CN112345395B - 一种低频重载冲击滑动摩擦磨损试验装置 - Google Patents

一种低频重载冲击滑动摩擦磨损试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低频重载冲击滑动摩擦磨损试验装置，包括试验台、装夹系统、液压系统、传动系统、锁定系统及传感器系统，所述装夹系统固定夹持方型试件，所述液压系统连接所述方型试件，所述液压系统提供竖直方向的冲击力及滑动摩擦阶段的压力，传动系统驱动该方型试件摆动及控制所述锁定系统限制所述方型试件摆动和解除限制，所述传感器系统可分别测量所述方型试件受冲击力的水平分力及所述方型试样通过摩擦传递给转动轴的扭矩。本发明可以实现低频重载的冲击滑动工作状况下的摩擦磨损研究，试验装置结构简单，可实现冲击力、压力大小的调节，试验过程中冲击力、滑动摩擦力的测量记录，自动循环冲击滑动试验过程。

Description

一种低频重载冲击滑动摩擦磨损试验装置
技术领域
本发明涉及摩擦磨损试验装置领域，尤其是一种低频重载冲击滑动摩擦磨损试验装置，用于模拟摩擦学试验领域中材料在低频重载冲击滑动工况下的摩擦磨损试验。
背景技术
摩擦磨损现象普遍存在于各类机械设备工作过程中，国内外研究表明：世界上约有1/3的一次能源在摩擦过程中被直接消耗，各种类型的摩擦磨损导致大约4/5的零件发生故障。摩擦学的研究及应用关系到人类的生产生活，通过降低摩擦磨损可以延长设备寿命，降低资源损耗，创造更大经济效益；亦可以选择增大有益摩擦，为生产生活提供有利条件。摩擦学在工程领域的实际应用要求关注零件材料在不同摩擦磨损环境下的使用性能。
在工程领域中，材料受到冲击载荷作用下，常发生滑动摩擦，这一类冲击滑动摩擦磨损较为复杂。研究表明，冲击滑动摩擦磨损易对材料产生较大破坏，造成零件的异常磨损，最终导致零件的失效。
为研究冲击滑动摩擦磨损行为，有利用激振器的杆管冲击滑动试验机、利用杠杆原理进行加载的轴承磨损试验机、利用自由落体的磨损试验机等。而当前尚无针对低频重载冲击滑动下零件摩擦磨损的试验装置，开展相关研究，迫切需要设计一种低频重载冲击滑动摩擦磨损试验装置。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种冲击力可调的低频重载冲击滑动摩擦磨损试验装置，实现了在低频重载冲击滑动复合作用下零件表面摩擦磨损行为的研究。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种低频重载冲击滑动摩擦磨损试验装置，包括试验台、装夹系统、液压系统、传动系统、锁定系统及传感器系统；
所述试验台包括机架、竖直滑台、竖直滑座、T字型回转台，所述竖直滑台在液压系统作用下上下滑动的安装在所述竖直滑座中，所述T字型回转台在传动系统控制下通过回转轴可回转摆动的安装在所述机架上，所述机架上还安装有锁定T字型回转台的锁定系统；竖直滑台和T字型回转台上分别通过装夹系统固定夹持方型试件，试验时两个方型试件的接触面倾斜相对；
所述传感器系统包括冲击力传感器和扭矩传感器，所述冲击力传感器安装在所述T字型回转台上的装夹系统后端，用于采集装夹系统所受的冲击力；所述扭矩传感器安装在所述T字型回转台的回转轴上，用于采集回转轴所受扭矩。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述液压系统为轴向液压加载，液压系统竖直安装在所述竖直滑座下方，所述液压系统的输出端与所述竖直滑台下端连接，用于驱动所述方型试件竖直往复滑动。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述传动系统包括驱动电机、主动直齿轮、从动直齿轮、传动轴、曲轴、圆盘摩擦离合器，所述驱动电机固定安装在所述机架上并与曲轴连接，所述曲轴另一端与所述主动直齿轮连接，所述主动直齿轮与所述从动直齿轮配合，所述从动直齿轮与传动轴一端连接，带动所述传动轴同步旋转，所述传动轴另一端与所述圆盘摩擦离合器连接，所述圆盘摩擦离合器与所述T字型回转台的回转轴连接，实现所述驱动电机驱动所述T字型回转台回转摆动。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述锁定系统包括带水平滑槽的上连杆、下连杆、滑杆、挡块，所述曲轴与所述带水平滑槽的上连杆实现滑槽配合，所述带水平滑槽的上连杆与所述下连杆连接，所述下连杆与所述滑杆连接，带动所述滑杆水平轴向滑动，所述滑杆水平滑动的安装在机架上，所述挡块固定安装在所述滑杆上，实现所述驱动电机驱动所述挡块水平滑动，限制所述T字型回转台摆动。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述竖直滑台上安装的方型试件的试验面倾斜向上，T字型回转台安装的方型试件的试验面倾斜向下，试验时两个方型试件的接触面倾斜相对接触。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明的低频重载冲击滑动摩擦磨损试验装置，通过所述试验台、装夹系统、液压系统、传动系统、锁定系统及传感器系统，能够利用液压系统加载调节冲击力及滑动摩擦阶段的压力，传动系统控制低频重载冲击滑动的连续进行及试验台受冲击前的固定自锁，通过传感器系统记录试件受冲击滑动的力学参数，结合对试件摩擦磨损状态的相关表征，可以模拟材料在不同参数低频重载工作状况下的冲击滑动摩擦磨损过程。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图；
图2为装夹系统的结构示意图；
图3为液压系统安装固定在竖直滑座上，与竖直滑台连接的结构示意图；
图4为装夹系统固定安装在竖直滑台上的左视图；
图5为回转台、机架、传动系统、锁定系统、扭矩传感器安装连接的结构示意图；
图6为扭矩传感器、传动系统，及其与锁定系统连接安装的后视图；
图7为装夹系统、冲击力传感器固定安装在T字型回转台上的局部剖视图；
图8为机架安装的结构示意图；
其中，1、方型试件，2、定位座，3、螺纹压块，4、螺母，5、加载液压缸，6、竖直滑座，7、竖直滑台，8、机架，9、T字型回转台，10、扭矩传感器，11、圆盘摩擦离合器，12、传动轴，13、从动直齿轮，14、主动直齿轮，15、上连杆，16、下连杆，17、滑杆，18、挡块，19、驱动电机，20、安装后盖，21、固定卡盘，22、冲击力传感器，23、深沟球轴承，24、法兰盖，25、固定螺钉，26、曲轴。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1所示，一种低频重载冲击滑动摩擦磨损试验装置，包括试验台、装夹系统、液压系统、传动系统、锁定系统及传感器系统。
其中，试验台包括机架8、竖直滑台7、竖直滑座6、T字型回转台9。竖直滑台7在液压系统作用下上下滑动的安装在所述竖直滑座6中，液压系统可选用加载液压缸5，如图3与图4所示，加载液压缸5竖直方向固定安装在竖直滑座6的底座上，竖直滑台7在竖直滑座6的滑槽中竖直滑动。装夹系统包括定位座2、螺母4以及螺纹压块3，如图2所示，方型试件1安装在定位座2上，通过螺母4与螺纹压块3进行螺纹配合，实现对方型试件的装夹固定。固定卡盘21固定安装在竖直滑台7上，将图2中所示的装夹装置装入卡盘中夹紧，如图4所示，方型试件1安装方向为倾斜向上，加载液压缸5的输出端连接竖直滑台下端，通过控制液压系统，加载液压缸5可带动竖直滑台7上下运动，并向方型试件1传递向上的冲击力，及滑动过程中的压力。
T字型回转台9在传动系统控制下通过回转轴可回转摆动的安装在所述机架8上，机架8上还安装有锁定T字型回转台9的锁定系统；具体的，
如图5所示，T字型回转台9上的转动轴安装在机架8上，一端通过安装在机架8上的轴承23支承，一端与摩擦式离合器11连接，摩擦式离合器11另一端是传动轴12，传动轴12通过轴承23支承，使T字型回转台9可以绕轴摆动，传动轴12另一端与从动直齿轮13连接，从动直齿轮13与主动直齿轮14机械配合，实现带动回转台9向后向下摆动，当摩擦式离合器11分离，T字型回转台9保持在竖直位置，扭矩传感器10安装在回转台9上的转动轴上。
如图5和图6所示，主动直齿轮14由曲轴26带动旋转，曲轴26上安装有一带滑槽的上连杆15，曲轴中段与上连杆通过滑槽配合，曲轴26另一端连接驱动电机19传递动力。带滑槽的上连杆15与下连杆16连接，上连杆15的滑槽保持水平，下连杆16与滑杆17连接，滑杆17安装在机架8上，通过轴承23支承，实现从驱动电机19传递动力给滑杆17，使其水平滑动。当曲轴26向下旋转时，带滑槽上连杆15竖直向下运动，带动下连杆16和滑杆17，滑杆17向左运动，反之，滑杆17向右运动。挡块18固定安装在滑杆17上，随滑杆17运动，可以阻挡T字型回转台9运动，起到锁定作用。
如图7所示，装夹装置安装在T字型回转台9上，通过固定卡盘21固定，安装方向为倾斜向下，使两试件1表面平行，冲击力传感器22固定安装在装夹装置后端通过安装后盖20固定在回转台9上。其中可以将定位座2后端的连接部分做成台阶轴状态，台阶轴的变径位置做成锥面实现过渡，台阶轴前段小径位置为锥面，台阶轴后段大径位置为圆柱面，圆柱面与回转台9上的开孔滑动连接，固定卡盘21内孔末端为与台阶轴的变径位置的锥面配合的锥孔，固定卡盘21内孔前段为圆孔且与台阶轴前段小径的锥面不接触，如此结构设置保证定位座2可以向后移动将冲击力传递至冲击力传感器22上。
如图8所示，轴承23安装在机架8上，通过法兰盘24固定，用紧定螺钉25固定安装在机架8上。
本发明的工作原理是：将装夹装置分别安装在竖直滑台7与回转台9上，用卡盘21固定，首先，驱动电机19带动回转台9向下旋转，同时带动曲轴26旋转，带动滑杆17上挡块18向左移动，当回转台9转动到竖直位置不再向前旋转，离合器11分离，驱动电机19继续运动，挡块18继续移动，挡块18斜面与回转台9下端的斜面机械配合，完成锁定，驱动电机19停止运动。加载液压缸5对滑台7施加载荷，使其向上运动，两试样发生碰撞，冲击力传感器22测量冲击力的水平分力。驱动电机19带动曲轴26向上旋转，挡块18向右移动，离开锁定位置。圆盘摩擦离合器11闭合，驱动电机19带动回转台9向后旋转，加载液压缸5继续向上施加载荷，试件表面发生滑动摩擦，扭矩传感器10记录回转过程中的扭矩参数。当两试件远离后，加载液压缸5带动竖直滑台向下运动，驱动电机19驱动回转台回转至远离位置后，反转旋转方向，循环上述过程。设加载液压缸5对竖直滑台7上的方型试件1施加一恒定载荷F，发生面接触时，上试件表面承受法向力
Figure BDA0002740015320000061
电动机功率为P，转速为n，扭矩传感器测得扭矩为T，可通过公式：
Figure BDA0002740015320000062
计算得到试件表面滑动摩擦系数μ。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种低频重载冲击滑动摩擦磨损试验装置，其特征在于：包括试验台、装夹系统、液压系统、传动系统、锁定系统及传感器系统；
所述试验台包括机架(8)、竖直滑台(7)、竖直滑座(6)、T字型回转台(9)，所述竖直滑台(7)在液压系统作用下上下滑动的安装在所述竖直滑座(6)中，所述T字型回转台(9)在传动系统控制下通过回转轴可回转摆动的安装在所述机架(8)上，所述机架(8)上还安装有锁定T字型回转台(9)的锁定系统；竖直滑台(7)和T字型回转台(9)上分别通过装夹系统固定夹持方型试件(1)，试验时两个方型试件(1)的接触面倾斜相对；
所述传感器系统包括冲击力传感器(22)和扭矩传感器(10)，所述冲击力传感器(22)安装在所述T字型回转台(9)上的装夹系统后端，用于采集装夹系统所受的冲击力；所述扭矩传感器(10)安装在所述T字型回转台(9)的回转轴上，用于采集回转轴所受扭矩；
所述液压系统为轴向液压加载，液压系统竖直安装在所述竖直滑座(6)下方，所述液压系统的输出端与所述竖直滑台(7)下端连接，用于驱动所述方型试件(1)竖直往复滑动；
所述传动系统包括驱动电机(19)、主动直齿轮(14)、从动直齿轮(13)、传动轴(12)、曲轴(26)、圆盘摩擦离合器(11)，所述驱动电机(19)固定安装在所述机架(8)上并与曲轴(26)连接，所述曲轴(26)另一端与所述主动直齿轮(14)连接，所述主动直齿轮(14)与所述从动直齿轮(13)配合，所述从动直齿轮(13)与传动轴(12)一端连接，带动所述传动轴(12)同步旋转，所述传动轴(12)另一端与所述圆盘摩擦离合器(11)连接，所述圆盘摩擦离合器(11)与所述T字型回转台(9)的回转轴连接，实现所述驱动电机(19)驱动所述T字型回转台(9)回转摆动；
所述锁定系统包括带水平滑槽的上连杆(15)、下连杆(16)、滑杆(17)、挡块(18)，所述曲轴(26)与所述带水平滑槽的上连杆(15)实现滑槽配合，所述带水平滑槽的上连杆(15)与所述下连杆(16)连接，所述下连杆(16)与所述滑杆(17)连接，带动所述滑杆(17)水平轴向滑动，所述滑杆(17)水平滑动的安装在机架(8)上，所述挡块(18)固定安装在所述滑杆(17)上，实现所述驱动电机(19)驱动所述挡块(18)水平滑动，限制所述T字型回转台(9)摆动；
所述竖直滑台(7)上安装的方型试件(1)的试验面倾斜向上，T字型回转台(9)安装的方型试件(1)的试验面倾斜向下，试验时两个方型试件(1)的接触面倾斜相对接触。
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