CN111929233B - 一种测量材料周期性变形情况下的摩擦系数测量装置 - Google Patents

一种测量材料周期性变形情况下的摩擦系数测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测量材料周期性变形情况下的摩擦系数测量装置，主要用于测量谐波减速器中，主要由扭矩传感器、套筒、上试样、下试样、柔性夹具、空气轴承、夹具体、拉压力传感器、支撑杆、支撑台。利用摩擦磨损试验机的工作模块连接扭矩传感器，进而连接套筒，固定上试样。利用摩擦磨损试验机的旋转模块进行连接柔性夹具，进而固定下试样，拉压力传感器可以准确地测量出上试样与下试样之间的径向力。扭矩传感器可以测量出上试样与下试样在进行试验时的负载扭矩值。根据上试样与下试样之间的负载扭矩值随径向载荷值变化的关系曲线，得到类柔性轴承与柔轮之间的摩擦系数。

Description

一种测量材料周期性变形情况下的摩擦系数测量装置
技术领域
本发明涉及一种测量材料周期性变形情况下的摩擦系数测量装置，涉及摩擦系数测量技术领域。
背景技术
谐波减速器广泛应用于航空航天、机器人、造船等行业。主要失效形式为传动精度下降，磨损是其主要失效诱导因素之一。工作时，谐波减速器中的下试样承受较大的交变载荷处于持续性周期变形的状态。通过摩擦磨损试验机难以实现摩擦过程中材料的变形行为，即难以得出柔轮与柔性轴承之间的摩擦磨损状态，所以有必要设计出一种测量材料周期性变形情况下的摩擦系数测量装置。
本发明公开了一种测量材料周期性变形情况下的摩擦系数测量装置，可以实现对周期性变形的下试样材料的摩擦系数的测量。通过上试样与下试样之间的径向载荷值与扭矩得到对周期性变形的材料的摩擦系数。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量材料周期性变形情况下的摩擦系数测量装置，以便于对周期性变形的材料进行摩擦系数测试。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
该测量装置主要由扭矩传感器1、套筒2、上试样3、下试样4、柔性夹具5、空气轴承6、夹具体7、拉压力传感器8、支撑杆9、支撑台10组成。
扭矩传感器1连接在摩擦磨损试验机的上部工作模块上，可以测得上试样3与下试样4运动时的扭矩；套筒2通过螺栓连接在扭矩传感器上；通过拧紧套筒2上的螺栓对上试样进行固定；柔性夹具5通过螺栓连接在摩擦磨损试验机的旋转模块上，用以固定下试样；拉压力传感器8通过支撑杆与支撑台固定在下试样外侧，用以测定下试样与上试样3之间的径向力。根据上试样3与下试样4之间的负载扭矩值与径向载荷值变化的关系曲线，可以得到上试样3与下试样4之间的摩擦系数。关系曲线的斜率乘以上试样的长径值即为上试样3与下试样4之间的摩擦系数。
所述扭矩传感器1，通过螺栓连接到摩擦磨损试验机上部份工作模块上。用以测量所述待测试样之间进行相对转动时受到的负载扭矩值。
所述套筒2，由底盘和套筒组成，底盘通过螺栓固定在扭矩传感器1上，伸出的套筒通过螺栓固定上试样3。
所述上试样3与下试样4的比例与实际的谐波减速器中柔性轴承与柔轮的比例相同，可以根据不同的谐波减速器的尺寸改变上试样的长径与下试样的直径。上试样3的长径比下试样4的直径大，所以在上试样3与下试样4配合时会产生预紧力，由拉压力传感器8实时测得。
所述柔性夹具5，由底盘、外衬、内衬组成，使用四角扳手带动5.3.1.1、5.3.1.2、5.3.1.3三个锥齿轮在盘5.3上转动，盘5.3通过上面的轨道带动三个外衬在柔性夹具卡槽内运动，内衬也同理，将下试样4固定在柔性夹具5的内衬与外衬之间，可以防止装置运行时下试样周期变形使得下试样4底部产生变形从而影响同轴度。
所述空气轴承6，布置在下试样变形时可以接触的位置。当上试样3进入下试样4中变形时，下试样可以接触到空气轴承6。由此，可以利用空气轴承6的活动性实现下试样4的转动自由度。空气轴承固定在夹具体7上。夹具体7与拉压力传感器8通过内螺纹连接到一起。拉压力传感器的另一侧通过内螺纹与支撑杆9相连接，支撑杆9与支撑台10使用螺母连接到一起。保证拉压力传感器8可以固定位置。
进一步地，测量方法包括如下步骤：
将扭矩传感器1用螺栓连接在摩擦磨损试验机上部工作模块上。
将套筒2通过螺栓连接在扭矩传感器1上。
将上试样3通过螺栓固定在套筒2上。
将柔性夹具5通过螺栓固定在摩擦磨损试验机的旋转台上。
将下试样4固定在柔性夹具5的内外衬之间。
用螺母将支撑杆9与支撑台10连接。
将拉压力传感器8通过内螺纹固定在支撑杆9上。
将空气轴承6用螺栓固定在夹具体7上。
将夹具体7通过内螺纹连接到拉压力传感器8上。
各构件及测试工件固定完毕，启动摩擦磨损试验机，移动上部分工作台，使扭矩传感器1连接的套筒2以及上试样3向下移动，直至插入下试样4中。此时上试样3将下试样4撑变形，下试样4外侧与空气轴承6接触。运转旋转工作台，拉压力传感器6与扭矩传感器1实时测量上试样3与下试样4之间的负载扭矩值与径向载荷值。根据上试样3与下试样4之间的负载扭矩值与径向载荷值变化的关系曲线，可以得到上试样3与下试样4之间的摩擦系数。关系曲线的斜率乘以上试样的长径值即为上试样3与下试样4之间的摩擦系数。
本发明的有益效果是：
本发明公开的测量装置结构简单、操作方便，能够准确地测量出在发生变形的情况下下试样与柔性轴承之间的摩擦系数。可以根据不同规格谐波减速器柔轮与柔性轴承的尺寸对上下试样的尺寸进行相应的调整即可实现对不同型号谐波减速器柔轮与柔性轴承材料之间的摩擦系数测试。下试样夹具可以保证在下试样发生变形时防止其产生定性变形，以及摩擦磨损试验机自带的对心机构，可以保证上下试样的同轴度。可以准确地测量上试样与下试样之间的径向力。
附图说明
图1为总装图。
图2为套筒
图3为柔性夹具。
图4为柔性夹具的爆炸图。
图5为测力装置。
具体实施方式
下面以SHF25-80型号的谐波减速器的下试样为原型对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。
测试中装置的使用步骤如下
第一步：将扭矩传感器1连接在摩擦磨损试验机上部工作模块上。
第二步：将套筒2通过螺栓连接在扭矩传感器1上。
第三步：将上试样3通过螺栓固定在套筒2上。
第四步：将柔性夹具5通过螺栓固定在摩擦磨损试验机的旋转台上。
第五步：将下试样4固定在柔性夹具6的内外衬之间。
第六步：将用螺母将支撑杆9与支撑台10连接。
第七步：将拉压力传感器8固定在支撑杆9上。
第八步：将空气轴承6固定在夹具体7上。
第九步：将夹具体7连接到拉压力传感器8上。
第十步：在下试样材料内壁均匀涂抹一层润滑脂。
第十一步：启动摩擦磨损试验机移动上部分工作台，使扭矩传感器1连接的套筒2以及上试样3向下移动，直至插入下试样4中。
第十二步：运转旋转工作台，得到上试样与下试样之间的径向载荷值与扭矩。根据上试样3与下试样4之间的负载扭矩值与径向载荷值变化的关系曲线，得到上试样3与下试样4之间的摩擦系数。
第十三步：实验结束后将上试样向上移出下试样材料内部。
第十四步：若要继续进行试验，更换样品再重复上述步骤。
综上所述，本发明的测试装置和测试方法可以简单有效的测量出所需的数据，且能保证数据的准确性。

Claims (7)

1.一种测量材料周期性变形情况下的摩擦系数测量装置，其特征在于：扭矩传感器(1)连接在摩擦磨损试验机的上部工作模块上，测得上试样(3)与下试样(4)运动时的扭矩；套筒(2)通过螺栓连接在扭矩传感器(1)上，通过拧紧套筒(2)上的螺栓对上试样进行固定；柔性夹具(5)通过螺栓连接在摩擦磨损试验机的旋转模块上，用以固定下试样；拉压力传感器(8)通过支撑杆与支撑台固定在下试样外侧，用以测定下试样与上试样(3)之间的径向力；根据上试样(3)与下试样(4)之间的负载扭矩值与径向载荷值变化的关系曲线，得到上试样(3)与下试样(4)之间的摩擦系数；关系曲线的斜率乘以上试样的长径值即为上试样(3)与下试样(4)之间的摩擦系数。
2.根据权利要求1所述的一种测量材料周期性变形情况下的摩擦系数测量装置，其特征在于，通过摩擦磨损试验机测得周期性变形工况下材料之间的摩擦系数。
3.根据权利要求1所述的一种测量材料周期性变形情况下的摩擦系数测量装置，其特征在于，通过摩擦磨损试验机上下工作模块的对心功能，保证柔轮与柔性轴承的同轴度。
4.根据权利要求1所述的一种测量材料周期性变形情况下的摩擦系数测量装置，其特征在于，根据不同规格谐波减速器柔轮与柔性轴承的尺寸对上下试样的尺寸进行相应的调整，实现对不同型号谐波减速器柔轮与柔性轴承材料之间的摩擦系数测试。
5.根据权利要求1所述的一种测量材料周期性变形情况下的摩擦系数测量装置，其特征在于，下试样夹具保证在测试时柔轮发生变形时，防止产生定性变形从而影响同轴度。
6.根据权利要求1所述的一种测量材料周期性变形情况下的摩擦系数测量装置，其特征在于，通过拉压力传感器测量出上试样与下试样之间的径向载荷。
7.根据权利要求1所述测量装置进行的一种测量材料周期性变形情况下的摩擦系数测量方法，包括以下步骤：
S1将扭矩传感器(1)用螺栓连接在摩擦磨损试验机上部工作模块上；
S2将套筒(2)通过螺栓连接在扭矩传感器(1)上；
S3将上试样(3)通过螺栓固定在套筒(2)上；
S4将柔性夹具(5)通过螺栓固定在摩擦磨损试验机的旋转台上；
S5将下试样(4)固定在柔性夹具(5)的内外衬之间；
S6用螺母将支撑杆(9)与支撑台(10)连接；
S7将拉压力传感器(8)通过内螺纹固定在支撑杆(9)上；
S8将空气轴承(6)用螺栓固定在夹具体(7)上；
S9将夹具体(7)通过内螺纹连接到拉压力传感器(8)上；
S10各构件及测试工件固定完毕，启动摩擦磨损试验机，移动上部分工作台，使扭矩传感器(1)连接的套筒(2)以及上试样(3)向下移动，直至插入下试样(4)中；此时上试样(3)将下试样(4)撑变形，下试样(4)外侧与空气轴承(6)接触；运转旋转工作台，拉压力传感器(8)与扭矩传感器(1)实时测量上试样(3)与下试样(4)之间的负载扭矩值与径向载荷值；根据上试样(3)与下试样(4)之间的负载扭矩值与径向载荷值变化的关系曲线，得到上试样(3)与下试样(4)之间的摩擦系数；关系曲线的斜率乘以上试样的长径值即为上试样(3)与下试样(4)之间的摩擦系数。
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