CN111175222A - 摩擦系数测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摩擦系数测试装置，尤其适用于盘阀机构摩擦系数测定的装置，包括支撑台架；设置在所述支撑台架顶部的转动装置，所述转动装置构造成能够转动并测量扭矩；连接所述转动装置的上连接座，所述上连接座随所述转动装置转动而转动；以及设置在所述支撑台架下部的下连接座，所述下连接座设置在所述上连接座的下方；其中，被测试件安装在所述下连接座和所述上连接座之间。本发明能够测定各种材料的摩擦系数，同时也能完成止推轴承类的零件的摩擦系数测定。

Description

摩擦系数测试装置

技术领域

本发明涉及一种摩擦系数测试装置，尤其适用于盘阀机构摩擦系数测定的装置。

背景技术

盘阀机构是机械式垂直钻井工具中的核心部件之一，其主要作用是通过上、下盘阀的相互转动实现相关流道的开关，从而打开不同方位的推靠机构，从而实现防斜纠斜功能。在工作过程中，阻碍上、下盘阀之间相对转动的力主要来自于盘阀间摩擦阻力，在盘阀间的正压力确定的情况下，摩擦系数选择的正确与否对驱动力的计算有着决定性的作用，摩擦系数取得过小，有可能导致驱动力过小而工具在实际中不能起作用，而摩擦系数取得过大又会导致驱动力值过大从而导致驱动效率偏低。因此，精确地测定出摩擦系数为工具的正常工作提供重要的依据。

现有技术在摩擦系数测定过程中都是采用了高速相机记录材料相对运动过程中的运动曲线，通过计算软件确定其相互间的摩擦系数。这种方式适用于材料之间的摩擦系数测定，所测材料往往需要制作成测试标准样件形式，对于成型被测件适应性不足，同时无法同时完成止推轴承类零件的测试。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种摩擦系数测试装置，能够测定各种材料的摩擦系数，同时也能完成止推轴承类零件的摩擦系数测定。

本发明的提出了一种摩擦系数测试装置，包括：

支撑台架；

设置在所述支撑台架顶部的转动装置，所述转动装置构造成能够转动并测量扭矩；

连接所述转动装置的上连接座，所述上连接座随所述转动装置转动而转动；以及设置在所述支撑台架下部的下连接座，所述下连接座设置在所述上连接座的下方；

其中，被测试件安装在所述下连接座和所述上连接座之间。

本发明的进一步改进在于，所述转动装置包括设置在所述支撑台架顶部的电机驱动装置，所述电机驱动装置通过扭矩传感器连接所述上连接座。

本发明的进一步改进在于，所述上连接座包括与所述转动装置相连的上转轴，所述上转轴外设置有上固定外套，所述上转轴与所述上固定外套转动相连；

其中，所述上转轴的下端地连接被测试件。

本发明的进一步改进在于，所述下连接座包括下转轴，所述下转轴的外部设置有下固定外套，所述下转轴与所述下固定外套选择性地转动相连或固定相连；

其中，所述下转轴的上端地连接被测试件。

本发明的进一步改进在于，所述下转轴的侧壁和所述下固定外套的侧壁上设置有相配合的螺孔，所述螺孔内选择性地设置有锁紧螺钉；

其中，当锁紧螺钉安装在所述螺孔内时，所述下转轴和所述下固定外套固定相连；当锁紧螺钉从所述螺孔内取出时，所述下转轴和所述下固定外套转动相连。

本发明的进一步改进在于，所述上固定外套连接有加压杆；所述支撑台架上设置有加载装置，所述加载装置通过加压杆为被测试件施加正压力。

本发明的进一步改进在于，所述下转轴的下端设置有称重传感器。

本发明的进一步改进在于，所述上转轴的下端设置有第一销孔，所述下转轴的上端设置有第二销孔；所述第一销孔和所述第二销孔之间选择性地设置有连接销。

本发明的进一步改进在于，所述支撑台架设置有四个支撑脚，所述支撑脚上设置有能够调节所述支撑脚高度的支撑螺栓。

本发明的进一步改进在于，所述上连接座和所述下连接座之间设置有流体存储装置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明所述的摩擦系数测试装置，能够测定各种材料的摩擦系数，同时也能完成止推轴承类的零件的摩擦系数测定。在工作过程中，可实现驱动转速及加载力无级调节，通过改变上、下试件连接座的接口尺寸可实现不同规格试件的测试需求，同时除完成试件的摩擦系数测试之外，可实现不同规格止推类轴承的摩擦系数测试，测试精度高、操作方便、功能完善。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方案的摩擦系数测试装置的结构示意图，显示了其外形结构；

图2是根据本发明的一个实施方案的摩擦系数测试装置的结构剖视示意图，显示了其内部构造；

图3是根据本发明的一个实施方案的上连接座的结构示意图；

图4是根据本发明的一个实施方案的下连接座的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

在附图中各附图标记的含义如下：1、支撑台架，2、转动装置，3、上连接座，4、下连接座，11、加载装置，12、称重传感器，21、电机驱动装置，22、扭矩传感器，31、上转轴，32、上固定外套，33、加压杆，41、下转轴，42、下固定外套，42、锁紧螺钉，51、被测试件，52、连接销，53、流体存储装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的摩擦系数测试装置。根据本发明的摩擦系数测试装置，能够测定各种材料的摩擦系数，同时也能完成止推轴承类的零件的摩擦系数测定。

如图1所示，本实施例所述的摩擦系数测试装置，包括支撑台架1。所述支撑台架1用于支撑其他组件。优选地，所述支撑台架1为长方体形状的台架。所述支撑台架1的顶部设置有转动装置2，所述转动装置2构造成能够转动并测量扭矩。所述支撑台架1的中部设置有上连接座3，所述上连接座3连接所述转动装置2，并且随所述转动装置2转动而转动。所述支撑台架1的下部设置有下连接座4，所述下连接座4设置在所述上连接座3的下方。其中，被测试件51安装在所述下连接座4和所述上连接座3之间。本实施例中的“上”“下”等方位的描述是按照本实施例所述的摩擦系数测试装置工作时的状态确定的。

在使用根据本实施例所述的摩擦系数测试装置时，将被测试件51安装在下连接座4和上连接座3之间，所述转动装置2带动上连接座3转动。在测试时，根据不同的被测试部件，连接上连接座3和下连接座4的方式也不同。

在一个实施例中，所述转动装置2包括电机驱动装置21，所述电机驱动装置21设置在所述支撑台架1的顶部，并且电机驱动装置21的转轴朝下，朝向上连接座3的方向。在本实施例中，所述电机驱动装置21的转轴通过扭矩传感器22连接所述上连接座3。其中，所述电机驱动装置21和扭矩传感器22之间通过联轴器相连。

在根据本实施例所述的摩擦系数测试装置中，电机驱动装置21能够带动上连接座3转动，从而带动被测试件51转动。在被测试件51转动时，会由于摩擦力产生扭矩。本实施例中的扭矩传感器22能够通过测量此扭矩从而计算出摩擦力。

在一个实施例中，所述上连接座3包括上转轴31，所述上转轴31连接所述转动装置2，能够随所述转动装置2一同转动。所述上转轴31的外部设置有上固定外套12，所述上固定外套12与上转轴31转动相连。其中，所述上转轴31的下端地连接被测试件51。

在使用根据本实施例所述的摩擦系数测试装置时，上转轴31可以连接被测试件51的一部分，并带动被测试件51一同转动。被测试件51的另一部分连接下连接座4，在上转轴31转动时，被测试件51之间发生转动摩擦，再通过转动装置2的扭矩传感器22测量扭矩，从而计算出摩擦系数。当测量止推轴承的摩擦系数时，将止推轴承分别连接上转轴31和上固定外套12，在旋转时，通过扭矩传感器22测量扭矩，从而计算出止推轴承的摩擦系数。

在一个实施例中，所述下连接座4包括下转轴41，所述下转轴41的外部设置有下固定外套42，所述下转轴41与所述下固定外套42选择性地转动相连或固定相连。其中，所述下转轴41的上端连接被测试件51。本发明中所述的选择性地连接，是指在本实施例所述摩擦系数测试装置工作时，根据不同的工作状态，可以选择连接或不连接。例如，在测试止推轴承类工件的摩擦系数时，下转轴41与所述下固定外套42可以选择不连接，当测试其他的工件的摩擦系数时，下转轴41与所述下固定外套42可以选择连接。

在使用根据本实施例所述的摩擦系数测试装置时，所述下转轴41可以根据需要所述下固定外套42连接或分离。在测试不同的被测试件51时，选用不同的测试方式，通过下转轴41和下固定外套42连接和分离实现。

在测试止推轴承的摩擦系数时，将下转轴41和下固定外套42分离，并将止推轴承的内外两侧分别连接下转轴41和下固定外套42。同时，将下转轴41与上转轴31相连。这样，在转动装置2转动时，上转轴31和下转轴41随之转动，带动止推轴承的内部组件转动。上固定外套12和下固定外套42保持静止，从而使止推轴承的外部组件保持静止，通过扭矩传感器22测量扭矩，从而计算出止推轴承的摩擦系数。

在测试其他被测试件51的摩擦系数时，将下转轴41和下固定外套42固定相连，并将下转轴41和上转轴31分离，并将被测试件51分成两个部分分别连接在上转轴31和下转轴41上，并相互接触。在转动装置2转动时，上转轴31带动被测试件51转动，根据扭矩传感器22测量扭矩，从而计算出被测试件51的摩擦系数。

在一个优选的实施例中，所述下转轴41的侧壁上设置有螺孔，在所述下固定外套42的侧壁上的相应位置也设置螺孔。当两个螺孔重叠时，能够选择性地旋入锁紧螺钉42。从而将下转轴41和下固定外套42相连。在本实施例中，当锁紧螺钉42安装在所述螺孔内时，所述下转轴41和所述下固定外套42固定相连；当锁紧螺钉42从所述螺孔内取出时，所述下转轴41和所述下固定外套42转动相连。

在根据本实施例所述的摩擦系数测试装置中，通过锁紧螺钉42能够连接所述下转轴41和所述下固定外套42，从而在测量不同被测件时采用不同的方式。通过锁紧螺钉42的方式连接，连接更加稳固，同时便于拆卸。

在一个实施例中，所述固定外套连接有加压杆33。所述支撑台架1上设置有加载装置11，所述加载装置11通过加压杆33为被测试件51施加正压力。优选地，所述加压杆33设置在所述支撑台架1的侧面，所述加载装置11设置在所述加压杆33上方。

在一个实施例中，所述下转轴41的下端设置有称重传感器12。本实施例采用称重传感器12计量在测试过程中作用于试件及轴承上的正压力，通过正压力值能够更加精确地计算出摩擦力系数。

在一个实施例中，所述上转轴31的下端设置有第一销孔，所述下转轴41的上端设置有第二销孔。其中，所述第一销孔和所述第二销孔之间选择性地设置有连接销52。当需要连接上转轴31和下转轴41时，安装所述连接销52使其连接。当需要上转轴31和下转轴41分离时，拆除所述连接销52。优选地，所述第一销孔和所述第二销孔的截面为六边形，所述连接销52为六方销。

在一个实施例中，所述支撑台架1设置有四个支撑脚，所述支撑脚上设置有能够调节所述支撑脚高度的支撑螺栓。在使用根据本实施例所述的摩擦系数测试装置时，通过调节支撑螺栓能够调节整个支撑台架1的高度，使支撑台架1处于合适的高度位置。同时，调节支撑螺栓能够找平，保证整个支撑台架1处于平衡的状态。

在一个实施例中，所述上连接座3和所述下连接座4之间设置有流体存储装置53。流体存储装置53与下试件连接座固定相连，且保持密封。在本实施例中，所述流体存储装置53的高度要求可以没过上止推轴承顶部。通过设置所述流体存储装置53能够存储试件测试工况所需的试剂，如纯水、水基钻井液、油基钻井液等，使测试的结果更准确地反应在不同流体介质下的摩擦系数。

在使用根据本实施例所述的摩擦系数测试装置时，根据不同的被测试件51采用不同的测试方式。当有不同规格止推轴承需测试其摩擦系数时，首先用两套被测试轴承分别设置在上连接座3和下连接座4中，其中一套被测试轴承连接在上连接座3的上转轴31和上固定外套12之间，另外一套被测试轴承连接在下连接座4的下转轴41和下固定外套42之间。同时用连接销52将上试件连接座与下试件连接座的转轴固连起来。这样当电机驱动装置21通过联轴器连接扭矩传感器22驱动上试件连接座转轴匀速转动时，扭矩传感器22所反映的扭矩值即为为克服轴承间摩擦阻力所需的扭矩值，也就是轴承在该工况下的摩擦阻力矩。需特别指出的是，在这个测试过程中，加载装置11通过与第一固定套外延的压杆对轴承在转动过程中施加设定的正压力。

在测试其他被测试件51时，将连接销52取出，同时将被测试件51分为定子和转子，其中定子与下试件连接座的下转轴41固定连接，转子则与上试件连接座的上转轴31相连接。则当电机驱动装置21通过联轴器连接扭矩传感器22驱动上试件连接座转轴匀速转动时，扭矩传感器22所反映的扭矩值即为被测试零件之间相互转动时的滑动摩擦阻力矩以及止推轴承摩擦阻力矩的和，需特别指出的是，在这个测试过程中，加载装置11通过与上试件连接座固定套外延的压杆对测试试件及轴承在转动过程中施加额定的正压力。同时需要指出的是在测试零件摩擦阻力时，为保证与下试件连接座转轴相连的测试零件定子保持静止，则需通过锁紧螺钉42将下试件连接座转子及定子相连接。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种摩擦系数测试装置，其特征在于，包括：

支撑台架(1)；

设置在所述支撑台架(1)顶部的转动装置(2)，所述转动装置(2)构造成能够转动并测量扭矩；

连接所述转动装置(2)的上连接座(3)，所述上连接座(3)随所述转动装置(2)转动而转动；以及

设置在所述支撑台架(1)下部的下连接座(4)，所述下连接座(4)设置在所述上连接座(3)的下方；

其中，被测试件(51)安装在所述下连接座(4)和所述上连接座(3)之间。

2.根据权利要求1所述的摩擦系数测试装置，其特征在于，所述转动装置(2)包括设置在所述支撑台架(1)顶部的电机驱动装置(21)，所述电机驱动装置(21)通过扭矩传感器(22)连接所述上连接座(3)。

3.根据权利要求2所述的摩擦系数测试装置，其特征在于，所述上连接座(3)包括与所述转动装置(2)相连的上转轴(31)，所述上转轴(31)外设置有上固定外套(12)，所述上转轴(31)与所述上固定外套(12)转动相连；

其中，所述上转轴(31)的下端地连接被测试件(51)。

4.根据权利要求2或3所述的摩擦系数测试装置，其特征在于，所述下连接座(4)包括下转轴(41)，所述下转轴(41)的外部设置有下固定外套(42)，所述下转轴(41)与所述下固定外套(42)选择性地转动相连或固定相连；

其中，所述下转轴(41)的上端地连接被测试件(51)。

5.根据权利要求5所述的摩擦系数测试装置，其特征在于，所述下转轴(41)的侧壁和所述下固定外套(42)的侧壁上设置有相配合的螺孔，所述螺孔内选择性地设置有锁紧螺钉(42)；

其中，当锁紧螺钉(42)安装在所述螺孔内时，所述下转轴(41)和所述下固定外套(42)固定相连；当锁紧螺钉(42)从所述螺孔内取出时，所述下转轴(41)和所述下固定外套(42)转动相连。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的摩擦系数测试装置，其特征在于，所述上固定外套(12)连接有加压杆(33)；所述支撑台架(1)上设置有加载装置(11)，所述加载装置(11)通过加压杆(33)为被测试件(51)施加正压力。

7.根据权利要求6所述的摩擦系数测试装置，其特征在于，所述下转轴(41)的下端设置有称重传感器(12)。

8.根据权利要求4所述的摩擦系数测试装置，其特征在于，所述上转轴(31)的下端设置有第一销孔，所述下转轴(41)的上端设置有第二销孔；所述第一销孔和所述第二销孔之间选择性地设置有连接销(52)。

9.根据权利要求8所述的摩擦系数测试装置，其特征在于，所述支撑台架(1)设置有四个支撑脚，所述支撑脚上设置有能够调节所述支撑脚高度的支撑螺栓。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的摩擦系数测试装置，其特征在于，所述上连接座(3)和所述下连接座(4)之间设置有流体存储装置(53)。

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