CN113176163A - 一种静接触构件高低温表面微磨动试验机 - Google Patents
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Abstract
一种静接触构件高低温表面微磨动试验机，包括运动加载系统、测力系统、长轴式装夹装置、高低温环境系统和机身；试样通过长轴式装夹装置进行装夹，长轴式装夹装置通过测力系统和运动加载系统连接，运动加载系统连接在机身上，试样的旁边设有高低温环境系统；本发明通过高低温环境系统分别提供低温和高温环境，通过装夹装置安装固定上、下试样并将其置于高、低温环境中，利用运动加载系统提供加载力和下试样的微量滑动，从而实现静接触构件在高温、室温、低温环境和大作用载荷下的表面微磨动行为测试，具有精度高、可重复性强、调整方便的优点。
Description
技术领域
本发明属于微磨动技术领域，具体涉及一种静接触构件高低温表面微磨动试验机。
背景技术
航空航天、汽车工业和生物医疗等行业的各种密封件、紧固件、压紧件、人工关节、矫正装置等都普遍存在因变形、振动等复杂因素导致静接触构件接触表面发生极小幅度的相对往复运动，造成构件磨损、疲劳破坏，甚至设备的报废，基于这种微磨动行为的存在及重要影响，对其开展检测试验揭示相关构件表面微磨动机理便成为设计、提高静接触构件及整体设备可靠性和安全性的重要技术手段。
现有微磨动试验大多用来模拟常温工作装备或温度变化范围小的生物医疗等领域所涉及的微动磨损，常借助传统的摩擦磨损试验机完成，其常采用液压、气压、滑台模组等动力加载机构给试样施加载荷，通过传感器测试法向加载力及切向摩擦力，并通过接触或非接触式测量试样磨损量，从而确定试样的摩擦磨损行为。该类型试验机适用范围广，可实现点、线及面接触形式的单向滑动式、往复滑动式、滚动式、滚滑式摩擦过程，测定摩擦及磨损行为，且测试精度高、可重复性强，已形成专业的生产线。
而当涉及到类似航天发动机用金属型密封圈的微磨动行为检测时，试验机需能够达到极低温度(-196℃)和高温温度、提供较大载荷、提供上、下试样间的微量相对滑动。但是传统摩擦磨损试验机存在所提供温度区间单一或范围较窄的局限，很难达到或同时满足极低和较高的温度的问题；加之现有试验机存在在高、低温环境下的加载能力普遍较小的问题；且现有试验机所需制备试样几何尺寸不能满足模拟金属型密封圈与法兰间接触情况的问题。因此现有试验机尚不能充分满足从极低温度到高温的温度变化区间且大作用载荷的微磨动行为分析工作的需求。
发明内容
为了克服上述现有装置的缺点，本发明的目的在于提供一种静接触构件高低温表面微磨动试验机，实现静接触构件在高温、室温、低温环境和大作用载荷下的表面微磨动行为测试，具有精度高、可重复性强、调整方便的优点。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种静接触构件高低温表面微磨动试验机，包括运动加载系统、测力系统、长轴式装夹装置、高低温环境系统和机身24；试样通过长轴式装夹装置进行装夹，长轴式装夹装置通过测力系统和运动加载系统连接，运动加载系统连接在机身24上，试样的旁边设有高低温环境系统。
所述的运动加载系统包括电动缸1，电动缸1安装在机身24上梁，电动缸1通过第一连接板2与测力系统连接，测力系统依次与第一隔热板6和第一防移块7连接，第一防移块7与长轴式装夹装置上端连接；长轴式装夹装置下端与第二防移块12连接，第二防移块12下方依次设有第三连接板13、第二隔热板14、滑台模组15，滑台模组15依次连接第二隔热板14、第三连接板13和第二防移块12，滑台模组15安装在机身24的下平面上。
所述的测力系统包括传感器3，传感器3安装端与第一连接板2固定连接，传感器3受力元件端依次连接第二连接板4、板簧缓冲装置5，板簧缓冲装置5下侧连接第一隔热板6。
通过传感器3将力反馈至运动加载系统的电动缸1能够实现力控制式和位移控制式的加载方式。
所述的长轴式装夹装置包括上压杆10、下压杆11；上压杆上端10-I与第一防移块7连接，上压杆上端10-I开有水冷通道插入水冷嘴9；上压杆下端10-II安装上试样29；下压杆上端11-I安装下试样30，下压杆下端11-II依次与第二防移块12、第三连接板13、第二隔热板14和滑台模组15连接。
所述的高低温环境系统包括液氮制冷低温环境箱16，液氮制冷低温环境箱16安装在导轨架19上，液氮制冷低温环境箱16前方设有箱门18，液氮制冷低温环境箱16上方设有第一滑块17，液氮制冷低温环境箱16下方设有第二滑块32，第一滑块17、第二滑块32分别开合液氮制冷低温环境箱16的堂口；液氮制冷低温环境箱16侧面设有控制面板26，控制面板26调控液氮制冷低温环境箱16的温度；
机身24上的立柱23通过铰链机构22连接有管式加热炉20，管式加热炉20横向插入热电偶27，管式加热炉20下方设有第三滑块21，第三滑块21控制管式加热炉20的下炉口尺寸。
所述的滑台模组15通过伺服电机驱动的滚珠丝杠螺母副构成，滑台模组15上安装有定位板33，当滑台25运动至上压杆10和下压杆11同轴时定位板33与刻痕34重合。
本发明的有益效果为：
本发明采用长轴式装夹装置将试样置于液氮制冷式低温环境箱或管式加热炉内的模式与现有装置相比，可在一台装置上不仅实现常温环境，还可实现极低温度和较高温度环境，满足极低工作温度到高温工作温度的复刻，弥补现有测试条件的不足；
通过长轴装夹装置、隔热板以及水冷循环将传感器和滑台模组与高、低温环境区隔离，从而保护了本发明试验装置，保证了试验装置的精度和可信度；
通过传感器3将力反馈至运动加载系统的电动缸1可实现力控制式和位移控制式的加载方式，更好满足了微磨动试验的不同需求；
通过伺服电机驱动的滚珠丝杠螺母副构成的滑台模组15上的定位板33确定上、下试样的初始位置，保证上、下试样试验时的相对运动特征，更能真实反映实际密封唇与法兰间的相互挤压滑动过程；
液氮制冷式低温环境箱和管式加热炉的滑块可调节堂口和炉口的尺寸，进而可调控上、下试样间的相对位移量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明运动加载系统、长轴式装夹装置的结构示意图。
图3为本发明上压杆的结构示意图。
图4为本发明下压杆的结构示意图。
图5为本发明液氮制冷低温环境箱的结构示意图。
图6为本发明管式加热炉的结构示意图。
图7为本发明滑台模组的结构示意图。
图8为本发明在低温试验时的示意图。
图9为本发明在高温试验时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。
参照图1，一种静接触构件高低温表面微磨动试验机，包括运动加载系统、测力系统、长轴式装夹装置、高低温环境系统和机身24；试样通过长轴式装夹装置进行装夹，长轴式装夹装置通过测力系统和运动加载系统连接，运动加载系统连接在机身24上，试样的旁边设有高低温环境系统。
参照图1和图2，所述的运动加载系统包括电动缸1，电动缸1安装在机身24上梁，电动缸1通过第一连接板2与测力系统连接，测力系统通过通孔和螺纹依次与第一隔热板6和第一防移块7连接，第一防移块7通过第一定位销28与长轴式装夹装置上端连接，并通过锁紧螺母8消除第一防移块7与长轴式装夹装置间的间隙；长轴式装夹装置下端通过螺纹与第二防移块12连接，第二防移块12下方依次设有第三连接板13、第二隔热板14、滑台模组15，滑台模组15通过通孔和螺纹依次连接第二隔热板14、第三连接板13和第二防移块12，滑台模组15安装在机身24的下平面上。
参照图2，所述的测力系统包括传感器3、第二连接板4和板簧缓冲装置5，传感器3安装端与第一连接板2通过螺纹固定，传感器3受力元件端依次连接第二连接板4、板簧缓冲装置5，板簧缓冲装置5下侧连接第一隔热板6。通过传感器3将力反馈至运动加载系统的电动缸1可实现力控制式和位移控制式的加载方式，更好满足了微磨动试验的不同需求。
参照图2、图3、图4，所述的长轴式装夹装置包括上压杆10、下压杆11；上压杆上端10-I通过第一定位销28与第一防移块7连接，上压杆上端10-I通过锁紧螺母8消除上压杆10与第一防移块7间的缝隙，且上压杆上端10-I开有水冷通道插入水冷嘴9；上压杆下端10-II通过中心螺纹孔安装上试样29，上压杆下端10-II通过第二定位销31保证上试样29的周向方位；下压杆上端11-I通过中心螺纹安装下试样30，下压杆下端11-II依次与第二防移块12、第三连接板13、第二隔热板14和滑台模组15连接。
参照图1、图5、图6，所述的高低温环境系统包括液氮制冷低温环境箱16，液氮制冷低温环境箱16安装在导轨架19上，可沿导轨架19滑动；液氮制冷低温环境箱16前方设有箱门18，液氮制冷低温环境箱16上方设有第一滑块17，液氮制冷低温环境箱16下方设有第二滑块32，第一滑块17、第二滑块32分别开合液氮制冷低温环境箱16的堂口；液氮制冷低温环境箱16侧面设有控制面板26，控制面板26调控液氮制冷低温环境箱16的温度；
机身24上的立柱23通过铰链机构22连接有管式加热炉20，管式加热炉20横向插入热电偶27，管式加热炉20下方设有第三滑块21，第三滑块21控制管式加热炉20的下炉口尺寸。
参照图7，所述的滑台模组15通过伺服电机驱动的滚珠丝杠螺母副构成，滑台模组15上安装有定位板33，当滑台25运动至上压杆10和下压杆11同轴时定位板33与刻痕34重合，被认为达到试验的初始位置。
本发明的工作原理：
先制备与预检测构件基体材料和镀层材料及表面纹理特征相似的上试样29和下试样30；通过上压杆10下端安装上试样29，第二定位销31周向定位，下压杆11上端安装下试样30；驱动滑台模组15的滑台25直线运动至定位板33与刻痕34重合后，即可保证上压杆10和下压杆11的同轴，作用液氮制冷低温环境箱16或管式加热炉20使其与上压杆10和下压杆11同轴后根据上试样29和下试样30的相对滑动量确定安装第一滑块17、第二滑块32或第三滑块21的位置，设定制冷或加热温度；当需高温试验时通过水冷嘴9通水冷却上压杆10；待达到设定温度后驱动电动缸1动作，传感器3实时反馈作用载荷，然后驱动滑台模组15的滑台25往复微量滑动；达到试验测试所需往复次数后，关闭滑台模组15和电缸1的动作，卸去滑块17、第二滑块32、第三滑块21后移出液氮制冷低温环境箱16或管式加热炉20。电缸1带动上试样29向上运动，卸下上试样29和下试样30，处理传感器3的数据，完成高、低温微磨动试验。
参照图8，实现极低温微磨动试验：将上试样29、下试样30分别安装在上压杆10下端、下压杆11上端，驱动滑台模组15的滑台25直线运动至定位板33与刻痕34重合后，卸去第一滑块17和第二滑块32，将液氮制冷低温环境箱16沿导轨架19滑动至其堂口与上压杆10和下压杆11同轴后安装第一滑块17，结合上试样29和下试样30的相对滑动量安装第二滑块32，操作箱门18关闭液氮制冷低温环境箱16，通过控制面板26设定制冷温度后持续向液氮制冷低温环境箱16中通入液氮实现试验所需极低温度；驱动电动缸1动作，传感器3实时反馈作用载荷，然后驱动滑台模组15的滑台25往复微量滑动；达到试验测试所需往复次数后，关闭滑台模组15和电缸1的动作，打开箱门18，卸去第一滑块17和第二滑块32后，沿导轨架19划出液氮制冷低温环境箱16；电缸1带动上试样29向上运动，卸下上试样29和下试样30，处理传感器3的数据，完成极低温微磨动试验。
参照图9，实现高温微磨动试验：将上试样29、下试样30分别安装在上压杆10下端、下压杆11上端，驱动滑台模组15的滑台25直线运动至定位板33与刻痕34重合，通过铰链机构22将管式加热炉20转至其炉口与上压杆10和下压杆11同轴后根据上试样29和下试样30的相对滑动量安装第三滑块21，设定加热温度后电阻加热，并通过保温隔热层保温实现试验所需高温环境；通过向水冷嘴9中持续通水降低上压杆10的温度，驱动电动缸1动作，传感器3实时反馈作用载荷，然后驱动滑台模组15的滑台25往复微量滑动；达到试验测试所需往复次数后，关闭滑台模组15和电缸1的动作，卸去第三滑块21，打开管式加热炉20，通过铰链机构22将管式加热炉20移出试验区；电缸1带动上试样29向上运动，卸下上试样29和下试样30，处理传感器3的数据，完成高温微磨动试验。
参照图1，实现常温微磨动试验：将上试样29、下试样30分别安装在上压杆10下端、下压杆11上端，驱动滑台模组15的滑台25直线运动至定位板33与刻痕34重合；驱动电动缸1动作，传感器3实时反馈作用载荷，然后驱动滑台模组15的滑台25往复微量滑动；达到试验测试所需往复次数后，关闭滑台模组15和电缸1的动作；电缸1带动上试样29向上运动，卸下上试样29和下试样30，处理传感器3的数据，完成常温微磨动试验。
Claims (7)
1.一种静接触构件高低温表面微磨动试验机，其特征在于：包括运动加载系统、测力系统、长轴式装夹装置、高低温环境系统和机身(24)；试样通过长轴式装夹装置进行装夹，长轴式装夹装置通过测力系统和运动加载系统连接，运动加载系统连接在机身(24)上，试样的旁边设有高低温环境系统。
2.根据权利要求1所述的一种静接触构件高低温表面微磨动试验机，其特征在于：所述的运动加载系统包括电动缸(1)，电动缸(1)安装在机身(24)上梁，电动缸(1)通过第一连接板(2)与测力系统连接，测力系统依次与第一隔热板(6)和第一防移块(7)连接，第一防移块(7)与长轴式装夹装置上端连接；长轴式装夹装置下端与第二防移块(12)连接，第二防移块(12)下方依次设有第三连接板(13)、第二隔热板(14)、滑台模组(15)，滑台模组(15)依次连接第二隔热板(14)、第三连接板(13)和第二防移块(12)，滑台模组(15)安装在机身(24)的下平面上。
3.根据权利要求2所述的一种静接触构件高低温表面微磨动试验机，其特征在于：所述的测力系统包括传感器(3)，传感器(3)安装端与第一连接板(2)固定连接，传感器(3)受力元件端依次连接第二连接板(4)、板簧缓冲装置(5)，板簧缓冲装置(5)下侧连接第一隔热板(6)。
4.根据权利要求3所述的一种静接触构件高低温表面微磨动试验机，其特征在于：通过传感器(3)将力反馈至运动加载系统的电动缸(1)能够实现力控制式和位移控制式的加载方式。
5.根据权利要求2所述的一种静接触构件高低温表面微磨动试验机，其特征在于：所述的长轴式装夹装置包括上压杆(10)、下压杆(11)；上压杆上端(10-I)与第一防移块(7)连接，上压杆上端(10-I)开有水冷通道插入水冷嘴(9)；上压杆下端(10-II)安装上试样(29)；下压杆上端(11-I)安装下试样(30)，下压杆下端(11-II)依次与第二防移块(12)、第三连接板(13)、第二隔热板(14)和滑台模组(15)连接。
6.根据权利要求2所述的一种静接触构件高低温表面微磨动试验机，其特征在于：所述的高低温环境系统包括液氮制冷低温环境箱(16)，液氮制冷低温环境箱(16)安装在导轨架(19)上，液氮制冷低温环境箱(16)前方设有箱门(18)，液氮制冷低温环境箱(16)上方设有第一滑块(17)，液氮制冷低温环境箱(16)下方设有第二滑块(32)，第一滑块(17)、第二滑块(32)分别开合液氮制冷低温环境箱(16)的堂口；液氮制冷低温环境箱(16)侧面设有控制面板(26)，控制面板(26)调控液氮制冷低温环境箱(16)的温度；
机身(24)上的立柱(23)通过铰链机构(22)连接有管式加热炉(20)，管式加热炉(20)横向插入热电偶(27)，管式加热炉(20)下方设有第三滑块(21)，第三滑块(21)控制管式加热炉(20)的下炉口尺寸。
7.根据权利要求5所述的一种静接触构件高低温表面微磨动试验机，其特征在于：所述的滑台模组(15)通过伺服电机驱动的滚珠丝杠螺母副构成，滑台模组(15)上安装有定位板(33)，当滑台(25)运动至上压杆(10)和下压杆(11)同轴时定位板(33)与刻痕(34)重合。
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- 2021-04-19 CN CN202110416054.6A patent/CN113176163A/zh active Pending
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