，如何避免传统摩擦测试装置无法满足不同工况下两种以上材料复杂接触时摩擦性能的测试，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种摩擦测试系统，该摩擦测试系统实现不同工况(自动控制温度、载荷、速度、位移及润滑条件)下两个以上相互接触表面摩擦性能的测试。

为实现上述目的，本发明提供一种摩擦测试系统，包括测试平台，所述测试平台上设有：

用以装夹试样条并能够带动试样条上下移动的拉力机模块；

与所述拉力机模块连接、用以装夹两个分别沿两侧夹持试样条的试样件的压力夹持模块；

与所述压力夹持模块相连、用以控制两个试样件的加热温度和夹持力的控制模块；

还包括：

与所述拉力机模块相连、用以控制试样条的速度和位移的工控机。

可选地，所述拉力机模块包括：

拉力机主机；

与所述拉力机主机相连、用以控制所述拉力机主机和所述压力夹持模块启停的电控箱。

可选地，所述压力夹持模块包括：

与所述电控箱相连、用以与其一试样件连接并能够驱动试样件向靠近另一个试样件的方向移动的驱动机构；

与所述驱动机构配合连接、用以定位远离所述驱动机构的试样件的固定座。

可选地，所述电控箱包括：

箱体；

设于所述箱体上、用以控制所述驱动机构启停的手动控制阀；

设于所述箱体上、用以制动所述拉力机主机的紧急制动阀。

可选地，所述拉力机主机连接有用以装夹试样条的上夹具模块。

可选地，所述上夹具模块包括：

与所述拉力机主机通过刚性悬梁固接、用以检测试样条的拉力的力值传感器；

与所述力值传感器通过螺纹连接、用以安装试样条的手动上夹具。

可选地，还包括设于所述控制模块上、用以调节两个试样件对试样条的夹持力的压力调节旋钮。

可选地，所述控制模块包括：

壳体；

两个设于所述壳体上、用以分别显示两个试样件的加热温度的温控表；

且所述压力调节旋钮设于所述壳体上。

可选地，还包括两个与试样件一一对应设置并与试样件固接、用以供试样件加热的加热体，任一所述加热体连接有与所述控制模块相连、用以检测试样件的温度的温度传感器。

可选地，任一所述加热体设有位于中间、用以固接试样件的限位槽，任一所述加热体固接有用以固定试样件的U型压块和螺钉。

相对于上述背景技术，本发明针对摩擦测试的不同要求，设计了一种摩擦测试系统，具体来说，上述摩擦测试系统包括测试平台、拉力机模块、压力夹持模块、控制模块和工控机，其中，拉力机模块、压力夹持模块和控制模块均设置在测试平台上，拉力机模块用于装夹试样条并能够带动试样条上下移动；压力夹持模块与拉力机模块连接，压力夹持模块用于装夹两个分别沿两侧夹持试样条的试样件；控制模块与压力夹持模块相连，控制模块用于控制两个试样件的加热温度和夹持力；工控机与拉力机模块相连并用于控制试样条的速度和位移。这样一来，上述摩擦测试系统可以实现三种不同种类材料的装夹和摩擦测试，并且可以实现各种影响因素的连续可控，不仅能够真实地模拟各种工况(温度、压力、速度、位移和润滑条件)下三种不同种类材料相互接触时的摩擦性能，还能够测试各因素实时变化规律及其对摩擦性能的影响；同时系统模块化的结构设置使得其操作简便、可更换性强、成本低，且适用范围广。

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，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中公开的一种变工况摩擦磨损综合试验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种摩擦测试系统的结构示意图。

其中：

01-动力输出机构、02-曲柄连杆机构、03-摩擦试验台、04-摩擦测试机构、1-拉力机主机、2-电控箱、21-手动控制阀、22-紧急制动阀、3-测试平台、4-控制模块、41-压力调节旋钮、42-温控表、5-固定座、6-试样件、7-驱动机构、8-试样条、9-手动上夹具、10-力值传感器。

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做出创造性劳动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。

本发明的核心是提供一种摩擦测试系统，该摩擦测试系统实现不同工况(自动控制温度、载荷、速度、位移及润滑条件)下两个以上相互接触表面摩擦性能的测试。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

需要说明的是，下文所述的“上端、下端、左侧、右侧”等方位词都是基于说明书附图所定义的。

请参考图2，图2为本发明实施例公开的一种摩擦测试系统的结构示意图。

本发明实施例所提供的摩擦测试系统，包括测试平台3、拉力机模块、压力夹持模块、控制模块4和工控机，其中，拉力机模块、压力夹持模块和控制模块4均设置在测试平台3上，拉力机模块用于装夹试样条8并能够带动试样条8上下移动；压力夹持模块与拉力机模块连接，压力夹持模块可以刚性连接于拉力机模块靠近下端的位置；压力夹持模块用于装夹两个分别沿两侧夹紧试样条8的试样件6；控制模块4与压力夹持模块相连，控制模块4用于控制两个试样件6的加热温度和夹持力(正压力)；工控机与拉力机模块相连并用于控制试样条8的速度和位移。

上述摩擦测试系统通过压力夹持模块使两个试样件6沿试样条8的两侧夹紧试样条8，在预设的温度、夹持力(正压力)、速度和位移条件下，通过驱动拉力机模块，从而使试样条8在沿竖向运动的过程中与两个试样件6发生摩擦；当然，试验时，系统还设有多个传感器，其中包括用于检测拉力的力值传感器10和用于检测夹持力的压力传感器，各个传感器能够将检测的数据实时传输至工控机，工控机能够存储这些数据并进一步经过数据处理后，可得到不同材料的试样件6和试样条8在不同工况下相互接触时的摩擦性能参数。需要指出的是，所谓摩擦性能参数是指摩擦力和摩擦系数。

这样一来，上述摩擦测试系统可以实现三种不同种类材料的装夹和摩擦测试，并且可以实现各种影响因素的连续可控，不仅能够真实地模拟各种工况(温度、压力、速度、位移和润滑条件)下三种不同种类材料相互接触时的摩擦性能，还能够测试各因素实时变化规律及其对摩擦性能的影响；同时系统模块化的结构设置使得其操作简便、可更换性强、成本低，且适用范围广。

当然，根据实际需要，上述两个试样件6可以根据摩擦测试的不同需要由不同的材料制成(当然，如果用于两种材料的摩擦性能测试，两个试样件6也可以设置为相同的材料)，且二者可以根据不同的需要设置为不同的结构，比如，可以设置为截面为多边形的块状或者截面为不规则形状的试样件，前提是能够保证其装夹的稳定性，本文对此并不作具体限制。

进一步地，上述拉力机模块具体可以设置为包括拉力机主机1和电控箱2，其中，拉力机主机1包括主机箱和设于主机箱上的移动端，该移动端能够带动试样条8上下运动；电控箱2与拉力机主机1相连，电控箱2用于控制拉力机主机1和压力夹持模块的启停。

具体地说，上述压力夹持模块具体可以包括驱动机构7和固定座5，其中，驱动机构7与电控箱2相连，驱动机构7用于与试样件6连接并能够驱动其向靠近另一个试样件6的方向移动，这样即可实现通过两个试样件6夹紧试样条8的功能；驱动机构7设于固定座5上，且驱动机构7与固定座5配合连接；一方面，固定座5能够定位远离驱动机构7的试样件6，另一方面，驱动机构7能够相对固定座5发生沿水平方向的移动，以实现带动与之连接的试样件6沿垂直于试样条8的方向运动的功能。

当然，根据实际需要，上述驱动机构7具体可以设置为气缸，以实现气动夹持，气缸包括缸座和相对于缸座伸缩运动的伸缩杆，试样件6可以通过连接板固接于伸缩杆的端部，固定座5设有两个沿竖向设置的支板，支板与试样件6一一对应设置。当然，根据试验中所需的正压力值，可匹配不同型号的气缸。此外，伸缩杆可以通过导向机构或者直线轴承机构将直线运动传递至连接板和试样件6，其中，导向机构包括与支板固接的导套及与导套配合连接的导柱，直线轴承机构可以包括与支板固接的直线轴承及与直线轴承配合连接的光轴，导柱和光轴均可以通过连接板与试样件6连接，伸缩杆固接于连接板的中间。

为了便于控制驱动机构7和拉力机主机1的启停，上述电控箱2具体可以设置为包括箱体、手动控制阀21和紧急制动阀22，其中，手动控制阀21和紧急制动阀22均设置于箱体上，手动控制阀21用于控制驱动机构7启停，从而可以实现试样条8的夹紧和卸载；当需要制动时，紧急制动阀22能够紧急制动拉力机主机1。

更加具体地说，上述试样条8通过上夹具模块装夹于拉力机主机1上，其中，上夹具模块可以包括力值传感器10和手动上夹具9，其中，力值传感器10通过刚性悬梁与拉力机主机1固接，力值传感器10用于检测试样条8的拉力；手动上夹具9通过螺纹连接于力值传感器10上，手动上夹具9用于安装试样条8。

为了优化上述实施例，摩擦测试系统还包括设于控制模块4上的压力调节旋钮41，压力调节旋钮41用于调节两个试样件6对试样条8的夹持力，即正压力。具体地，控制模块4可以设置为包括壳体和两个温控表42，其中，压力调节旋钮41和两个温控表42均设于控制模块4的壳体上，两个温控表42分别能够显示两个试样件6的加热温度。

例如，任一温控表42可以设置上显示部和下显示部，其中，上显示部用于显示对应试样件6预先设定的所需加热到的温度值，下显示部用于显示对应试样件6实时的加热温度。

此外，摩擦测试系统还包括两个与试样件6一一对应设置并与试样件6固接的加热体，加热体用于供试样件6加热，任一加热体连接有温度传感器，温度传感器与控制模块4相连并用于检测试样件6的温度。也就是说，在加热体对试样件6加热的过程中，温度传感器能够实时检测试样件6的温度值并将该温度信号传递至控制模块4中，控制模块4还包括设于壳体内部的控制器，比如PLC，该控制器具有预设控制程序。

这样一来，控制器能够根据温度传感器反馈的温度值判断是否需要继续对试样件6加热，当温控表42上的下显示部显示的温度值小于上显示部显示的温度值时，控制模块4能够使加热体持续加热至预设温度值；当温控表42上的下显示部显示的温度值与上显示部显示的温度值相同时，控制模块4能够使加热体保持相应温度，以供试样件6温度维持在预设温度值上。

根据实际需要，加热体可以在中间位置处设置用于固定安装试样件6的限位槽，其中，两个试样件6可以设置为边长为10mm的立方体，限位槽的尺寸应大于试样件6的尺寸；任一试样件6可以通过U型压块和螺钉固接于加热体上，其中，U型压块用于将试样件6压紧于加热体上，螺钉用于进一步将试样件6紧固于加热体上。当然，试样件6与加热体的连接方式也可以有其他不同的设置方式，本文对此并不作具体限制，前提是能够保证加热体对试样件6的加热，且试样件6的温度近似等于加热体的温度。

此外，为了实现试样件6在加热过程中的保温隔热功能，上述任一加热体还连接有隔热体，当试样件6加热时，隔热体能够实现隔热，从而可以保证加热体只为试样件6加热。

综上所述，上述摩擦测试系统的试验过程可以设置为：

第一步：开启电源和气源；

第二步：将两试样件6分别装夹在两个加热体上，并用U型压块压紧及用螺钉紧固好；

第三步：设定温控表42的温度，并将两试样件6加热到设定温度；

第四步：在工控机界面上选择所使用的气缸并设定修正系数(默认0.6，可根据试样条8厚度t进行设置，按公式：修正系数＝(6-t)/10，然后调节压力调节旋钮41，设置好试验的正压力后点击确认；

第五步：将试样条8顶端装夹在手动上夹具9上，用扳手拧紧夹具旋钮；

第六步：在工控机上进行试验参数设置；

第七步：观察温控表42，待试样件6的温度达到设定温度后，操作电控箱2箱体上的手动控制阀21，驱动气缸伸出，使两个试样件6夹紧试样条8，然后，在工控机界面点击开始试验即可。

试验时，压力传感器和力值传感器10可将检测的数据实时传输并存储至工控机，经过数据处理后，可得到不同材料在不同工况下相互接触时的摩擦性能参数。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的摩擦测试系统进行了详细介绍。本文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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种摩擦测试系统，其特征在于，包括测试平台(3)，所述测试平台(3)上设有：

用以装夹试样条(8)并能够带动试样条(8)上下移动的拉力机模块；

与所述拉力机模块连接、用以装夹两个分别沿两侧夹持试样条(8)的试样件(6)的压力夹持模块；

与所述压力夹持模块相连、用以控制两个试样件(6)的加热温度和夹持力的控制模块(4)；

还包括：

与所述拉力机模块相连、用以控制试样条(8)的速度和位移的工控机。

2.根据权利要求1所述的摩擦测试系统，其特征在于，所述拉力机模块包括：

拉力机主机(1)；

与所述拉力机主机(1)相连、用以控制所述拉力机主机(1)和所述压力夹持模块启停的电控箱(2)。

3.根据权利要求2所述的摩擦测试系统，其特征在于，所述压力夹持模块包括：

与所述电控箱(2)相连、用以与其一试样件(6)连接并能够驱动试样件(6)向靠近另一个试样件(6)的方向移动的驱动机构(7)；

与所述驱动机构(7)配合连接、用以定位远离所述驱动机构(7)的试样件(6)的固定座(5)。

4.根据权利要求3所述的摩擦测试系统，其特征在于，所述电控箱(2)包括：

箱体；

设于所述箱体上、用以控制所述驱动机构(7)启停的手动控制阀(21)；

设于所述箱体上、用以制动所述拉力机主机(1)的紧急制动阀(22)。

5.根据权利要求4所述的摩擦测试系统，其特征在于，所述拉力机主机(1)连接有用以装夹试样条(8)的上夹具模块。

6.根据权利要求5所述的摩擦测试系统，其特征在于，所述上夹具模块包括：

与所述拉力机主机(1)通过刚性悬梁固接、用以检测试样条(8)的拉力的力值传感器(10)；

与所述力值传感器(10)通过螺纹连接、用以安装试样条(8)的手动上夹具(9)。

7.根据权利要求1至6任一项所述的摩擦测试系统，其特征在于，还包括设于所述控制模块(4)上、用以调节两个试样件(6)对试样条(8)的夹持力的压力调节旋钮(41)。

8.根据权利要求7所述的摩擦测试系统，其特征在于，所述控制模块(4)包括：

壳体；

两个设于所述壳体上、用以分别显示两个试样件(6)的加热温度的温控表(42)；

且所述压力调节旋钮(41)设于所述壳体上。

9.根据权利要求8所述的摩擦测试系统，其特征在于，还包括两个与试样件(6)一一对应设置并与试样件(6)固接、用以供试样件(6)加热的加热体，任一所述加热体连接有与所述控制模块(4)相连、用以检测试样件(6)的温度的温度传感器。

10.根据权利要求9所述的摩擦测试系统，其特征在于，任一所述加热体设有位于中间、用以固接试样件(6)的限位槽，任一所述加热体固接有用以固定试样件(6)的U型压块和螺钉。

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