CN113376046B - 一种旋转往复摩擦磨损试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转往复摩擦磨损试验装置，其包括机架，机架上设置有升降机构，升降机构上设置有夹持试件的上夹具，上夹具与升降机构之间设置有称重传感器，上夹具的下方设置有试验台，试验台的上端安装有直线滑台模组，直线滑台模组上设置有驱动机构，驱动机构上设置有下夹具；下夹具设置在加热装置内，支架上设置有指向上夹具和下夹具之间的红外光发射器，红外光发射器、称重传感器和加热装置均与控制器电连接。本发明满足了大载荷和功能可扩展的需求，保证了旋转摩擦和直线往复摩擦的位置可以比较精确的调整，避免了手工调整带来的误差。

Description

一种旋转往复摩擦磨损试验装置

技术领域

本发明涉及摩擦磨损试验技术领域，具体涉及一种旋转往复摩擦磨损试验装置。

背景技术

处于工业社会的今天，摩擦无处不在。克服或者利用摩擦对我们节约资源利用资源具有重要意义。随着科技不断发展，摩擦试验机作为研究摩擦的一种媒介其种类、功能等都再不断的丰富。

现有的一些摩擦试验机存在功能比较单一，直线往复摩擦试验机只能作往复实验，旋转摩擦试验机只能做旋转摩擦实验。而配置不同的模块往往需要花费大量的金钱。也存在旋转摩擦试验机，但其在数据处理上仍然有些缺陷。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种可实现旋转摩擦和直线往复摩擦试验的试验装置。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种旋转往复摩擦磨损试验装置，其包括机架，机架上设置有升降机构，升降机构上设置有夹持试件的上夹具，上夹具与升降机构之间设置有称重传感器，上夹具的下方设置有试验台，试验台的上端安装有直线滑台模组，直线滑台模组上设置有驱动机构，驱动机构上设置有下夹具；称重传感器与控制器电连接。

进一步地，升降机构包括两根竖直的第一螺杆，第一螺杆的两端通过轴承座安装在外壳体内，其中一根第一螺杆的一端与升降电机的转轴连接，两根第一螺杆上均设置有同步带轮，两根第一螺杆之间通过同步带连接，同步带上设置有涨紧轮，两根第一螺杆上均螺纹连接有第一滑块，上夹具安装在加载台上，加载台的两端固定在第一滑块上，升降电机与控制器电连接。

进一步地，加载台的两端通过竖直的第一直线移动模组与第一滑块连接，第一直线移动模组与控制器电连接。

进一步地，上夹具包括上试样台，上试样台通过称重传感器与加载台连接，上试样台的下端通过水平的直线交叉滚子滑台与夹具台连接，且直线交叉滚子滑台的下端卡设在夹具台上端的卡槽内，夹具台的侧面通过摩擦力传感器与挡板连接，上试样台的侧面设置有竖直的第二直线移动模组，第二直线移动模组安装在测力固定板上；夹具台的下端设置有安装上试件的导向轴座，摩擦力传感器、直线交叉滚子滑台和第二直线移动模组均与控制器电连接。

进一步地，导向轴座的下端设置有延长杆。

进一步地，直线滑台模组包括水平的工作台，工作台的上端设置有安装台，且安装台与工作台之间通过导轨滑块机构连接，安装台的下端通过螺杆螺母驱动机构与遮光板连接，螺杆螺母驱动机构与导轨滑块机构平行，驱动机构安装在安装台上，安装台上设置有遮光板，工作台上设置有限位开关，遮光板与限位开关配合对导轨滑块机构进行限位。

进一步地，驱动机构为直线驱动机构，直线驱动机构与导轨滑块机构垂直，直线驱动机包括安装在安装台上的电机固定板，电机固定板的上端设置有电机板，电机板的上端设置有音圈电机和支撑块，音圈电机的端部固定在L形的推靠块上，音圈电机的转轴上设置有推块；

支撑块的上端设置有水平的滑轨，支撑块的上端设置有往复试验台，往复试验台的下端设置有滑槽，滑槽扣合在滑轨上滑动连接，推块的上端设置有L形的限位部，限位部与往复试验台的端部限位配合；支撑块的侧面设置有检测往复试样台位移的激光位移传感器，激光位移传感器和音圈电机均与控制器电连接。

进一步地，驱动机构为旋转驱动机构，旋转驱动机构包括转盘，转盘的下端通过交叉滚子轴承和安装在销盘座上，销盘座安装在安装台上；工作台上设置有通孔，转盘的下端通过驱动轴与联轴器连接，联轴器与旋转电机连接，转盘贯穿销盘座和工作台，且驱动轴通过角接触球轴承与销盘座连接，旋转电机安装在工作台的下端，旋转电机与控制器电连接。

进一步地，加热装置包括加热线圈，下夹具设置在加热线圈内，下夹具安装在夹具支撑柱上，夹具支撑柱安装在驱动机构上，加热线圈外设置有隔热罩，隔热罩安装在竖直的可调支架上，隔热罩上开设有供红外光发射器发射红外光的开口，加热线圈和红外光发射器与高频感应加热机电连接，加热线圈的下方设置有散热装置；夹具支撑柱的侧面设置有若干紫铜针柱散热片，夹具支撑柱与驱动机构之间设置有水冷散热板。

进一步地，加热罩内设置有水平的陶瓷纤维隔热板，且陶瓷纤维隔热板设置在加热线圈和散热装置之间。

本发明的有益效果为：本发明满足了大载荷和功能可扩展的需求，在装置中，两第一螺杆通过同步带实现运动同步，并且第一直线移动模组通过螺栓连接加载台，从而控制加载台的上下移动以及加载。水平方向位置调整由直线驱动机构驱动，安装台与螺杆螺母驱动机构连接，并通过导轨滑块机构与工作台连接，可进行水平位置的调整，保证了旋转摩擦和直线往复摩擦的位置可以比较精确的调整，避免了手工调整带来的误差。

摩擦力传感器的安装方向与直线往复运动的方向平行，直线交叉滚子滑台让上夹具可以自由的沿摩擦力方向移动，与摩擦力传感器的配合可确保摩擦力的准确性。本方案既能保证力的测量精度，又避免了使用价格高昂的两轴传感器。延长杆的作用是在高温实验中保护传感器及相关机构，导向轴座为下试样的夹具，可夹持轴类零件，或通过延长杆夹持小圆柱等试样。

红外光发射器可以检测设置的加热温度，与之相连的高频感应加热机即可加热试样。通过专门设计的耐高温的下夹具夹持试样，通过主动散热结构能极大的降低加热部所带来的传导热。加热线圈下的水冷散热板和隔热罩帮助进行水冷被动散热，同时隔热罩隔离辐射热的传播，保证其它部分温度在合理范围内。本方案的高温模块与传统加热炉相比体积小，加热速度快，缩短实验时间的同时还能够保证温度控制精度。

附图说明

图1为旋转往复摩擦磨损试验装置的结构图A。

图2为旋转往复摩擦磨损试验装置的结构图B。

图3为旋转驱动机构的结构图。

图4为上夹具的结构图。

图5为加热装置的结构图。

图6为直线驱动机构的结构图。

图7为加热线圈的结构图。

其中，1、直线滑台模组，2、升降电机，3、涨紧轮，4、同步带，5、外壳体，6、第一直线移动模组，7、加载台，8、称重传感器，9、上夹具，10、直线驱动机构，11、机架，12、旋转电机，13、旋转驱动机构，14、电机板，15、电机固定板，16、音圈电机，17、支撑块，18、推块，19、往复试验台，20、滑轨，21、激光位移传感器，22、联轴器，23、试验台，24、驱动轴，25、工作台，26、安装台，27、销盘座，28、交叉滚子轴承，29、转盘，30、上试样台，31、摩擦力传感器，32、夹具台，33、导向轴座，34、延长杆，35、上试样，36、直线交叉滚子滑台，37、第二直线移动模组，38、隔热罩，39、陶瓷纤维隔热板，40、加热线圈，41、紫铜针柱散热片，42、水冷散热板，43、高频感应加热机，44、夹具支撑柱，45、下夹具。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1至图7所示，本方案的旋转往复摩擦磨损试验装置包括机架11，机架11上设置有升降机构，升降机构上设置有夹持试件的上夹具9，上夹具9与升降机构之间设置有称重传感器8，上夹具9的下方设置有试验台23，试验台23的上端安装有直线滑台模组1，直线滑台模组1上设置有驱动机构，驱动机构上设置有下夹具45；称重传感器8与控制器电连接。

本方案的升降机构包括两根竖直的第一螺杆，第一螺杆的两端通过轴承座安装在外壳体5内，其中一根第一螺杆的一端与升降电机2的转轴连接，两根第一螺杆上均设置有同步带轮，两根第一螺杆之间通过同步带4连接，同步带4上设置有涨紧轮3，两根第一螺杆上均螺纹连接有第一滑块，上夹具9安装在加载台7上，加载台7的两端固定在第一滑块上，升降电机2与控制器电连接。

加载台7的两端通过竖直的第一直线移动模组6与第一滑块连接，第一直线移动模组6与控制器电连接。

上夹具9包括上试样台30，上试样台30通过称重传感器8与加载台7连接，上试样台30的下端通过水平的直线交叉滚子滑台36与夹具台32连接，且直线交叉滚子滑台36的下端卡设在夹具台32上端的卡槽内，夹具台32的侧面通过摩擦力传感器31与挡板连接，上试样台30的侧面设置有竖直的第二直线移动模组37，第二直线移动模组37安装在测力固定板上；夹具台32的下端设置有导向轴座33。

本方案在导向轴座33的下端还可设置有延长杆34，摩擦力传感器31、直线交叉滚子滑台36和第二直线移动模组37均与控制器电连接。延长杆34的作用是在高温实验中保护传感器及相关机构，导向轴座33为下试样的夹具，可夹持轴类零件，或通过延长杆34夹持小圆柱等试样。

通过升降电机2带动第一螺杆旋转，进而驱动上夹具9进行升降，上试件安装在延长杆34上，适用不同尺寸的试件进行摩擦试验，同时第一直线移动模组6可进行微调，确保对准位置精确，提升试验的精度。第二直线移动模组37为试件加载力，并通过称重传感器8检测加载力的大小，同时在摩擦的过程中，摩擦力传感器31检测横向的摩擦力。

本方案的直线滑台模组1包括水平的工作台25，工作台25的上端设置有遮光板，遮光板的上端设置有安装台26，且工作台25与安装台26之间通过导轨滑块机构连接，安装台26的下端通过螺杆螺母驱动机构与遮光板连接，螺杆螺母驱动机构与导轨滑块机构平行，驱动机构安装在安装台26上。安装台26上设置有遮光板，工作台25上设置有限位开关，遮光板与限位开关配合对导轨滑块机构进行限位。遮光板的作用是标记直线滑台模组的位置，遮光板与限位器配合起着限位保护和标记位置的作用。

驱动机构为直线驱动机构10，直线驱动机构10与导轨滑块机构垂直，直线驱动机包括安装在安装台26上的电机固定板15，电机固定板15的上端设置有电机板14，电机板14的上端设置有音圈电机16和支撑块17，音圈电机16的端部固定在L形的推靠块上，音圈电机16的转轴上设置有推块18；

支撑块17的上端设置有水平的滑轨20，支撑块17的上端设置有往复试验台19，往复试验台19的下端设置有滑槽，滑槽扣合在滑轨20上滑动连接，推块18的上端设置有L形的限位部，限位部与往复试验台19的端部限位配合；支撑块17的侧面设置有检测往复试样台位移的激光位移传感器21，激光位移传感器21和音圈电机16均与控制器电连接。

通过螺杆螺母驱动机构带动安装台26在工作台25移动，方便调整位置，确保上试件和下试件能对准。本方案在实施时，可将驱动机构更换为直线驱动机构10，进行直线往复摩擦试验，并且激光位移传感器21检测位移量，往复试验台19在支撑块17上运动平稳。音圈电机16具有高频、高精度的特点，可以精确便捷的进行位移和频率的控制，激光位移传感器21精度高、安装简单、价格相对便宜。

驱动机构为旋转驱动机构13，旋转驱动机构13包括转盘29，转盘29的下端通过交叉滚子轴承28安装在销盘座27上，销盘座27安装在安装台26上；工作台25上设置有通孔，转盘29的下端通过驱动轴24与联轴器22连接，联轴器22与旋转电机12连接，转盘29贯穿销盘座27和工作台25，且驱动轴24通过角接触球轴承与销盘座27连接，旋转电机12安装在工作台25的下端，旋转电机12与控制器电连接。

本方案在实施时，可将驱动机构更换为旋转驱动机构13，对试件进行旋转摩擦试验，确保运动平稳。

加热装置包括加热线圈40，下夹具45设置在加热线圈40内，下夹具45安装在夹具支撑柱44上，夹具支撑柱44安装在驱动机构上，加热线圈40外设置有隔热罩38，隔热罩38安装在竖直的可调支架上，隔热罩38上开设有供红外光发射器发射红外光的开口，加热线圈40和红外光发射器与高频感应加热机43电连接，加热线圈40的下方设置有散热装置。

夹具支撑柱44的侧面设置有若干紫铜针柱散热片41，夹具支撑柱44与驱动机构之间设置有水冷散热板42。加热罩内设置有水平的陶瓷纤维隔热板39，且陶瓷纤维隔热板39设置在加热线圈40和散热装置之间。

本发明满足了大载荷和功能可扩展的需求，在装置中，两第一螺杆通过同步带4实现运动同步，并且第一直线移动模组6通过螺栓连接加载台7，从而控制加载台7的上下移动以及加载。水平方向位置调整由直线驱动机构10驱动，安装台26与螺杆螺母驱动机构连接，并通过导轨滑块机构与工作台25连接，可进行水平位置的调整，保证了旋转摩擦和直线往复摩擦的位置可以比较精确的调整，避免了手工调整带来的误差。

摩擦力传感器31的安装方向与直线往复运动的方向平行，直线交叉滚子滑台36让上夹具9可以自由的沿摩擦力方向移动，与摩擦力传感器31的配合可确保摩擦力的准确性。本方案既能保证力的测量精度，又避免了使用价格高昂的两轴传感器。

红外光发射器可以检测设置的加热温度，与之相连的高频感应加热机43即可加热试样。通过专门设计的耐高温的下夹具45夹持试样，通过主动散热结构能极大的降低加热部所带来的传导热。加热线圈40下的水冷散热板42和隔热罩38帮助进行水冷被动散热，同时隔热罩38隔离辐射热的传播，保证其它部分温度在合理范围内。本方案的高温模块与传统加热炉相比体积小，加热速度快，缩短实验时间的同时还能够保证温度控制精度。

Claims (6)

1.一种旋转往复摩擦磨损试验装置，其特征在于，包括机架，所述机架上设置有升降机构，所述升降机构上设置有夹持试件的上夹具，所述上夹具与升降机构之间设置有称重传感器，所述上夹具的下方设置有试验台，所述试验台的上端安装有直线滑台模组，所述直线滑台模组上设置有驱动机构，所述驱动机构上设置有下夹具；所述称重传感器与控制器电连接；

所述直线滑台模组包括水平的工作台，所述工作台的上端设置有安装台，且安装台与工作台之间通过导轨滑块机构连接，所述安装台的下端通过螺杆螺母驱动机构与工作台连接，所述螺杆螺母驱动机构与导轨滑块机构平行，所述驱动机构安装在安装台上，所述安装台上设置有遮光板，所述工作台上设置有限位开关，所述遮光板与限位开关配合对导轨滑块机构进行限位；

还包括加热装置，所述加热装置包括加热线圈，所述下夹具设置在加热线圈内，所述下夹具安装在夹具支撑柱上，所述夹具支撑柱安装在驱动机构上，所述加热线圈外设置有隔热罩，所述隔热罩安装在竖直的可调支架上，所述隔热罩上开设有供红外光发射器发射红外光的开口，所述加热线圈和红外光发射器与高频感应加热机电连接，所述加热线圈的下方设置有散热装置；夹具支撑柱的侧面设置有若干紫铜针柱散热片，所述夹具支撑柱与驱动机构之间设置有水冷散热板；

所述驱动机构包括直线驱动机构和旋转驱动机构，所述直线驱动机构与导轨滑块机构垂直，所述直线驱动机包括安装在安装台上的电机固定板，所述电机固定板的上端设置有电机板，所述电机板的上端设置有音圈电机和支撑块，所述音圈电机的端部固定在L形的推靠块上，所述音圈电机的转轴上设置有推块；

所述支撑块的上端设置有水平的滑轨，所述支撑块的上端设置有往复试验台，所述往复试验台的下端设置有滑槽，所述滑槽扣合在滑轨上滑动连接，所述推块的上端设置有L形的限位部，所述限位部与往复试验台的端部限位配合；所述支撑块的侧面设置有检测往复试样台位移的激光位移传感器，所述激光位移传感器和音圈电机均与控制器电连接；

所述旋转驱动机构包括转盘，所述转盘的下端通过交叉滚子轴承和安装在销盘座上，所述销盘座安装在安装台上；所述工作台上设置有通孔，所述转盘的下端通过驱动轴与联轴器连接，所述联轴器与旋转电机连接，所述转盘贯穿销盘座和工作台，且驱动轴通过角接触球轴承与销盘座连接，所述旋转电机安装在工作台的下端，所述旋转电机与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的旋转往复摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述升降机构包括两根竖直的第一螺杆，所述第一螺杆的两端通过轴承座安装在外壳体内，其中一根所述第一螺杆的一端与升降电机的转轴连接，两根所述第一螺杆上均设置有同步带轮，两根所述第一螺杆之间通过同步带连接，所述同步带上设置有涨紧轮，两根所述第一螺杆上均螺纹连接有第一滑块，所述上夹具安装在加载台上，所述加载台的两端固定在第一滑块上，所述升降电机与控制器电连接。

3.根据权利要求2所述的旋转往复摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述加载台的两端通过竖直的第一直线移动模组与第一滑块连接，所述第一直线移动模组与控制器电连接。

4.根据权利要求2所述的旋转往复摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述上夹具包括上试样台，所述上试样台通过称重传感器与加载台连接，所述上试样台的下端通过水平的直线交叉滚子滑台与夹具台连接，且直线交叉滚子滑台的下端卡设在夹具台上端的卡槽内，所述夹具台的侧面通过摩擦力传感器与挡板连接，所述上试样台的侧面设置有竖直的第二直线移动模组，所述第二直线移动模组安装在测力固定板上；所述夹具台的下端设置有安装上试件的导向轴座，所述摩擦力传感器、直线交叉滚子滑台和第二直线移动模组均与控制器电连接。

5.根据权利要求4所述的旋转往复摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述导向轴座的下端设置有延长杆。

6.根据权利要求1所述的旋转往复摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述隔热罩内设置有水平的陶瓷纤维隔热板，且陶瓷纤维隔热板设置在加热线圈和散热装置之间。

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