CN111337653B - 一种电阻法双点接触摩擦分析机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电阻法的双点接触摩擦分析机，包括驱动部、第一试件、第二试件、第一传感器、第二传感器和加载机构；驱动部用于驱动上试件转动；第一试件和第二试件均为导体，第二试件共有两个，加载机构将第二试件压紧在第一试件上；第一传感器用于测量加载机构提供的压力；第二传感器用于测量第一试件与第二试件之间的摩擦力。本发明在两个第二试件上接线并测得电阻，改变了以往的电阻法中在旋转或往复运动的试件上直接进行接线测量，避免在旋转件上开孔并安装集流器，进而避免了集流器采集电阻时的误差较大，提高了测量的精度。本发明仪器布置方便，结构稳定，测量精度高且简单易行，实验可行性强。

Description

一种电阻法双点接触摩擦分析机

技术领域

本发明涉及摩擦分析领域，尤其涉及一种电阻法双点接触摩擦分析机。

背景技术

磨损过度是零件失效的主要原因，润滑是降低摩擦和控制摩擦的最有效措施之一。目前用于研究润滑特性的电阻法多是基于单点接触方式来测量电阻的，单点接触方式的试验机，其电阻是在旋转或往复运动的试件上进行接线测量，在运动的试件上界限内需要接集流器等设备，这将对电信号尤其是电阻的测量产生一定的干扰，从而降低测量的精度。

发明内容

本发明提供一种电阻法双点接触摩擦分析机，不需要接集流器，避免了对测量的影响，提高了测量的精度。

一种基于电阻法的双点接触摩擦分析机，包括驱动部、第一试件、第二试件、第一传感器、第二传感器和加载机构；

所述驱动部用于驱动所述上试件转动；

所述第一试件和第二试件均为导体，所述第二试件共有两个，所述加载机构将所述第二试件压紧在所述第一试件上；

所述第一传感器用于测量所述加载机构提供的压力；

所述第二传感器用于测量所述第一试件与第二试件之间的摩擦力。

进一步地，还包括浮动支撑机构，所述浮动支撑机构使两个所述第二试件与第一试件之间的力大小相等。

进一步地，所述第一试件为转动轴，所述第二试件为金属棒，所述第二试件由夹具盒固定；

所述浮动支撑机构包括光轴夹、光轴和直线轴承，所述夹具盒下固定有两个所述光轴夹，所述光轴夹之间设有所述光轴，所述光轴上设有所述直线轴承，所述直线轴承固定在所述第一传感器上，所述第一传感器下方设有所述加载机构；

在与所述光轴垂直的平面内，两个所述第二试件与第一试件的接触点到所述光轴的距离相等。

进一步地，所述第二传感器固定在台架上，所述夹具盒与所述第二传感器之间设有万向滚珠轴承。

进一步地，所述第一传感器与所述加载机构之间设有碟形弹簧，所述碟形弹簧外设有套筒。

进一步地，所述夹具盒底部设有凹槽，所述第二试件置于所述凹槽中，所述夹具盒的侧壁可将所述第二试件夹紧。

进一步地，所述夹具盒底部设有两个安装块，所述安装块上设有所述凹槽。

进一步地，所述第一传感器通过连接板与滑块固定连接，所述滑块安装在导轨上，所述导轨固定在台架上。

进一步地，所述驱动部为电机，所述驱动部通过联轴器与所述第一试件连接，所述第一试件通过轴承固定在台架上。

进一步地，所述加载机构为千斤顶。

本发明提供的一种电阻法双点接触摩擦分析机，在两个第二试件上接线并测得电阻，改变了以往的电阻法中在旋转或往复运动的试件上直接进行接线测量，避免在旋转件上开孔并安装集流器，进而避免了集流器采集电阻时的误差较大，提高了测量的精度。本发明仪器布置方便，结构稳定，测量精度高且简单易行，实验可行性强。本发明利用直线轴承与光轴的配合作为浮动机构，两个第二试件以光轴作为支点进行转动，能自动调节平衡，使两个第二试件之间的压力大小相等，无需人工调节。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中电阻法双点接触摩擦分析机结构示意图；

图2为本发明实施例中浮动支撑机构、夹具盒和第二试件爆炸图；

图3为本发明实施例中夹具盒结构示意图；

图4为本发明实施例中电阻法双点接触摩擦分析机局部剖视图；

图5为本发明实施例中电阻法双点接触摩擦分析机俯视图；

图6为本发明实施例中电阻测量原理图。

图中：1、驱动部；2、第一试件；3、第二试件；4、第一传感器；5、第二传感器；6、加载机构；7、夹具盒；8、光轴夹；9、光轴；10、直线轴承； 11、碟形弹簧；12、套筒；13、连接板；14、滑块；15、导轨；16、联轴器； 17、轴承；18、万向滚珠轴承；71、凹槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

如图1所示，

一种基于电阻法的双点接触摩擦分析机，包括驱动部1、第一试件2、第二试件3、第一传感器4、第二传感器5和加载机构6；驱动部1用于驱动上试件2转动；第一试件2和第二试件3均为导体，第二试件3共有两个，两个第二试件3均与第一试件2压紧；加载机构6用于提供第一试件2与第二试件之间3的压力；第一传感器4用于测量加载机构6提供的压力；第二传感器5用于测量第一试件2与第二试件3之间的摩擦力。

浮动支撑机构包括光轴夹8、光轴9和直线轴承10，第一试件2为转动轴，第一试件2与第二试件3接触部分的直径较大，便于与第二试件3压紧，第二试件3为金属棒，第二试件3由夹具盒7固定，夹具盒7下通过螺钉固定有两个光轴夹8，光轴夹8之间设有光轴9，光轴9上设有直线轴承10，直线轴承10固定在第一传感器4上，第一传感器4下方设有加载机构6。

在与光轴9垂直的平面内，两个第二试件3与第一试件2的接触点到光轴9的距离相等。

第一试件2与第二试件3紧压在一起，第一试件2对两个第二试件3的力使直线轴承10有绕光轴9转动的趋势，如果第一试件2对两个第二试件3 的力不相等，直线轴承10会在力的作用下绕光轴9转动，直到两个力大小相等，使直线轴承10与光轴9处于平衡状态，达到调整两个第二试件3与第一试件2之间作用力的目的，使两个第二试件3与第一试件2之间的力大小相等。直线轴承与光轴之间的摩擦力很小，对实验中摩擦力的测量几乎不会产生影响。

进一步地，第一传感器4与加载机构6之间设有碟形弹簧11，碟形弹簧 11外设有套筒12。套筒12使碟形弹簧串联在一起，并使碟形弹簧11工作时不会发生径向偏移。当第一试件2转动时，如果第一试件2发生径向跳动，碟形弹簧可以补偿由跳动引起的位移。

进一步地，夹具盒7采用不导电的聚四氟乙烯材料，测量电阻时能隔离外界电路，减少测量误差。夹具盒7底部设有凹槽71，凹槽71为V型凹槽，第二试件3置于凹槽71中，凹槽71分别设置在两个可从夹具盒7中拆卸移动的安装块上，这两个安装块在夹具盒7底部可以活动，改变两个凹槽71之间的距离，进而调整两个第二试件3之间的距离。当第二试件3发生磨损，只需调整两个安装块之间的距离，即可改变第一试件2与第二试件3的接触位置。夹具盒7的侧壁可将第二试件3夹紧，也会将安装块的位置固定。第二试件3的长度、凹槽的长度和夹具盒7中用于夹紧第二试件3的两个侧壁间的距离，三者相等。夹具盒7的侧壁通过螺钉可拆卸的固定在夹具盒7上，并通过紧固螺钉将第二试件3夹紧。这个可拆卸的侧壁与夹具盒7之间设有密封条，夹具盒内装有润滑油，密封条保证润滑油不泄露，润滑油没过第二试件3。

进一步地，第一传感器4通过连接板13与滑块14固定连接，滑块14安装在导轨15上，导轨15固定在台架上。

第一传感器4为S型压力传感器，测量精度高、稳定性好。台架根据实际使用情况搭建，对导轨、第二传感器、轴承座等部件起到固定和支撑作用。加载机构提供加载力，加载力由碟形弹簧向上传递，第一传感器4会发生一定的位移，通过滑块14和导轨15，保证第一传感器4的位移路径与加载力方向相同，二者不会出现夹角导致测量误差。

驱动部1为电机，驱动部1通过联轴器16与第一试件2连接，第一试件 2通过轴承和轴承座固定在台架上。第一试件2通过弹性联轴器与电机连接，由电机驱动进行转动。

第二传感器5固定在台架19上，夹具盒7与第二传感器5之间设有万向滚珠轴承18。第一试件2与第二试件3接触，在第一试件2高速转动时，第一试件2和第二试件3之间有摩擦力，第二传感器5设置在这个摩擦力朝向的一侧，摩擦力使第二试件有运动趋势，第二传感器5为拉压力传感器，摩擦力通过夹具盒、万向滚珠轴承18传递到拉压力传感器，拉压力传感器受到的力即为摩擦力，即可得到摩擦力的数值。在加载过程中，随着加载力不断的增加，夹具盒会在加载力的作用下出现一定的移动，如果夹具盒与传感器直接接触，二者之间的摩擦力会对测量造成影响，万向滚珠轴承将摩擦力大大减小。

进一步地，加载机构6为千斤顶。采用手摇千斤顶，加载稳定，加载力变化连续，可以方便的控制加载力的大小。采用自下而上的加载方式，一方面能减少装置自重对试验加载时力的测量的影响，另一方面在实验完毕或更换试件时借助重力作用方便试件的撤离。

本发明公开的电阻法双点接触摩擦分析机工作原理如下：

当两个第二试件与第一试件接触，第一试件稳定运转后，第一试件与第二试件之间会形成很薄的油膜，这个油膜对第一试件和第二试件之间的相对运动起到润滑的作用。当加载力逐渐增大，第一试件与第二试件之间的压力越来越大，油膜厚度逐渐减小，直到最终被压破，第一试件与第二试件直接摩擦接触，润滑失效，此时第一试件与第二试件之间的电阻值发生突变。而我们要测量的是不同加载力下的电阻值，以及此时的摩擦力，通过加载力、电阻值和摩擦力对润滑和摩擦进行分析。

本发明的电阻是通过测量第一试件与第二试件之间的电阻得到的，电阻测试元件的接线端与两个第二试件连接，接通测试电路，电流方向是：第二试件→油膜→第一试件→油膜→第二试件；加载力由第一传感器测得，摩擦力由第二传感器测得。

本实施例中的电阻法双点接触摩擦分析机工作过程如下：

启动电机，第一试件开始转动，调节电机转速至合适值，待转速稳定后，调节千斤顶扳手使千斤顶向上抬起，带动S型压力传感器向上运动，随之带动浮动机构和夹具盒运动，第一试件与两个第二试件接触时，通过浮动支撑自动调节平衡。千斤顶上摇过程中，试件接触的力发生变化，此时压载大小会通过压力传感器得到，当大小在预定值时，即停止上摇千斤顶，此时对压力传感器测得的值对进行实时采集。

将拉压力传感器与夹具盒一端连接，进行摩擦力的测量；待试件接触且运行平稳后，接通直流低电阻测量仪电源，进行电阻的测量；连接S型压力传感器、拉压力传感器和直流低电阻测量仪到采集卡，对电阻和压力的数据进行实时收集与保存，同时显示并记录在电脑上。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种基于电阻法的双点接触摩擦分析机，其特征在于，包括驱动部(1)、第一试件(2)、第二试件(3)、第一传感器(4)、第二传感器(5)和加载机构(6)；

所述驱动部(1)用于驱动所述第一试件(2)转动；

所述第一试件(2)和第二试件(3)均为导体，所述第二试件(3)共有两个，所述加载机构(6)将所述第二试件(3)压紧在所述第一试件(2)上；

所述第一传感器(4)用于测量所述加载机构(6)提供的压力；

所述第二传感器(5)用于测量所述第一试件(2)与第二试件(3)之间的摩擦力；

还包括浮动支撑机构，所述浮动支撑机构使两个所述第二试件(3)与第一试件(2)之间的力大小相等。

2.根据权利要求1所述的一种基于电阻法的双点接触摩擦分析机，其特征在于，所述第一试件(2)为转动轴，所述第二试件(3)为金属棒，所述第二试件(3)由夹具盒(7)固定；

所述浮动支撑机构包括光轴夹(8)、光轴(9)和直线轴承(10)，所述夹具盒(7)下固定有两个所述光轴夹(8)，所述光轴夹(8)之间设有所述光轴(9)，所述光轴(9)上设有所述直线轴承(10)，所述直线轴承(10)固定在所述第一传感器(4)上，所述第一传感器(4)下方设有所述加载机构(6)；

在与所述光轴(9)垂直的平面内，两个所述第二试件(3)与第一试件(2)的接触点到所述光轴(9)的距离相等。

3.根据权利要求2所述的一种基于电阻法的双点接触摩擦分析机，其特征在于，所述第二传感器(5)固定在台架(19)上，所述夹具盒(7)与所述第二传感器(5)之间设有万向滚珠轴承(18)。

4.根据权利要求2所述的一种基于电阻法的双点接触摩擦分析机，其特征在于，所述第一传感器(4)与所述加载机构(6)之间设有碟形弹簧(11)，所述碟形弹簧(11)外设有套筒(12)。

5.根据权利要求2所述的一种基于电阻法的双点接触摩擦分析机，其特征在于，所述夹具盒(7)底部设有凹槽(71)，所述第二试件(3)置于所述凹槽(71)中，所述夹具盒(7)的侧壁可将所述第二试件(3)夹紧。

6.根据权利要求5所述的一种基于电阻法的双点接触摩擦分析机，其特征在于，所述夹具盒(7)底部设有两个安装块，所述安装块上设有所述凹槽(71)。

7.根据权利要求1所述的一种基于电阻法的双点接触摩擦分析机，其特征在于，所述第一传感器(4)通过连接板(13)与滑块(14)固定连接，所述滑块(14)安装在导轨(15)上，所述导轨(15)固定在台架上。

8.根据权利要求1所述的一种基于电阻法的双点接触摩擦分析机，其特征在于，所述驱动部(1)为电机，所述驱动部(1)通过联轴器(16)与所述第一试件(2)连接，所述第一试件(2)通过轴承(17)固定在台架上。

9.根据权利要求1所述的一种基于电阻法的双点接触摩擦分析机，其特征在于，所述加载机构(6)为千斤顶。

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