CN111413235A - 一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置及其测试方法，测试装置中，机械支承机构为装置基体，试样销夹持加载机构至少有两组，且相互独立，摩擦盘安装在中间轴机构顶部，动力机构驱动中间轴机构旋转，试样销夹持加载机构中，试样销夹持机构夹持试样销与摩擦盘接触，试样销加载机构通过加载砝码施加载荷，并作用于试样销夹持机构上，进而向试样销施加载荷，数据采集机构分别采集并分析动力机构输出转速、试样销所受到的摩擦力以及试样销磨损位移量；测试方法可获得滑动速度、摩擦系数、试样销的磨损量，以及材料的平均磨损率在内的摩擦参数。本发明实现研究不同摩擦材料在另一种对磨面上的协同作用，并分析各自对应的摩擦学性能。

Description

一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置及其测试方法

技术领域

本发明属于材料摩擦磨损性能测试技术领域，具体涉及一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置及其测试方法。

背景技术

在摩擦学领域中，摩擦磨损模型试验具有测试结果代表性好，开展成本低，试验周期短的优点。在工程应用和科学研究中都得到了广泛应用。成为摩擦副零部件初期设计模拟工作条件，评估摩擦材料性能必不可少的试验手段。同时模型试验也是提高新型耐磨材料设计以及测试效率的重要方法。

模型磨损实验通常通过摩擦磨损试验机进行。根据不同的工作摩擦副，摩擦磨损试验机通常可分为销-盘型、环-块型、球-盘型和盘-盘型等不同的类型。通过采用不同的摩擦副以模拟不同的摩擦工作条件，如滑动摩擦、滚动摩擦、微动磨损等等。其中，由于销-盘摩擦副的结构简单，且易于实验，得到了广泛的应用。

然而，不管摩擦磨损试验机采用了何种摩擦副形式，现有的摩擦磨损模型试验机依然普遍只能研究一对摩擦副中两种对磨材料之间的相互作用。

随着各种新型耐磨材料的出现，市场对摩擦环节的摩擦学性能提出了更高的要求。传统的两种材料对磨的应用形式已无法很好地满足特定应用条件下的性能要求。多种摩擦材料相互协同作用的创新摩擦副结构作为一种潜在的解决方案受到了科研界的广泛关注。未来耐磨材料的摩擦学应用将不再局限于传统的两种摩擦材料之间的相互作用，两种或多种摩擦材料在同一个对磨面上的协同作用研究成为新的研究热点。

综上所述，现有的摩擦磨损试验机已无法满足多种材料之间协同摩擦作用的开发测试需求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置及其测试方法，研究不同摩擦材料的结合使用在另一种对磨面上的协同作用，以及各自对应的摩擦学性能。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置，所述测试装置包括：机械支承机构、中间轴机构、动力机构、试样销夹持加载机构、销盘摩擦副机构和数据采集机构；

所述中间轴机构安装在机械支承机构中间，动力机构与中间轴机构传动连接，所述销盘摩擦副机构中的摩擦盘周向固定在中间轴机构顶部；

所述试样销夹持加载机构至少有两组，每一组试样销夹持加载机构对应安装一个销盘摩擦副机构中的试样销，且试样销夹持加载机构之间相互独立设置；

所述试样销夹持加载机构分布在中间轴机构的圆周外侧，由试样销夹持机构和试样销加载机构组成；

所述试样销夹持机构中，试样销夹持臂水平安装在机械支承机构上，且试样销夹持臂相对于机械支承机构沿水平方向与竖直方向旋转，夹持在试样销夹持臂的试样销与摩擦盘相互接触，且各试样销与摩擦盘相互接触的摩擦作用轨迹相互重合；

所述试样销加载机构中，位于试样销夹持臂上方的试样销加载杆水平安装在机械支承机构上，且试样销加载杆相对于机械支承机构沿竖直方向旋转，所述试样销加载杆通过在端部安装加载砝码实现加载，试样销加载杆将载荷通过试样销夹持臂传递至试样销，并作用在摩擦盘上；

所述数据采集机构由转速传感器、力传感器、位移传感器与数据采集系统组成，转速传感器采集动力机构输出转速信号并发送至数据采集系统，力传感器采集试样销所受到的摩擦力信号并发送至数据采集系统；位移传感器采集试样销磨损位移量信号并发送至数据采集系统。

进一步地，所述机械支承机构包括：基座，以及固定在基座上分别用于支撑中间轴机构、试样销夹持臂、试样销加载杆、动力机构、力传感器和位移传感器的安装座。

进一步地，所述基座由上下平行设置并通过固定连接的主基座和副基座组成；

所述安装座均布置在主基座上方，所述测试装置以模块化的形式通过副基座安装在测试平台上。

进一步地，所述中间轴机构的中间轴顶部开有摩擦盘安装槽，摩擦盘通过定位销周向固定在中间轴机构顶部，中间轴与动力机构传动连接。

进一步地，所述动力机构由驱动电机和传动组件驱动连接组成，传动组件的传动末端与中间轴传动连接。

进一步地，所述试样销夹持机构中，在与所述试样销夹持臂夹持试样销一端相对应的另一端，安装有夹持臂平衡块，以使试样销夹持臂在无外力作用下保持水平；

所述试样销夹持臂底部与夹持臂光轴固定连接，所述夹持臂光轴与试样销夹持臂垂直设置，夹持臂光轴两端通过安装在夹持轴承座内，实现试样销夹持臂相对于机械支承机构绕着夹持臂光轴沿竖直方向旋转；

所述夹持轴承座固定安装在夹持臂基座的上表面，夹持臂基座底部竖直设置基座转轴，基座转轴安装在机械支承机构上，实现试样销夹持臂相对于机械支承机构绕着基座转轴沿水平方向旋转。

进一步地，所述试样销加载机构中，在与所述试样销加载杆安装加载砝码一端相对应的另一端，安装有加载杆平衡块，以使试样销加载杆在无外力作用下保持水平；

所述试样销加载杆与试样销夹持臂相垂直设置，试样销加载杆底部通过滚珠顶子与试样销夹持臂上表面接触连接；

所述试样销加载杆通过加载杆支座固定安装在加载杆光轴上，所述加载杆光轴与试样销加载杆垂直设置，加载杆光轴两端安装在加载轴承座内，所述加载轴承座固定在机械支承机构上，实现试样销加载杆相对于机械支承机构绕着加载杆光轴沿竖直方向上旋转。

进一步地，所述数据采集机构中，转速传感器集成在动力机构的驱动电机中；所述力传感器一端安装在机械支承机构上，另一端连接在试样销夹持臂的侧面；所述位移传感器一端安装在机械支承机构上，另一端连接在试样销夹持臂的端部。

一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置的测试方法，具体过程如下：

步骤一：根据测量实验对试样的要求，选定试样销和试样盘的材质，并按照试样尺寸要求，将试样销和试样盘加工成形；

步骤二：调整试样销夹持臂和试样销加载杆在不受外力的作用下处于水平平衡状态；

步骤三：将试样销分别装夹在试样销夹持臂端部，将摩擦盘安装在中间转轴总成的顶部，调整试样销夹持臂呈水平状态，使试样销与摩擦盘相接触，再调整试样销加载杆呈水平状态，使试样销加载杆底部与试样销夹持臂的顶部相接触；

步骤四：根据测量实验对各试样销夹持加载机构所施加的载荷要求，在各试样销夹持加载机构对应的试样销加载杆端部安装特定质量的加载砝码进行加载，进而将载荷作用力施加在下方试样销夹持臂上，通过试样销夹持臂将载荷作用力传递至对应的试样销上，使试样销以特定的载荷作用在摩擦盘的上摩擦工作表面上；

步骤五：根据测量实验对销盘摩擦副之间的滑动速度要求，动力机构以特定转速转动，动力机构带动中间轴机构旋转，进而带动摩擦盘同步旋转，使摩擦盘与试样销之间产生相对滑动，转速传感器传感器实时采集动力机构的转速数据并发送至数据采集系统，使动力机构保持在预设的转速下运行；

步骤六：压力传感器实时采集试样销所受到的摩擦力信号并发送至数据采集系统，位移传感器实时采集试样销夹持臂的旋转位移量并发送至数据采集系统；

步骤七：数据采集系统记录测试时间，并实时接收转速传感器、压力传感器和位移传感器采集的信号数据，数据采集系统获得相应的摩擦参数，并进行记录和保存，以供多种摩擦材料之间相互协同摩擦作用的研究。

所述步骤七中，数据采集系统获得的相应摩擦参数包括：滑动速度、摩擦系数、试样销的磨损量，以及材料的平均磨损率，其中：

数据采集系统根据转速传感器采集的驱动电机转速信号，进而获得试样销与摩擦盘之间的滑动速度，并实时监控使其符合测试要求；

数据采集系统根据压力传感器采集到的试样销所受到的摩擦力信号，并结合试样销加载杆端部施加的加载砝码的重量，进而获得对应销盘摩擦副之间的摩擦系数；

数据采集系统根据位移传感器采集到的试样销夹持臂的旋转位移量，进而获得试样销的磨损量；

数据采集系统通过记录试样销以及摩擦盘在测试前后的质量变化，进而获得对应材料的平均磨损率。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明所述销盘式协同作用摩擦磨损测试装置，可以模拟两种或两种以上材料以特定速度载荷条件在同一个对磨表面上对磨的工况，进而达到研究多种摩擦材料之间相互协同摩擦作用的目的。

2.在本发明所述销盘式协同作用摩擦磨损测试装置中，不同试样销之间的夹持加载系统相互独立，因此，可以在不同的试样销上根据实验条件要求施加不同的差异化载荷，并且互不影响；该测试装置能够实现在探究多种摩擦材料协同作用的同时，观测各个环节的施加载荷大小对总体摩擦性能的影响。

3.在本发明所述销盘式协同作用摩擦磨损测试装置中，不同的试样销对应各自独立的摩擦力测量元件，因此能够跟踪探究在协同摩擦作用过程中，每个试样销对应的摩擦材料各自的实时摩擦状态。

4.在本发明所述销盘式协同作用摩擦磨损测试装置中，不同的试样销对应各自独立的位移测量元件，用以测量不同试样销各自的实时磨损量，因此可以实时评估协同摩擦副总体性能与不同材料各自的磨损速度之间的关系。

附图说明

图1为本发明所述销盘式协同作用摩擦磨损测试装置立体结构示意图；

图2为本发明所述销盘式协同作用摩擦磨损测试装置中，机械支承机构的立体结构示意图；

图3为本发明所述销盘式协同作用摩擦磨损测试装置中，试样销夹持加载机构的立体结构示意图；

图4为本发明所述销盘式协同作用摩擦磨损测试装置中，中间轴机构的立体结构示意图；

图5为本发明所述销盘式协同作用摩擦磨损测试装置中，销盘摩擦副机构的立体结构示意图；

图中：

1机械支承机构， 2中间轴机构， 3动力机构， 4试样销夹持加载机构

5销盘摩擦副机构， 6数据采集机构；

11主基座， 12副基座， 13中间轴轴承座，14基座转轴轴承座，

15加载机构底座， 16摩擦力传感器支座；

21中间轴， 22圆柱销， 23中间轴带轮；

31驱动电机；

41试样销夹持机构， 42试样销加载机构；

51试样销， 52摩擦盘；

61力传感器， 62位移传感器；

411试样销夹持臂， 412夹持臂基座， 413试样销夹头， 414夹持臂平衡块，

415夹持臂支座， 416夹持臂光轴， 417基座转轴， 418夹持轴承座；

421试样销加载杆， 422滚珠顶子， 423加载砝码， 424加载杆平衡块，

425加载杆支座， 426加载杆光轴， 427砝码钩， 428加载轴承座。

具体实施方式

为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：

如图1所示，本发明公开了一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置，包括：机械支承机构1、中间轴机构2、动力机构3、试样销夹持加载机构4、销盘摩擦副机构5和数据采集机构6。其中，中间轴机构2安装在机械支承机构1的中间，动力机构3安装在机械支承机构1上，并与中间轴机构2传动连接，试样销夹持加载机构4有两组，均安装在机械支承机构1上并位于中间轴机构2的圆周外侧，销盘摩擦副机构5中的试样销对应安装在试样销夹持加载机构4的端部，销盘摩擦副机构5中的摩擦盘安装在中间轴机构2的顶部，且试样销位于同一个与摩擦盘同轴的同心圆上，数据采集机构6与试样销夹持加载机构4相连，分别采集试样销与摩擦盘之间的摩擦力，以及试样销因磨损而产生的轴向位移。

如图2所示，所述机械支承机构1为本发明所述测量装置的基体，所述中间轴机构2、动力机构3、试样销夹持加载机构4、销盘摩擦副机构5和数据采集机构6均安装在所述机械支承机构1上，所述机械支承机构1包括：主基座11、副基座12、中间轴轴承座13、基座转轴轴承座14、加载机构底座15和摩擦力传感器支座16。所述主基座11和副基座12上下平行设置，并通过螺栓紧固连接组成基座；所述中间轴轴承座13固定安装在基座中间位置，用于支撑安装所述中间轴机构2；基座转轴轴承座14布置在中间轴轴承座13圆周外侧，并固定在基座上，用于支撑安装所述试样销夹持加载机构4中的试样销夹持机构41；所述加载机构底座15布置在中间轴轴承座13圆周外侧，并通过螺栓固定在基座上，用于支撑安装所述试样销夹持加载机构4中的试样销加载机构42；所述摩擦力传感器支座16通过螺栓固定安装在加载机构底座15上表面，用于安装所述数据采集机构6；所述基座上表面通过螺栓还固定有电机支座(图中未显示)，用于支撑安装动力机构3中的驱动电机31。

上述机械支承机构1除用于支撑各功能机构外，还可作为功能模块，通过紧固螺栓将主基座11和副基座12组成的基座可靠地固定安装在销盘式协同作用摩擦磨损测试平台上。

如图4所示，所述中间轴总成2由中间轴21、中间轴带轮23和圆柱销22组成；所述中间轴21竖直设立并通过两个滚动轴承分别安装在基座上的中间轴轴承座13内，实现可旋转地安装在机械支承机构1上；所述带轮23通过平键同轴安装在中间轴21上，中间轴带轮23通过皮带与动力机构3的动力元件传动连接，以实现在动力机构3的驱动下，通过中间轴带轮23带动中间轴21同步旋转；所述中间轴21的顶部开有与中间轴21同轴设置的环形安装槽，圆柱销22竖直固定在中间轴21环形安装槽的底部，所述销盘摩擦副机构5中环形的摩擦盘52通过圆柱销22定位安装在中间轴21顶部的环形安装槽内，且摩擦盘52与环形安装槽相贴合匹配安装，以实现当中间轴21旋转时向摩擦盘52传递转矩，并随中间轴21按照一定的速比同步旋转。

所述动力机构3作为本发明所述测量装置的动力来源，由驱动电机31和带传动机构(图中未显示)组成，所述驱动电机31通过螺栓固定安装在机械支承机构1中的电机支座上；所述驱动电机31按照实验预设条件调整工作转速；驱动电机31的输出轴通过平键与电机带轮同轴相连，电机带轮与中间轴机构2的中间轴带轮23通过传动皮带安装连接并传递动力；在驱动电机31的驱动下，电机带轮通过传动带带动中间轴带轮23旋转，进而实现驱动中间轴机构旋转；在测试过程中，中间轴21承载着摩擦盘52在驱动电机31的驱动下能够持续按照实验设定要求的转速稳定旋转.

如图1所示，所述试样销夹持加载机构4用于夹持销盘摩擦副机构中的试样销51，并对试样销51施加负载，根据测试的实际需要，试样销夹持加载机构4的数量与试样销51的数量相匹配，试样销夹持加载机构4分别均匀分布安装在中间轴总成2的圆周外侧，且各试样销夹持加载机构4的结构完全相同。在本具体实施例中，采用两个试样销51协同作用于摩擦盘52至上，故所述试样销夹持加载机构4有两组，分别沿中间轴总成2的径向对称安装在中间轴总成2两侧。

两组所述试样销夹持加载机构4的结构相同，如图3所示，所述试样销夹持加载机构4由试样销夹持机构41和试样销加载机构42组成，试样销夹持机构41用于夹持试样销51，所述试样销加载机构42垂直设置在试样销夹持机构41上方，通过向试样销夹持机构41施加载荷，进而实现向试样销51施加载荷。

如图3所示，所述试样销夹持机构41由试样销夹持臂411、夹持臂基座412、试样销夹头413、夹持臂平衡块414、夹持臂支座415、夹持臂光轴416、基座转轴417和夹持轴承座418组成。所述试样销夹持臂411水平设置，试样销夹头413安装在试样销夹持臂411一端，用于夹持试样销51，使试样销51正对着摩擦盘52的上表面，夹持臂平衡块414安装在试样销夹持臂411另一端，用于在测试过程中抵消试样销夹持臂411自重的影响；所述试样销夹持臂411底部通过连接块与夹持臂光轴416中部固定连接，所述夹持臂光轴416与试样销夹持臂411垂直设置，夹持臂光轴416两端通过轴承可旋转地安装在夹持轴承座418内，使得试样销夹持臂411绕着夹持臂光轴416前后旋转摆动；所述夹持轴承座418固定安装在夹持臂基座412的上表面；所述基座转轴417竖直设置在夹持臂基座412底部中间位置，基座转轴417通过两个滚动轴承分别安装在基座转轴轴承座14内，实现可旋转地安装在机械支承机构1上。

上述试样销夹持机构41装配完毕后，试样销夹持臂411可实现沿基座转轴417在水平方向上的旋转和沿夹持臂光轴416在竖直方向上的旋转。

如图3所示，所述试样销加载机构42由试样销加载杆421、滚珠顶子422、加载砝码423、加载杆平衡块424、加载杆支座425、加载杆光轴426、砝码钩427和加载轴承座428组成。所述试样销加载杆421水平设置，并与试样销夹持臂411相垂直设置，试样销加载杆421底部通过滚珠顶子422与试样销夹持臂411上表面接触连接；砝码钩427设置在试样销加载杆421一端，所述加载砝码423勾挂在砝码钩427上，用于实现加载，加载杆平衡块424安装在试样销加载杆421另一端，用于在测试过程中抵消试样销加载杆421自重的影响；所述试样销加载杆421通过加载杆支座425固定安装在加载杆光轴426上，所述加载杆光轴426与试样销加载杆421垂直设置，加载杆光轴426两端通过轴承可旋转地安装在加载轴承座428内，使得试样销加载杆421绕着加载杆光轴426前后旋转摆动；所述加载轴承座428通过螺栓固定安装在机械支承机构1的加载机构底座15上。

上述试样销夹持机构41装配完毕后，试样销加载杆421的端部在特定质量的加载砝码423的带动下，试样销加载杆421有沿着加载杆光轴426向下摆动的趋势，试样销加载杆421通过滚珠顶子422向下方的试样销夹持臂411施加竖直向下的法向力，最终使得试样销夹持臂411端部夹持的试样销51以特定的法向载荷作用在52试样盘的上端面上。

综上所述，由于夹持试样销51并向试样销51施加载荷的试样销夹持加载机构4均分别独立设置，故根据测试要求，可实现使试样销51分别以不同大小的载荷互不影响地作用在试样盘52上，进而达到不同试样销协同的目的。

如图5所示，所述销盘摩擦副机构5由试样销51和摩擦盘52组成；所述摩擦盘52为圆环状，并定位安装在中间轴21的顶部，随中间轴21同步旋转；所述试样盘52为圆环形，试样盘52的上表面为平面，同时也是摩擦副工作面；所述摩擦盘52定位安装在中间轴21顶部的环形安装槽内，并通过圆柱销22与中间轴21之间传递扭矩，并随中间轴21同步旋转；所述试样销51为圆柱形，试样销51的上下端面皆为平面，下端面为摩擦工作面，按照实验要求选定平面加工方法使得试样销51的摩擦工作面获得指定的粗糙度；在内试样销夹持机构41的夹持下，所述试样销51的轴向垂直于摩擦盘52的上表面设置，且各试样销51均位于与摩擦盘52端面同圆心的同一个同心圆上；所述试样销51的底部端面与摩擦盘52接触连接，在试样销加载机构42的加载下，试样销51以设定的载荷作用于摩擦盘52试样表面。

上述销盘摩擦副机构5在实验进行时，试样销51通过特定质量的加载砝码423以设定载荷作用在试样盘52上，同时驱动电机31带动摩擦盘52克服摩擦力以实验设定的转速旋转以获得实验要求的相对滑动速度。此时，不同材质的试样销51作用在摩擦盘52上的同一个摩擦滑道内，在同一个表面区域内协同工作，因此，该销盘摩擦副可以用于在设定的载荷以及速度条件下，多种摩擦材料协同作用的摩擦学性能研究。

如图1和图2所示，数据测量采集系统6由转速传感器(图中未显示)、力传感器61、位移传感器62与数据采集系统(图中未显示)组成。转速传感器、力传感器61和位移传感器62的信号输出端分别与数据采集系统的信号接收端信号连接；所述转速传感器集成在驱动电机31中，用于采集驱动电机31输出的转速信号，进而根据传动机构的传动比获得中间轴21带动摩擦盘52同步旋转的转速，最终得到销盘式摩擦副5中的实时相对滑动速度，并将实时相对滑动速度数据发送至数据采集系统实时存储，以供分析；所述力传感器61一端安装在机械支承机构1的摩擦力传感器支座16上，力传感器61另一端通过顶针与试样销夹持臂411的侧壁相连接，所述力传感器61一方面限制试样销夹持臂411在测试过程中在销盘摩擦副机构5的摩擦力作用下水平旋转的趋势，另一方面采集经试样销夹持臂411传递的试样销51所受到的实时摩擦力，力传感器61将实时摩擦力数据发送至数据采集系统实时存储，以供分析；所述位移传感器62一端安装在机械支承机构1的基座上表面，位移传感器62另一端连接在试样销夹持臂411的端部，在测试过程中，试样销夹持臂411夹持试样销51与摩擦盘52相对摩擦，随着试样销51的磨损，试样销夹持臂411在试样销51的轴向上下摆动，位移传感器62采集试样销夹持臂411的实时摆动位移量，位移传感器62将实时摆动位移量数据发送至数据采集系统实时存储，并经计算即可获得试样销51在测试过程中的实时磨损率。

基于上述摩擦磨损测试装置的硬件结构组成，本发明还公开了一种摩擦磨损测量装置的测试方法，所述测量方法的具体过程如下：

步骤一：根据测量实验对试样的要求，选定试样销51和试样盘52的材质。并按照试样尺寸要求，将试样销51加工成圆柱销形状，将试样盘52加工成圆环形状；

步骤二：调整试样销夹持臂411端部的夹持臂平衡块414和试样销加载杆421端部的加载杆平衡块424，使得试样销夹持臂411和试样销加载杆421能够在不受外力的作用下处于水平平衡状态；

步骤三：将试样销51分别可靠装夹在试样销夹持臂411端部的试样销夹头413中，同时，将摩擦盘52安装在中间转轴21的顶部；安装完毕后，调整试样销夹持臂411在竖直方向上的角度，使试样销夹持臂411呈水平状态，试样销51轴向呈竖直状态，且试样销51的下端面与摩擦盘52的上端面相接触，然后，调整试样销加载杆421在竖直方向上的角度，使试样销加载杆421呈水平状态，且试样销加载杆421的底部通过滚珠顶子431与试样销夹持臂411的顶部相接触；

步骤四：根据测量实验对各试样销夹持加载机构4所施加的载荷要求，在各试样销夹持加载机构4对应的试样销加载杆421端部钩挂特定质量的加载砝码423，在加载砝码423的作用下对应的试样销加载杆421在竖直方向上存在旋转摆动的趋势，进而通过滚珠顶子422将载荷作用力施加在对应的试样销夹持臂411上，并进一步通过试样销夹持臂411将载荷作用力传递至对应的试样销51上，最终试样销51下端面以特定的载荷作用在摩擦盘52的上摩擦工作表面上；

在上述步骤四中，由于各试样销夹持加载机构4之间相互独立，互不干扰，故不同材质的试样销51能够根据实验测试要求，各自独立地向摩擦盘52施加预定的载荷，且互不影响；

步骤五：待各试样销夹持加载机构4夹持并施加载荷完毕后，根据测量实验对销盘摩擦副之间的滑动速度要求，控制动力机构3中的驱动电机31开始以特定转速转动，驱动电机31通过带传动机构带动中间轴机构2的中间轴带轮23旋转，进而带动中间轴21旋转，安装在中间轴21顶部的摩擦盘52随之同步旋转，使摩擦盘52与试样销51之间产生相对滑动，与此同时，数据采集机构6中的转速传感器传感器实时监测驱动电机31的转速数据，实现对驱动电机31的运行状况进行监控，使保持在与测量实验对销盘摩擦副之间的滑动速度要求相对应的转速下运行；

步骤六：当试样销51与摩擦盘52之间保持在预设的滑动速度下相互滑磨运动，在试样销51与摩擦盘52的接触面上，试样盘52对试样销51地面产生平行于滑动速度切线方向的摩擦力，在该摩擦力的作用下，试样销夹持臂411有在水平平面内存在转动的趋势，试样销夹持臂411将因该摩擦力产生的转动趋势传递至连接在其侧壁上的压力传感器61，通过压力传感器61实时监测对应的试样销51所受到的摩擦力；与此同时，随着试样销51在轴向上的逐渐磨损，试样销夹持臂411在对应的发型平面内发生旋转摆动，与试样销夹持臂411端部相连的位移传感器62实时测量试样销夹持臂41在法向平面内转动的位移量；

步骤七：数据采集系统记录测试时间，并实时接收转速传感器、压力传感器61和位移传感器62采集的信号数据；

数据采集系统根据转速传感器采集的驱动电机31转速信号，并经计算转换为试样销51与摩擦盘52之间的滑动速度，并实时监控使其符合测试要求；

数据采集系统根据压力传感器61采集到的试样销51所受到的摩擦力信号，并结合试样销加载杆421端部施加的加载砝码423的重量，经计算即可获得对应销盘摩擦副之间的摩擦系数；

数据采集系统根据位移传感器62采集到的试样销夹持臂41在法向平面内转动的位移量，经计算转换获得试样销51在轴向的磨损量；

此外，数据采集系统通过记录试样销51以及摩擦盘52在测试前后的质量变化，即可计算获得对应的材料平均磨损率；

数据采集系统将获得的销盘摩擦副之间的相对滑动速度、销盘摩擦副之间摩擦系数、销盘摩擦副中试样销51的磨损量，以及销盘摩擦副的材料平均磨损率记录进行记录并保存，以供多种摩擦材料之间相互协同摩擦作用的研究。

Claims (10)

1.一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置，其特征在于：

所述测试装置包括：机械支承机构、中间轴机构、动力机构、试样销夹持加载机构、销盘摩擦副机构和数据采集机构；

所述中间轴机构安装在机械支承机构中间，动力机构与中间轴机构传动连接，所述销盘摩擦副机构中的摩擦盘周向固定在中间轴机构顶部；

所述试样销夹持加载机构至少有两组，每一组试样销夹持加载机构对应安装一个销盘摩擦副机构中的试样销，且试样销夹持加载机构之间相互独立设置；

所述试样销夹持加载机构分布在中间轴机构的圆周外侧，由试样销夹持机构和试样销加载机构组成；

所述试样销夹持机构中，试样销夹持臂水平安装在机械支承机构上，且试样销夹持臂相对于机械支承机构沿水平方向与竖直方向旋转，夹持在试样销夹持臂的试样销与摩擦盘相互接触，且各试样销与摩擦盘相互接触的摩擦作用轨迹相互重合；

所述试样销加载机构中，位于试样销夹持臂上方的试样销加载杆水平安装在机械支承机构上，且试样销加载杆相对于机械支承机构沿竖直方向旋转，所述试样销加载杆通过在端部安装加载砝码实现加载，试样销加载杆将载荷通过试样销夹持臂传递至试样销，并作用在摩擦盘上；

所述数据采集机构由转速传感器、力传感器、位移传感器与数据采集系统组成，转速传感器采集动力机构输出转速信号并发送至数据采集系统，力传感器采集试样销所受到的摩擦力信号并发送至数据采集系统；位移传感器采集试样销磨损位移量信号并发送至数据采集系统。

2.如权利要求1所述一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置，其特征在于：

所述机械支承机构包括：基座，以及固定在基座上分别用于支撑中间轴机构、试样销夹持臂、试样销加载杆、动力机构、力传感器和位移传感器的安装座。

3.如权利要求2所述一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置，其特征在于：

所述基座由上下平行设置并通过固定连接的主基座和副基座组成；

所述安装座均布置在主基座上方，所述测试装置以模块化的形式通过副基座安装在测试平台上。

4.如权利要求1所述一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置，其特征在于：

所述中间轴机构的中间轴顶部开有摩擦盘安装槽，摩擦盘通过定位销周向固定在中间轴机构顶部，中间轴与动力机构传动连接。

5.如权利要求1所述一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置，其特征在于：

所述动力机构由驱动电机和传动组件驱动连接组成，传动组件的传动末端与中间轴传动连接。

6.如权利要求1所述一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置，其特征在于：

所述试样销夹持机构中，在与所述试样销夹持臂夹持试样销一端相对应的另一端，安装有夹持臂平衡块，以使试样销夹持臂在无外力作用下保持水平；

所述试样销夹持臂底部与夹持臂光轴固定连接，所述夹持臂光轴与试样销夹持臂垂直设置，夹持臂光轴两端通过安装在夹持轴承座内，实现试样销夹持臂相对于机械支承机构绕着夹持臂光轴沿竖直方向旋转；

所述夹持轴承座固定安装在夹持臂基座的上表面，夹持臂基座底部竖直设置基座转轴，基座转轴安装在机械支承机构上，实现试样销夹持臂相对于机械支承机构绕着基座转轴沿水平方向旋转。

7.如权利要求1或6所述一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置，其特征在于：

所述试样销加载机构中，在与所述试样销加载杆安装加载砝码一端相对应的另一端，安装有加载杆平衡块，以使试样销加载杆在无外力作用下保持水平；

所述试样销加载杆与试样销夹持臂相垂直设置，试样销加载杆底部通过滚珠顶子与试样销夹持臂上表面接触连接；

所述试样销加载杆通过加载杆支座固定安装在加载杆光轴上，所述加载杆光轴与试样销加载杆垂直设置，加载杆光轴两端安装在加载轴承座内，所述加载轴承座固定在机械支承机构上，实现试样销加载杆相对于机械支承机构绕着加载杆光轴沿竖直方向上旋转。

8.如权利要求1所述一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置，其特征在于：

所述数据采集机构中，转速传感器集成在动力机构的驱动电机中；所述力传感器一端安装在机械支承机构上，另一端连接在试样销夹持臂的侧面；所述位移传感器一端安装在机械支承机构上，另一端连接在试样销夹持臂的端部。

9.如权利要求所述一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置的测试方法，其特征在于：

步骤一：根据测量实验对试样的要求，选定试样销和试样盘的材质，并按照试样尺寸要求，将试样销试样销和试样盘加工成形；

步骤二：调整试样销夹持臂和试样销加载杆在不受外力的作用下处于水平平衡状态；

步骤三：将试样销分别装夹在试样销夹持臂端部，将摩擦盘安装在中间转轴总成的顶部，调整试样销夹持臂呈水平状态，使试样销与摩擦盘相接触，再调整试样销加载杆呈水平状态，使试样销加载杆底部与试样销夹持臂的顶部相接触；

步骤四：根据测量实验对各试样销夹持加载机构所施加的载荷要求，在各试样销夹持加载机构对应的试样销加载杆端部安装特定质量的加载砝码进行加载，进而将载荷作用力施加在下方试样销夹持臂上，通过试样销夹持臂将载荷作用力传递至对应的试样销上，使试样销以特定的载荷作用在摩擦盘的上摩擦工作表面上；

步骤五：根据测量实验对销盘摩擦副之间的滑动速度要求，动力机构以特定转速转动，动力机构带动中间轴机构旋转，进而带动摩擦盘同步旋转，使摩擦盘与试样销之间产生相对滑动，转速传感器传感器实时采集动力机构的转速数据并发送至数据采集系统，使动力机构保持在预设的转速下运行；

步骤六：压力传感器实时采集试样销所受到的摩擦力信号并发送至数据采集系统，位移传感器实时采集试样销夹持臂的旋转位移量并发送至数据采集系统；

步骤七：数据采集系统记录测试时间，并实时接收转速传感器、压力传感器和位移传感器采集的信号数据，数据采集系统获得相应的摩擦参数，并进行记录和保存，以供多种摩擦材料之间相互协同摩擦作用的研究。

10.如权利要求9所述一种销盘式协同作用摩擦磨损测试装置的测试方法，其特征在于：

所述步骤七中，数据采集系统获得的相应摩擦参数包括：滑动速度、摩擦系数、试样销的磨损量，以及材料的平均磨损率，其中：

数据采集系统根据转速传感器采集的驱动电机转速信号，进而获得试样销与摩擦盘之间的滑动速度，并实时监控使其符合测试要求；

数据采集系统根据压力传感器采集到的试样销所受到的摩擦力信号，并结合试样销加载杆端部施加的加载砝码的重量，进而获得对应销盘摩擦副之间的摩擦系数；

数据采集系统根据位移传感器采集到的试样销夹持臂的旋转位移量，进而获得试样销的磨损量；

数据采集系统通过记录试样销以及摩擦盘在测试前后的质量变化，进而获得对应材料的平均磨损率。

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