CN113008779A - 摩擦试验装置及摩擦试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦试验装置，涉及试验设备技术领域，包括模拟平台、驱动元件和测试组件，模拟平台能够在驱动元件的带动下运动，且模拟平台的上端面为工作表面，测试组件的下端用于连接摩擦件，且摩擦件用于接触工作表面，测试组件包括三维力传感器、施力调节元件和角度调节元件，施力调节元件用于调节摩擦件施加到工作表面上的压力，角度调节元件用于调整摩擦件的安装角度，三维力传感器安装在摩擦件上，并用于测量摩擦件受到的正压力、摩擦力和侧向力。还提供一种摩擦试验方法，使用摩擦试验装置，该摩擦试验装置及摩擦试验方法能够有效对滑橇等摩擦材料进行摩擦试验，且保证试验效果。

Description

摩擦试验装置及摩擦试验方法

技术领域

本发明涉及试验设备技术领域，具体是涉及一种摩擦试验装置。

背景技术

机械设备中零部件的摩擦磨损性能是由材料、工作参数、接触几何和环境条件等因素决定的，因此，研究零部件的摩擦磨损性能，需要根据使用场合的情况设计试验并选择适当的试验机和评价参数。

例如，滑橇式起降装置主要应用于空间紧凑的高超声速飞行器，通过滑橇与道面的摩擦进行减速动作，相比于轮式起降装置，滑橇式起降装置结构简单、占据空间小，但也存在着陆工况恶劣、滑跑方向稳定性差等缺点。为了研究滑橇式起降装置的地面滑跑特性并增强其方向稳定性，首先要研究滑橇等摩擦材料在地面滑跑工况下的摩擦性能。虽然，一般性的摩擦试验机已倾向标准化，但随着摩擦学的工业应用越来越广泛，摩擦试验的模拟性设计仍是评价在特定工况下材料摩擦磨损的重要途径。一般性的摩擦试验机存在试验工况单一、尺寸小、载荷轻、适用材料少、仅能测量一个方向的摩擦力等缺陷。所以，需要针对滑橇起降装置设计一种模拟地面滑跑工况的多维度摩擦试验装置并研究其试验方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种摩擦试验装置及摩擦试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够有效对滑橇等摩擦材料进行摩擦试验，且保证试验效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种摩擦试验装置，包括模拟平台、驱动元件和测试组件，所述模拟平台能够在所述驱动元件的带动下运动，且所述模拟平台的上端面为工作表面，所述测试组件的下端用于连接摩擦件，且所述摩擦件用于接触所述工作表面，所述测试组件包括三维力传感器、施力调节元件和角度调节元件，所述施力调节元件用于调节所述摩擦件施加到所述工作表面上的压力，所述角度调节元件用于调整所述摩擦件的安装角度，所述三维力传感器安装在所述摩擦件上，并用于测量所述摩擦件受到的正压力、摩擦力和侧向力。

优选地，所述模拟平台包括底盘、轴承和工作台，所述底盘用于固定在地面上，且所述工作台位于所述底盘上端，所述底盘和所述工作台之间通过所述轴承转动连接，所述工作台的上端面为所述工作表面，且所述驱动元件与所述工作台的中心轴固定连接，并能够带动所述工作台转动。

优选地，所述工作台包括转盘和混凝土涂层，所述转盘的中心与所述驱动元件的输出轴固定连接，且所述混凝土涂层固定于所述转盘的上端面，所述混凝土涂层形成所述工作表面，所述驱动元件能够带动所述转盘转动，并使所述混凝土涂层与所述摩擦件摩擦。

优选地，所述驱动元件为电机，且所述驱动元件通过一电机支架固定在所述模拟平台的上方，所述电机支架的下端用于固定在地面上，所述驱动元件固定在所述电机支架的上端，且所述驱动元件的输出轴穿过所述电机支架并与所述模拟平台转动连接。

优选地，所述电机支架上还固定一转速传感器，所述转速传感器用于测量所述模拟平台的转速。

优选地，还包括安装支架，所述安装支架的下端用于固定在地面上，所述施力调节元件的上端固定在所述安装支架上，所述角度调节元件包括连接件和中支承，所述连接件的上端转动安装在所述施力调节元件下端，所述中支承的一端可拆卸固定在所述安装支架上，且所述中支承能够固定在所述安装支架上的不同高度，所述中支承的另一端设有安装孔，所述安装孔的侧壁周向开设有多个通孔，所述连接件的下端穿过所述安装孔并与所述三维力传感器的上端固定连接，所述连接件的外壁上设有限位孔，通过销连接所述限位孔和不同的所述通孔，实现所述摩擦件角度的调节，所述三维力传感器的下端用于与所述摩擦件可拆卸连接，所述安装支架上还固定一测温元件，所述测温元件用于测量所述摩擦件的表面温度。

优选地，所述施力调节元件为液压作动筒，所述测温元件为红外温度传感器。

优选地，所述摩擦件为摩擦材料板时，所述三维力传感器下端固定连接有安装板，所述安装板上远离所述三维力传感器的一侧固定连接有隔热板，所述隔热板上远离所述安装板的一侧用于固定连接所述摩擦材料板，热电偶固定在所述安装板上，且所述热电偶的测试端穿入所述摩擦材料板并用于测量所述摩擦材料板的内部温度。

优选地，所述摩擦件为滑橇时，所述三维力传感器下端固定连接有滑橇安装板，且所述滑橇安装板的下端设有滑橇安装孔，所述滑橇上端设有安装凸起，所述安装凸起上开设有连接孔，通过螺栓依次穿过所述连接孔和所述滑橇安装孔并拧紧实现所述滑橇和所述滑橇安装板的固定连接。

本发明还提供了一种摩擦试验方法，使用上述技术方案中任一项所述的摩擦试验装置，包括以下步骤：

S1：调节所述施力调节元件，使所述摩擦件高于所述工作表面；

S2：开启驱动元件，当模拟平台加速到在指定速度匀速转动时关闭驱动元件，实时记录所述三维力传感器的各项数据；

S3：调节所述施力调节元件，使所述摩擦件的下表面接触所述工作表面，并使所述摩擦件受到的正压力达到指定值，待所述模拟平台减速至停止转动，调节所述施力调节元件，使所述摩擦件不与所述工作表面接触，实时记录所述三维力传感器的各项数据；

S4：待所述摩擦件冷却至室温，通过调整所述模拟平台的转速、所述施力调节元件施加的正压力、所述摩擦件的偏角或更换所述摩擦件，再重复步骤S2-S3，进行不同工况的试验。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的摩擦试验装置，模拟平台能够在驱动元件的带动下运动，从而使得摩擦件和模拟平台之间产生摩擦力，进而保证摩擦试验的进行，施力调节元件用于调节摩擦件施加到工作表面上的压力，从而模拟不同压力工况，角度调节元件用于调整摩擦件的安装角度，模拟不同角度工况，提高试验结构的可靠性，三维力传感器安装在摩擦件上，并用于测量摩擦件受到的正压力、摩擦力和侧向力，全面研究摩擦件的摩擦特性，保证试验效果，当用于研究滑橇滑跑过程时，能够为增强滑橇滑跑稳定性提供理论基础。

本发明提供的摩擦试验方法，使用摩擦试验装置，使摩擦件的下表面接触工作表面，并使摩擦件受到的正压力达到指定值，待模拟平台减速至停止转动，调节施力调节元件，使摩擦件不与工作表面接触，实时记录三维力传感器的各项数据，以实时测量摩擦件受到的正压力、摩擦力和侧向力，全面研究摩擦特性；待摩擦件冷却至室温，通过调整模拟平台的转速、施力调节元件施加的正压力、摩擦件的偏角或更换摩擦件，再重复上述步骤，进行不同工况的试验，以保证试验结果的可靠性。

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是实施例一提供的摩擦试验装置的结构示意图；

图2是实施例一提供的摩擦试验装置中驱动元件和模拟平台连接的剖视图；

图3实施例一提供的摩擦试验装置中摩擦件为摩擦材料板时的结构示意图；

图4实施例一提供的摩擦试验装置中摩擦件为滑橇时的结构示意图；

图中：100-摩擦试验装置，1-模拟平台，11-底盘，12-轴承，13-转盘，14-混凝土涂层，2-驱动元件，21-转轴，22-联轴器，3-测试组件，31-安装支架，32-施力调节元件，33-连接件，34-三维力传感器，35-摩擦件，36-中支承，4-测温元件，5-电机支架，6-转速传感器，71-安装板，72-隔热板，73-热电偶，74-摩擦材料板，81-滑橇安装板，82-滑橇。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

本发明的目的是提供一种摩擦试验装置及摩擦试验方法，以解决现有摩擦试验的试验工况单一、试验结果可靠性低的技术问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-图2所示，本实施例提供一种摩擦试验装置100，主要用于对滑橇起降装置进行多维度多工况干滑动摩擦试验，以模拟地面滑跑工况，并全面研究滑橇装置在滑跑过程中的摩擦性能，为增强滑橇装置滑跑稳定性提供理论基础，包括模拟平台1、驱动元件2和测试组件3，模拟平台1能够在驱动元件2的带动下运动，且模拟平台1的上端面为工作表面，测试组件3上包括三维力传感器34、施力调节元件32和角度调节元件，测试组件3的下端用于连接摩擦件35，摩擦件35用于接触工作表面，从而使得摩擦件35和模拟平台1之间产生摩擦力，进而保证摩擦试验的进行，施力调节元件32用于调节摩擦件35施加到工作表面上的压力，从而模拟不同压力工况，角度调节元件用于调整摩擦件35的安装角度，模拟不同角度工况，提高试验结构的可靠性，三维力传感器34安装在摩擦件35上，并用于测量摩擦件35受到的正压力、摩擦力和侧向力，全面研究摩擦件35的摩擦特性，保证试验效果。

具体地，模拟平台1包括底盘11、轴承12和工作台，底盘11用于固定在地面上，以提高试验过程中，整个装置的稳定性，且工作台位于底盘11上端，底盘11和工作台之间通过轴承12转动连接，使得底盘11的固定不会影响工作台的转动，同时，底盘11位置固定还能够保证工作台转动过程中的稳定性，工作台的上端面为工作表面，且驱动元件2与工作台的中心轴固定连接，并能够带动工作台转动，更优的，轴承12为推力球轴承，承受工作台的轴向载荷，驱动元件2的输出轴与一转轴21通过联轴器22连接，且转轴21依次穿过工作台和底盘11，底盘11的中心开设有孔，孔内固定一轴承支座，轴承支座内转动连接一深沟球轴承，转轴21伸入至深沟球轴承内，并与深沟球轴承连接，驱动元件2、转轴21和工作台通过键传动。

工作台包括转盘13和混凝土涂层14，转盘13的中心与驱动元件2的输出轴固定连接，且驱动元件2的输出轴和转盘13同轴设置，混凝土涂层14固定于转盘13的上端面，混凝土涂层14形成工作表面，模拟一般机场的跑道，驱动元件2能够带动转盘13转动，并使混凝土涂层14与摩擦件35摩擦，以间接延长摩擦距离，保证足够的摩擦试验长度。

驱动元件2为电机，且驱动元件2通过一电机支架5固定在模拟平台1的上方，电机支架5的下端用于固定在地面上，驱动元件2固定在电机支架5的上端，且驱动元件2的输出轴穿过电机支架5并与模拟平台1转动连接，更优的，电机支架5包括两个相对的“门”型框架，两个“门”型框架之间通过横杆固定连接，以将两个“门”型框架连接成一个整体，且电机的外壳固定在两个“门”型框架的上端，电机的输出轴从两个“门”型框架之间穿过。

电机支架5上还固定一转速传感器6，转速传感器6用于测量模拟平台1的转速，且转速传感器6位于转盘13上方且对准转盘13内圈，以检测转盘13的转速。

本实施例提供的摩擦试验装置100还包括安装支架31，安装支架31用于固定测试组件3，且安装支架31的下端用于固定在地面上，更优的，安装支架31包括底座、主支柱和工字梁，底座固定在地面上，且主支柱的下端固定在底座上端，工字梁和主支柱垂直，且主支柱的上端固定在工字梁下底面的一端，施力调节元件32的上端固定在工字梁下底面上远离主支柱的一端，工字梁承受垂向载荷，角度调节元件包括连接件33和中支承36，连接件33的上端转动安装在施力调节元件32下端，中支承36的一端可拆卸固定在安装支架31上，且中支承36能够固定在安装支架31上的不同高度，中支承36承受水平方向的载荷，更优的，安装支架31上对应中支承36的位置开设有螺纹孔，通过螺栓将中支承36固定在安装支架31上，中支承36的另一端设有安装孔，安装孔的侧壁周向开设有多个通孔，连接件33的下端穿过安装孔并与三维力传感器34的上端固定连接，连接件33的外壁上设有限位孔，通过销连接限位孔和不同的通孔，改变摩擦件35的安装角度，实现摩擦件35角度的调节，从而改变摩擦件35模拟滑跑过程中的偏航角，以在多种工况下进行试验，提高试验结果的准确性，限位孔为长条孔，能够适应液压作动筒对摩擦件35的调节，使连接件33能够沿安装孔的轴向往复移动并固定在中支承36上，三维力传感器34的下端用于与摩擦件35可拆卸连接，以便于更换不同的摩擦件35，并进行摩擦试验，安装支架31上还固定一测温元件4，以获得摩擦过程中，摩擦件35的表面温度，更好的研究摩擦过程。

施力调节元件32为液压作动筒，测温元件4为红外温度传感器。

如图3所示，摩擦件35为摩擦材料板74时，三维力传感器34下端固定连接有安装板71，安装板71上远离三维力传感器34的一端固定连接有隔热板72，隔热板72上远离安装板71的一侧用于固定连接摩擦材料板74，使得隔热板72位于安装板71和摩擦材料板74之间，防止摩擦材料板74温度过高影响三维力传感器34读数，且安装板71、隔热板72和摩擦材料板74之间通过螺栓固定，热电偶73固定在安装板71上，且热电偶73的测试端穿入摩擦材料板74并用于测量摩擦材料板74的内部温度，配合红外温度传感器使用，能够同时得到摩擦件35表面和内部的温度，实现实时测温，更优的，摩擦材料板74包括橡胶基和树脂基等多种不同材料，用于研究不同材料的摩擦性能，并在摩擦材料板74的底部加工特定纹路，研究不同底面纹路对摩擦特性的影响。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：如图4所示，摩擦件35为滑橇82，能够用于滑橇82滑跑试验，三维力传感器34下端固定连接有滑橇安装板81，且滑橇安装板81的下端中部向远离三维力传感器34的方向凸出，并设有滑橇82安装孔，以方便与滑橇82连接，滑橇82上端设有安装凸起，安装凸起上开设有连接孔，通过螺栓依次穿过连接孔和滑橇82安装孔并拧紧实现滑橇82和滑橇安装板81的固定连接，以在转盘13转动时，通过滑橇82与混凝土涂层14的摩擦，使转盘13减速至停止，模拟滑橇起降装置在混凝土跑道上的滑跑过程。

当使用本发明提供的摩擦试验装置100进行摩擦试验时，包括以下步骤：

S1：调节施力调节元件32，使摩擦件35略高于工作表面，以避免摩擦件35和混凝土涂层14接触，影响试验前，转盘13转速的调节；

S2：开启驱动元件2，当模拟平台1加速到在指定速度匀速转动时，关闭驱动元件2，实时记录三维力传感器34、热电偶73和红外温度传感器等各项数据，以获得初始状态下的各项参数；

S3：调节施力调节元件32，使摩擦件35的下表面接触工作表面，以便实现摩擦件35在混凝土涂层14表面摩擦，并使摩擦件35受到的正压力达到指定值，混凝土涂层14由于与摩擦件35之间的摩擦阻力，逐渐减速至停止转动，调节施力调节元件32，使摩擦件35抬高至不与工作表面接触，实时记录三维力传感器34的各项数据；

S4：待摩擦件35冷却至室温，通过调整模拟平台1的转速、施力调节元件32施加的正压力、摩擦件35的偏角或更换摩擦件35，再重复步骤S2-S3，进行不同工况的试验，以获得不同工况下，摩擦件35的各项摩擦特性，提高试验结果的可靠性。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种摩擦试验装置，其特征在于：包括模拟平台、驱动元件和测试组件，所述模拟平台能够在所述驱动元件的带动下运动，且所述模拟平台的上端面为工作表面，所述测试组件的下端用于连接摩擦件，且所述摩擦件用于接触所述工作表面，所述测试组件包括三维力传感器、施力调节元件和角度调节元件，所述施力调节元件用于调节所述摩擦件施加到所述工作表面上的压力，所述角度调节元件用于调整所述摩擦件的安装角度，所述三维力传感器安装在所述摩擦件上，并用于测量所述摩擦件受到的正压力、摩擦力和侧向力。

2.根据权利要求1所述的摩擦试验装置，其特征在于：所述模拟平台包括底盘、轴承和工作台，所述底盘用于固定在地面上，且所述工作台位于所述底盘上端，所述底盘和所述工作台之间通过所述轴承转动连接，所述工作台的上端面为所述工作表面，且所述驱动元件与所述工作台的中心轴固定连接，并能够带动所述工作台转动。

3.根据权利要求2所述的摩擦试验装置，其特征在于：所述工作台包括转盘和混凝土涂层，所述转盘的中心与所述驱动元件的输出轴固定连接，且所述混凝土涂层固定于所述转盘的上端面，所述混凝土涂层形成所述工作表面，所述驱动元件能够带动所述转盘转动，并使所述混凝土涂层与所述摩擦件摩擦。

4.根据权利要求1所述的摩擦试验装置，其特征在于：所述驱动元件为电机，且所述驱动元件通过一电机支架固定在所述模拟平台的上方，所述电机支架的下端用于固定在地面上，所述驱动元件固定在所述电机支架的上端，且所述驱动元件的输出轴穿过所述电机支架并与所述模拟平台转动连接。

5.根据权利要求4所述的摩擦试验装置，其特征在于：所述电机支架上还固定一转速传感器，所述转速传感器用于测量所述模拟平台的转速。

6.根据权利要求1所述的摩擦试验装置，其特征在于：还包括安装支架，所述安装支架的下端用于固定在地面上，所述施力调节元件的上端固定在所述安装支架上，所述角度调节元件包括连接件和中支承，所述连接件的上端转动安装在所述施力调节元件下端，所述中支承的一端可拆卸固定在所述安装支架上，且所述中支承能够固定在所述安装支架上的不同高度，所述中支承的另一端设有安装孔，所述安装孔的侧壁周向开设有多个通孔，所述连接件的下端穿过所述安装孔并与所述三维力传感器的上端固定连接，所述连接件的外壁上设有限位孔，通过销连接所述限位孔和不同的所述通孔，实现所述摩擦件角度的调节，所述三维力传感器的下端用于与所述摩擦件可拆卸连接，所述安装支架上还固定一测温元件，所述测温元件用于测量所述摩擦件的表面温度。

7.根据权利要求6所述的摩擦试验装置，其特征在于：所述施力调节元件为液压作动筒，所述测温元件为红外温度传感器。

8.根据权利要求1所述的摩擦试验装置，其特征在于：所述摩擦件为摩擦材料板时，所述三维力传感器下端固定连接有安装板，所述安装板上远离所述三维力传感器的一侧固定连接有隔热板，所述隔热板上远离所述安装板的一侧用于固定连接所述摩擦材料板，热电偶固定在所述安装板上，且所述热电偶的测试端穿入所述摩擦材料板并用于测量所述摩擦材料板的内部温度。

9.根据权利要求1所述的摩擦试验装置，其特征在于：所述摩擦件为滑橇时，所述三维力传感器下端固定连接有滑橇安装板，且所述滑橇安装板的下端设有滑橇安装孔，所述滑橇上端设有安装凸起，所述安装凸起上开设有连接孔，通过螺栓依次穿过所述连接孔和所述滑橇安装孔并拧紧实现所述滑橇和所述滑橇安装板的固定连接。

10.一种摩擦试验方法，其特征在于：使用权利要求1-9任一项所述的摩擦试验装置，包括以下步骤：

S1：调节所述施力调节元件，使所述摩擦件高于所述工作表面；

S2：开启驱动元件，当模拟平台加速到在指定速度匀速转动时关闭驱动元件，实时记录所述三维力传感器的各项数据；

S3：调节所述施力调节元件，使所述摩擦件的下表面接触所述工作表面，并使所述摩擦件受到的正压力达到指定值，待所述模拟平台减速至停止转动，调节所述施力调节元件，使所述摩擦件不与所述工作表面接触，实时记录所述三维力传感器的各项数据；

S4：待所述摩擦件冷却至室温，通过调整所述模拟平台的转速、所述施力调节元件施加的正压力、所述摩擦件的偏角或更换所述摩擦件，再重复步骤S2-S3，进行不同工况的试验。

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