CN112051172A - 一种多功能滚动摩擦磨损试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能滚动摩擦磨损试验机，属于磨损试验设备技术领域，解决了现有技术中摩擦磨损试验机试验条件单一，不能完全满足特殊工况下摩擦磨损试验需求的问题。本发明试验机包括釜体机架、釜体、釜盖、驱动装置、磨损装置和进气进水装置；釜体包括加热炉和内胆，釜盖与内胆组成密封的试验腔室；驱动装置用于驱动磨损装置，驱动装置设置在釜盖上端，磨损装置设置在釜盖下端；磨损装置包括主动轴和从动轴，在主动轴下端设置主动试样环，在从动轴下端设置从动试样环，主动试样环带动从动试样环做滚动摩擦运动；进水进气装置设置在釜盖上端，用于调整釜体内介质环境。本发明满足摩擦磨损试验模拟多种工况的需求。

Description

一种多功能滚动摩擦磨损试验机

技术领域

本发明属于磨损试验设备技术领域，特别涉及一种多功能滚动摩擦磨损试验机。

背景技术

摩擦磨损是工程机械中一种主要的失效形式。据不完全统计，大约有80％的损坏零件是由于各种形式的磨损引起的。摩擦磨损受到多种因素的影响，包括温度、介质、接触力、磨损方式等。近年来，随着对材料磨损领域的逐渐重视，国内外的一些研究人员对摩擦磨损开始更加深入的研究与分析。

现有磨损试验机常见摩擦形式为销盘式、往复式、滑块式、球盘式、滚滑式等，例如MHK-500环块式试验机，RFT往复式试验机，MM-200滚滑式试验机等。上述几种试验机主要以滑动摩擦或往复摩擦为主，只有MM-200试验机可进行滚动摩擦磨损实验，但是MM-200试验机仅限于室温工况下的磨损，试验介质单一，温度固定，只满足一般磨损试验条件。对于一些极端、苛刻环境下特殊驱动机构设备，其工况是在低温或高温、高压条件下服役，现有设备难以真实模拟磨损失效形式。

专利CN 103364296A公开了一种高温摩擦磨损试验机，能模拟高温磨损条件，降低轴受力弯曲变形的影响，提高实验精度，但是实验模拟介质单一，只能满足温度条件；专利CN 109540722A公开了一种多功能磨损磨损试验装置，集成了多种磨损形式，可以实现不同速度与载荷的组合，但是只能在室温下进行，无法进行高温工况模拟。专利CN 109946079A公开了一种水润滑滑动轴承摩擦磨损试验机，可以在水润滑的介质下实现高压力、大载荷摩擦磨损测试，但是不能实现不同温度工况模拟。

综上所述，现有摩擦磨损试验机并不能完全满足特殊工况下摩擦磨损试验需求。

发明内容

鉴于以上分析，本发明旨在提供一种多功能滚动摩擦磨损试验机，用以解决现有摩擦磨损试验机试验条件单一，不能完全满足特殊工况下摩擦磨损试验需求等问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种多功能滚动摩擦磨损试验机，包括釜体机架、釜体、釜盖、驱动装置、磨损装置和进气进水装置；

釜体设置在釜体机架下端，釜盖设置在釜体机架上端，釜体包括加热炉和内胆，加热炉用于对内胆进行加热，釜盖与内胆组成密封的试验腔室；

驱动装置用于驱动磨损装置，驱动装置设置在釜盖上端，磨损装置设置在釜盖下端；

磨损装置包括主动轴和从动轴，在主动轴下端设置主动试样环，在从动轴下端设置从动试样环，主动试样环与从动试样环相切，主动试样环带动从动试样环做滚动摩擦运动；

进水进气装置设置在釜盖上端，用于调整釜体内介质环境。

在一种可能的设计中，还包括测温装置，测温装置设置在釜盖中心并通入试验腔室内，用于探测试验腔室内的温度。

在一种可能的设计中，釜盖下端设置有固定平台；

固定平台一端为滑轨，滑轨上设置有滑块，从动轴上端设置在滑块内，且从动轴可相对滑块转动；

固定平台另一端固定有施力装置，施力装置用于对滑块施力，从而调节主动试样环与从动试样环之间的试验力大小。

在一种可能的设计中，施力装置包括弹簧、顶杆和调节螺杆；

弹簧一端连接顶杆，另一端连接调节螺杆；顶杆作用于滑块，调节螺杆用于调节弹簧的压缩量，从而调节试验力大小。

在一种可能的设计中，釜体底端设置有排气排水阀。

在一种可能的设计中，加热炉包括炉壁、电加热管和保温层；

电加热管设置在炉壁内壁四周和底部，保温层设置在炉壁与电加热管之间。

在一种可能的设计中，驱动装置与磨损装置的主动轴采用磁力耦合方式连接。

在一种可能的设计中，进气进水装置包括进气进水管路和安全管路；

进气进水管路上设置有高压针形阀；安全管路设置有压力表和防爆安全阀。

在一种可能的设计中，釜盖下端设置有凸环，内胆上设置有相应的凹槽。

在一种可能的设计中，还包括固定装置，用于将釜盖和内胆进行固定连接。

与现有技术相比，本发明至少能实现以下技术效果之一：

1)本发明提供了一种可以模拟特殊工况下的多功能滚动摩擦磨损试验机，能够实现不同条件下的温度、载荷、转速、介质等调节。本发明釜盖与内胆组成密封的试验腔室，可通过在试验腔室内放入液氮等制冷方式制冷，通过加热炉加热等方式调节试验腔室温度，进气进水装置改变介质环境，便于釜体内模拟低温、高温、高压、特殊介质环境等工况，解决现有摩擦磨损试验机试验条件单一，不能完全满足特殊工况下摩擦磨损试验需求等问题。

2)为了保证试验腔体的密封性，本发明在釜盖下端设置有凸环，内胆上设置有相应的凹槽。将釜盖安装到釜体上时，凸环进入凹槽内，对试验腔体进行密封。为了进一步保证密封性，釜盖与内胆的连接处还设置有密封圈。为了防止釜盖与内胆在高压情况下位置发生移动，保证试验腔体的密封性，本发明装置还设置了固定装置，用于将釜盖和内胆进行固定连接。为了进一步使试验腔体形成密封结构，驱动装置与磨损装置的主动轴采用磁力耦合方式连接。

本发明能够在低温或高温、高压环境下达到良好密封效果，能够模拟特殊介质环境，同时通过施力装置对试验力进行切换，达到多润滑条件下滚动磨损试验要求。

3)随着摩擦磨损试验的进行，主动试样环和从动试样环均产生磨损，直径减小，本发明施力装置包括弹簧、顶杆和调节螺杆；弹簧一端连接顶杆，另一端连接调节螺杆，弹簧的设置使得顶杆可始终与滑块接触，对滑块产生作用力，使得主动试样环和从动试样环始终接触，且试验力变化较小。

4)本发明可进行周期循环变速磨损调节，以模拟真实工件实际工况磨损条件。

5)本发明设有多组驱动装置，可同时进行多组实验，提高试验效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

图1是本发明试验机的剖面示意图；

图2是图1中驱动装置、磨损装置、进气进水装置示意图；

图3是图2中磨损装置结构示意图；

图4是周期循环变速示意图；

图5是磨损前试样环；

图6是磨损后试样环；

图7为实施例2的装置示意图。

附图标记：

1-釜体机架，2-加热炉，3-电加热管，4-保温层，5-排水排气阀，6-驱动装置，7-进气进水装置，8-测温装置，9-测温传感器，10-测温保护管，11-主动轴，12-磨损装置，13-固定装置，14-釜盖，15-炉壁，16-第一电机，17-高压针形阀，18-压力表，19-防爆安全阀，20-主动试样环，21-从动试样环，22-从动轴，23-滑块，24-施力装置，25-弹簧，26-顶杆，27-调节螺杆。

具体实施方式

以下结合具体实施例对一种多功能滚动摩擦磨损试验机作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

本发明通常的工作面可以为平面或曲面，可以倾斜，也可以水平。为了方便说明，本发明实施例放置在水平面上，并在水平面上使用，并以此限定“高低”和“上下”。

实施例1

一种多功能滚动摩擦磨损试验机，如图1-图3所示，包括釜体机架1、釜体、釜盖14、驱动装置6、磨损装置12和进气进水装置7；釜体设置在釜体机架1下端，釜盖14设置在釜体机架1上端，釜体包括加热炉2和内胆，加热炉2用于对内胆进行加热，釜盖14与内胆组成密封的试验腔室；驱动装置6用于驱动磨损装置12，驱动装置6设置在釜盖14上端，磨损装置12设置在釜盖14下端；磨损装置12包括主动轴11和从动轴22，在主动轴11下端设置主动试样环20，在从动轴22下端设置从动试样环21，主动试样环20与从动试样环21抵接，主动试样环20带动从动试样环21做滚动摩擦运动；进水进气装置设置在釜盖14上端，用于调整釜体内介质环境。

本发明釜盖14与内胆组成密封的试验腔室，可通过在试验腔室内放入液氮等制冷方式制冷，通过加热炉2加热等方式调节试验腔室温度，进气进水装置7改变介质环境，便于釜体内模拟低温、高温、高压、特殊介质环境等工况，解决现有摩擦磨损试验机试验条件单一，不能完全满足特殊工况下摩擦磨损试验需求等问题。

具体的，加热炉2包括炉壁15、电加热管3和保温层4，电加热管3设置在炉壁15内壁四周和底部，保温层4设置在炉壁15与电加热管3之间。示例性的，电加热管3为不锈钢电加热管3，保温层4为硅酸铝保温棉。

为了准确控制试验腔室内的温度，本发明还包括测温装置8，测温装置8设置在釜盖14中心并通入试验腔室内，用于实时探测试验腔室内的温度。测温装置8包括测温传感器9，实时测定试验腔室内的温度，并将温度信息传输至控制单元，控制单元根据设定的试验温度向电加热管3发送控制命令。进一步的，为了防止测温传感器在试验时受到损伤，还可设置测温保护管10。考虑到试验腔室内温度测量的准确性，测温传感器可设置多个，设置在试验腔室内的不同部位，多个测温传感器将采集到的温度数据传输到控制单元后，取平均值作为试验腔室内的温度，再与设定试验温度进行比较。

为了调节滚动摩擦磨损试验的试验力大小，本发明装置还设置有施力装置24。具体的：釜盖14下端设置有固定平台；固定平台一端为滑轨，滑轨上设置有滑块23，从动轴22上端设置在滑块23内，且从动轴22可相对滑块23转动；固定平台另一端固定有施力装置24，施力装置24用于对滑块23施力，从而调节主动试样环20与从动试样环21之间的试验力大小。

在一种可能的设计中，施力装置24包括弹簧25、顶杆26和调节螺杆27；弹簧25一端连接顶杆26，另一端连接调节螺杆27；顶杆26作用于滑块23，调节螺杆27用于调节弹簧25的压缩量，从而调节试验力大小。本发明施力装置24可在0～800N试验力范围内调节。为了精确检测试验力的大小，可在顶杆26靠近滑块23的端部设置压力传感器。在进行摩擦磨损试验前，通过调节螺杆27将试验力调节到需要的大小，随着摩擦磨损试验的进行，主动试样环20和从动试样环21均产生磨损，直径减小，弹簧25的设置使得顶杆26可始终与滑块23接触，对滑块23产生作用力，使得主动试样环20和从动试样环21始终接触，且试验力变化较小，试验力始终在所需范围内。

进气进水装置7包括进气进水管路和安全管路；釜体底端设置有排气排水阀5。进气进水管路上设置有高压针形阀17；安全管路设置有压力表18和防爆安全阀19。压力表18可实时监控试验腔体内的压力，便于操作人员对压力进行调整，将压力调整至目标大小。防爆安全阀19可在压力到达一定上限值后自动打开泄气，防止压力过大出现爆炸危险。示例性的，进气进水管路和安全管路可设置在驱动装置6的两侧。

为了保证试验腔体的密封性，在釜盖14下端设置有凸环，内胆上设置有相应的凹槽。将釜盖14安装到釜体上时，凸环进入凹槽内，对试验腔体进行密封。为了进一步保证密封性，釜盖14与内胆的连接处还设置有密封圈，示例性的，密封圈为硅胶密封圈。

为了防止釜盖14与内胆在高压情况下位置发生移动，保证试验腔体的密封性，本发明装置还包括固定装置13，用于将釜盖14和内胆进行固定连接。示例性的，固定装置13为长锁紧螺栓，装配方便，可以起到很好的密封固定作用。

为了进一步使试验腔体形成密封结构，驱动装置6与磨损装置12的主动轴11采用磁力耦合方式连接，便于釜体模拟低高温、高压工况。优选的，驱动装置6可设置多组，示例性的可设置4组，每组驱动装置6对应的釜盖14下的端均设置一组磨损装置12。多组驱动装置6可同时进行试验，提高实验效率。

驱动装置6可由第一电机16进行转速控制，保证试验环滚动速度可在0～600r/min范围内调，通过程序调节可实现周期循环变速磨损，周期循环变速磨损是在一个周期内(3～6min)，转速由0r/min调节至某一转速，再降回0r/min，速度周期循环不断变化，形成周期交替变速磨损。

本发明多功能滚动摩擦磨损试验机工作时，将试样环装配于主动轴11与从动轴22下，利用施力装置24设置试验力大小，通过进气进水装置7和排气排水阀5调整釜体内部实验环境，根据实验温度条件对釜体加热，利用测温装置8实时监测釜体内部温度变化，再利用第一电机16调节驱动装置6的转速，形成温度、载荷、转速、介质等的调节。

需要调整气体介质环境及气体压强时，将主动试样环20和从动试样环21安装好，并将施力装置24调节到所需试验力后，将釜盖14与内胆固定。先打开进气进水管路上的高压针形阀17和釜体底部的排气排水阀5，通过进气进水管路向试验腔体内通入所需介质气体，一段时间后将试验腔体内原本的空气都排出后，关闭排气排水阀5，继续向试验腔体内通入气体，直至压力表18显示试验腔体内压力达到所需压力值，关闭高压针形阀17，停止通气。试验完成后，打开排气排水阀5将气体排出。

需要加入液体介质时，先将液体介质加入到内胆后，再将安装釜盖14将其与内胆固定。进气进水管路只是对液体介质高度进行微调。试验完成后，打开排气排水阀5将液体排出。

实施例2

本实施例提供了一种多功能滚动摩擦磨损试验机，其结构与实施例一提供的多功能滚动摩擦磨损试验机的结构基本相同，区别在于，为了保证试验力在摩擦磨损试验过程中保持不变，施力装置24还包括第二电机，如图7所示。

具体的，第二电机与调节螺杆27连接，压力传感器实时探测施力装置24施加在滑块23上的试验力，并将采集到的试验力数据传输至控制单元，随着摩擦磨损试验的进行，主动试样环20和从动试样环21均产生磨损，直径减小，弹簧25伸展使得顶杆26可始终与滑块23接触，弹簧25压缩量变小，压力传感器探测到试验力变小，控制单元发送控制命令到第二电机，第二电机带动调节螺杆27转动，增大压缩量至试验力达到设定大小。

控制试验力在摩擦磨损试验过程中保持不变可提高摩擦磨损试验的准确性。

实施例3

周期循环变速磨损：

通过程序控制第一电机16进行转速调节，如图4所示。第一电机16输出转速在一个周期(T约为3～6min)内循环变化，转速(a约为200～600r/min)从零开始，逐级增加，达到峰值，随后逐级递减，周期循环变化，实现周期循环变速磨损。

实施例4

高温高压、水润滑滚动摩擦磨损：

将主动试样环20、从动试样环21分别装配于主动轴11与从动轴22下端，施力装置24对从动试样环21施加作用力，向釜体内部添加水润滑介质，使介质可淹没磨损装置12，调整介质环境后，固定装置13将釜体密封，通过加热炉2对内胆进行加热，达到高温高压条件，打开驱动装置6，形成高温高压、水润滑滚动摩擦磨损试验条件。磨损前试样环和磨损后试样环如图5、图6所示。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能滚动摩擦磨损试验机，其特征在于，包括釜体机架、釜体、釜盖、驱动装置、磨损装置和进气进水装置；

所述釜体设置在釜体机架下端，所述釜盖设置在釜体机架上端，所述釜体包括加热炉和内胆，所述加热炉用于对内胆进行加热，所述釜盖与内胆组成密封的试验腔室；

所述磨损装置包括主动轴和从动轴，在所述主动轴上设置主动试样环，在所述从动轴上设置从动试样环，主动试样环与从动试样环抵接，主动试样环带动从动试样环做滚动摩擦运动；

所述驱动装置设置在釜盖上端，所述磨损装置设置在釜盖下端，所述驱动装置用于驱动磨损装置的主动轴转动；

所述进水进气装置设置在釜盖上端，用于调整釜体内介质环境。

2.根据权利要求1所述的多功能滚动摩擦磨损试验机，其特征在于，还包括测温装置，所述测温装置设置在釜盖中心并通入试验腔室内，用于探测试验腔室内的温度。

3.根据权利要求1所述的多功能滚动摩擦磨损试验机，其特征在于，所述釜盖下端设置有固定平台；

所述固定平台一端为滑轨，所述滑轨上设置有滑块，所述从动轴上端设置在滑块内，且从动轴可相对滑块转动；

所述固定平台另一端固定有施力装置，所述施力装置用于对所述滑块施力，从而调节主动试样环与从动试样环之间的试验力大小。

4.根据权利要求3所述的多功能滚动摩擦磨损试验机，其特征在于，所述施力装置包括弹簧、顶杆和调节螺杆；

所述弹簧一端连接顶杆，另一端连接调节螺杆；所述顶杆作用于滑块，调节螺杆用于调节弹簧的压缩量，从而调节试验力大小。

5.根据权利要求1所述的多功能滚动摩擦磨损试验机，其特征在于，所述釜体底端设置有排气排水阀。

6.根据权利要求1所述的多功能滚动摩擦磨损试验机，其特征在于，所述加热炉包括炉壁、电加热管和保温层；

所述电加热管设置在炉壁内壁四周和底部，所述保温层设置在炉壁与电加热管之间。

7.根据权利要求1所述的多功能滚动摩擦磨损试验机，其特征在于，所述驱动装置与磨损装置的主动轴采用磁力耦合方式连接。

8.根据权利要求1-7所述的多功能滚动摩擦磨损试验机，其特征在于，所述进气进水装置包括进气进水管路和安全管路；

所述进气进水管路上设置有高压针形阀；所述安全管路设置有压力表和防爆安全阀。

9.根据权利要求1-7任一项所述的多功能滚动摩擦磨损试验机，其特征在于，所述釜盖下端设置有凸环，内胆上设置有与凸环匹配的凹槽。

10.根据权利要求1所述的多功能滚动摩擦磨损试验机，其特征在于，还包括固定装置，釜盖和内胆通过固定装置固定连接。

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