CN114441356A - 一种可实现时变正压力与界面二维运动的摩擦磨损实验器 - Google Patents

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CN114441356A CN202210048405.7A CN202210048405A CN114441356A CN 114441356 A CN114441356 A CN 114441356A CN 202210048405 A CN202210048405 A CN 202210048405A CN 114441356 A CN114441356 A CN 114441356A
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胡誉
范雨
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Abstract

本发明提出一种可实现时变正压力与界面二维运动的摩擦磨损实验器，包括支撑模块、四个预加载模块、静试件模块与动试件模块；支撑模块包括四个直角安装架、四个法向定位托、二个横向安装架、二个纵向安装架、二个法向适配支架、法向安装架；预加载模块包括二个万向球轴承、万向球轴承基座、切向力传感器、预加载活塞、预加载套筒、大型弹簧柱塞；静试件模块包括法向力传感器、静试件、静试件安装基座、静试件安装顶盖、压电作动器、压电作动器基座、法向连接适配器、法向加载活塞、法向加载套筒、小型弹簧柱塞；动试件模块包括动试件、二个加速度传感器、动试件安装基座、动试件运动平台、二个直线导轨组件、二个激振器、交叉直线导轨、工字支架、二个三向定位夹具、二个激光位移传感器。

Description

一种可实现时变正压力与界面二维运动的摩擦磨损实验器
技术领域
本发明属于摩擦磨损界面特性研究技术领域，具体涉及一种能够实现时变正压力与界面二维相对运动轨迹的摩擦磨损实验装置。
背景技术
干摩擦与磨损现象广泛存在于带有组装结构的机械系统中。在机械系统的连接结构(如螺栓、法兰等)处，支撑与传动结构(如齿轮、轴承等)处以及一些阻尼结构(凸肩、叶冠、缘板阻尼器等)上，存在大量紧靠的接触界面。这些接触面会由于机械系统在工作时产生的振动而形成微小的相对滑移，并且在长时间的工作状态下，在接触界面产生磨损。
接触界面的摩擦与磨损现象，会使得接触表面的力学特性发生变化，例如表面摩擦系数、接触刚度以及接触面轮廓等的改变。已有研究表明，即使是微小的摩擦磨损导致的接触界面力学特性的改变，也会对系统的动力学特性产生剧烈的影响，从而进一步影响机械系统的完整性与可靠性。因此，有必要深入研究由摩擦磨损导致的接触界面特性退化机理，从而准确预测系统动力学特性的演变规律。
然而，目前针对接触界面力学特性演化机理的研究中，普遍采用在常正压力作用下摩擦副的一维磨损试验来构建并校核磨损模型。这类试验的特征之一在于给出了正压力是常值且摩擦副相对运动是一维的假设，对试验进行了简化，是对摩擦磨损下界面特性演化的初步研究。但是服役条件下，由于接触面与结构振动方向存在一定角度，作用于接触界面上的正压力往往不是常值而是周期变化的；且接触面的相对运动轨迹一般也不是直线，而是界面内的二维运动，如叶冠和阻尼环等。这导致了现有界面磨损试验中试件的受载状态往往和实际情况存在偏差，进而导致所校核的磨损模型难以准确描述服役条件下组装结构接触界面的演化情况。
综上所述，一种能够实现时变正压力与界面二维相对运动轨迹的摩擦磨损实验装置是研究动力机械系统中摩擦界面力学特性与演变规律所亟需的。
发明内容
针对现有摩擦磨损实验装置的局限性，本发明的目的在于提供一种可实现时变正压力与摩擦界面二维相对运动轨迹的磨损实验装置，可用于揭示服役条件下界面迟滞特性及其演化规律，校核磨损模型。
本发明所采用的技术方案是：具体包括支撑模块、四个预加载模块、静试件模块与动试件模块。
所述的支撑模块包括四个直角安装架、四个法向定位托、二个横向安装架、二个纵向安装架、二个法向适配支架、法向安装架；其特征在于：直角安装架与工作台通过螺栓固定连接；法向定位托从侧面安装到直角安装架的矩形柱上；横向安装架通过螺栓固定在法向定位托上；纵向安装架通过螺栓与横向安装架连接；法向适配支架通过螺栓与直角安装架固定连接；法向安装架通过螺栓与法向适配支架固定连接。
所述的预加载模块包括二个万向球轴承、万向球轴承基座、切向力传感器、预加载活塞、预加载套筒、大型弹簧柱塞；其特征在于：万向球轴与静试件安装基座点接触，通过自身螺杆与万向球轴承基座连接；切向力传感器通过自身螺杆与万向球轴承基座以及预加载活塞固定连接；预加载活塞装入预加载套筒内；预加载套筒与横向安装架或纵向安装架的安装槽适配，通过螺栓固定连接；预加载套筒与大型弹簧柱塞使用螺纹连接；每二个横向(纵向)预加载模块为一组，传力路径正交的两组预加载模块共同工作，使得静试件安装基座仅保留法向平移自由度；通过成对预加载模块的切向力传感器测量静试件与动试件接触界面在横向和纵向的摩擦力。
所述的静试件模块包括法向力传感器、静试件、静试件安装基座、静试件安装顶盖、压电作动器、压电作动器基座、法向连接适配器、法向加载活塞、法向加载套筒、小型弹簧柱塞；其特征在于：静试件与静试件安装基座通过方形安装孔和螺栓固定连接；静试件安装顶盖与静试件安装基座通过螺栓固定连接；压电作动器球头与静试件安装顶盖紧压接触；压电作动器基座和压电作动器安装端通过安装槽和螺栓固定连接；法向连接适配器使用螺栓与压电作动器基座固定连接；法向力传感器通过自身螺杆与法向连接适配器和法向加载活塞固定连接；法向加载活塞装入法向加载套筒内；法向加载套筒与法向安装架通过安装槽螺栓固定连接；法向加载套筒与小型弹簧柱塞通过螺纹固定连接；静试件安装基座受到四个预加载模块的约束，在横向和纵向不发生移动。
所述的动试件模块包括动试件、二个加速度传感器、动试件安装基座、动试件运动平台、二个直线导轨组件、二个激振器、交叉直线导轨、工字支架、二个三向定位夹具、二个激光位移传感器；其特征在于：激振器、工字支架与三向定位夹具均通过螺栓与工作台固定连接；在工字支架和动试件运动平台之间使用交叉直线导轨连接；动试件运动平台两个侧面使用直线导轨组件与激振器的顶杆连接；动试件与动试件安装基座通过方形安装孔和螺栓固定连接；动试件安装基座通过螺栓与动试件运动平台固定连接；二个加速度传感器紧贴在动试件二个正交的侧面；二个激光位移传感器通过螺栓与三向定位夹具固定连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明可通过压电作动器提供周期时变的法向正压力，准确再现服役条件下界面的力学载荷；
(2)本发明可通过两台正交布置的电磁顶杆作动器给接触界面施加二维相对位移载荷，准确模拟服役条件下界面的位移载荷；
(3)本发明实现了对二维摩擦磨损试验件的微动滑移的位移与加速度的准确测量；
(4)本发明中实现了对二维摩擦磨损试验件的可靠约束，保证了负载在实验装置的传递路径，使得力传感器能够有效准确地测量二维摩擦磨损试验件的受力情况；
(5)本发明中的二维摩擦磨损试验件结构简单且均为可拆卸式结构，便于实验中更换与测量；
(6)本发明中的支撑模块均设计有多个移动槽，保证了试验件在安装时具有较高的可调性；支撑结构整体可拆卸更换，安装简单，可操作性强。
附图说明
图1是本发明所述摩擦磨损实验装置的整体示意图。
图2是本发明所述摩擦磨损实验装置的不同结构模块横向示意图。
图3是本发明所述摩擦磨损实验装置的不同结构模块纵向示意图。
图4是本发明所述支撑模块的结构示意图。
图5是本发明所述预加载模块的结构示意图。
图6是本发明所述静试件模块的结构示意图。
图7是本发明所述动试件模块的结构示意图。
图中：
A-支撑模块 B-预加载模块 C-静试件模块 D-动试件模块
1-工作台 2-直角安装架 3-法向定位托 4-横向安装架
5-纵向安装架 6-法向适配支架 7-法向安装架 8-万向球轴承
9-万向球轴承基座 10-切向力传感器 11-预加载活塞 12-预加载套筒
13-大型弹簧柱塞 14-静试件 15-静试件安装基座 16-静试件安装顶盖
17-压电作动器 18-压电作动器基座 19-法向连接适配器 20-法向力传感器
21-法向加载活塞 22-法向加载套筒 23-小型弹簧柱塞 24-动试件
25-加速度传感器 26-动试件安装基座 27-动试件运动平台 28-直线导轨组件
29-激振器 30-交叉直线导轨 31-工字支架 32-三向定位夹具
33-激光位移传感器
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
其中“切向”指与工作台(1)安装平面平行的方向，包括“横向”和“纵向”。“横向”指工作台(1)的短边方向，图2为本发明实验装置的横向视图。“纵向”指工作台(1)的长边方向，图3为本发明实验装置的纵向视图。“法向”指工作台(1)安装平面的法线方向，与静试件(14)和动试件(24)的摩擦磨损平面垂直。
如图1、图2与图3所示，本发明的实验装置总体上包括支撑模块(A)、四个预加载模块(B)、静试件模块(C)与动试件模块(D)。
如图4所示，所述的支撑模块(A)包括四个直角安装架(2)、四个法向定位托(3)、二个横向安装架(4)、二个纵向安装架(5)、二个法向适配支架(6)、法向安装架(7)。其中每个直角安装架(2)由二根矩形柱和二个直角安装边组成，每个直角安装边上设计有宽度为16mm的移动槽，通过M16螺栓将直角安装架(2)与工作台(1)固定连接。法向定位托(3)上设计有矩形通槽、安装侧板和10mm定位槽，能够从侧面安装到直角安装架(2)的矩形柱上，从而在法向上移动，并通过两个M4螺栓实现法向定位。二个横向安装架(4)设计有宽度为10mm的移动槽，通过M10螺栓固定在法向定位托(3)上，实现法向和纵向的约束，通过与直角安装架(2)的矩形柱平面的接触，实现横向的定位。二个纵向安装架(5)设计有宽度为10mm的移动槽，使用M10螺栓将纵向安装架(5)与横向安装架(4)固定连接，实现横向和法向的定位，通过与直角安装架(2)的矩形柱平面的接触，实现纵向的定位。二个法向适配支架(6)设计有宽度为10mm的移动槽，通过M10螺栓与直角安装架(2)的上方直角安装边固定连接。法向安装架(7)设计有宽度为10mm的移动槽，通过M10螺栓与法向适配支架(6)固定连接。
如图5所示，所述的四个预加载模块(B)中，每个预加载模块包括二个万向球轴承(8)、万向球轴承基座(9)、切向力传感器(10)、预加载活塞(11)、预加载套筒(12)、大型弹簧柱塞(13)。其中万向球轴承(8)通过自身M16螺杆与设计有M16螺纹孔的万向球轴承基座(9)固定连接。切向力传感器(10)通过自身M5螺杆与设计有M5螺纹孔的万向球轴承基座(9)和预加载活塞(11)固定连接。预加载活塞(11)的滑动段外径与预加载套筒(12)的内径吻合，装配后能够相对滑动和转动。预加载套筒(12)的安装端与横向安装架(4)或纵向安装架(5)的安装槽适配，并通过M4螺栓固定连接。预加载套筒(12)设计有M30内螺纹，与带有M30外螺纹的大型弹簧柱塞(13)通过螺纹连接。大型弹簧柱塞(13)的钢制凸销与预加载活塞(11)的滑动段末端平面紧压接触，通过大型弹簧柱塞(13)在预加载套筒(12)的旋进旋出调节预加载的压力大小。每二个横向(纵向)预加载模块(B)为一组，仅允许静试件安装基座(15)沿着纵向(横向)和法向的二个自由度平移，传力路径正交的两组预加载模块(B)共同工作，使得静试件安装基座(15)仅保留法向平移自由度，并通过成对的切向力传感器(10)测得数值之差来得到静试件(14)与动试件(24)接触界面在横向和纵向的摩擦力。具体地，一个预加载模块(B)的二个万向球轴承(8)与静试件安装基座(15)侧面的十字沟槽平面相切，在平行于预加载套筒(12)安装侧面的沟槽中形成二个紧压的点接触，同组另一个预加载模块(B)的预加载活塞(11)绕回转轴旋转90°，对应的二个万向球轴承(8)与静试件安装基座(15)对位侧面的十字沟槽平面相切，在垂直于预加载套筒(12)安装侧面的沟槽中形成二个紧压的点接触，两对点接触的连线相互正交，保证静试件安装基座(15)只向静试件(14)提供预加载压力而避免沿横向或纵向提供任何剪力或弯矩，且保证切向力传感器(10)仅承受单一方向的预加载压力。
如图6所示，所述的静试件模块(C)包括静试件(14)、静试件安装基座(15)、静试件安装顶盖(16)、压电作动器(17)、压电作动器基座(18)、法向连接适配器(19)、法向力传感器(20)、法向加载活塞(21)、法向加载套筒(22)、小型弹簧柱塞(23)。其中静试件(14)尺寸与静试件安装基座(15)带有的方形安装孔适配，通过界面接触实现横向和纵向的定位，方形安装孔顶部设计有适配于M4螺栓的通孔，使用M4螺栓实现法向的固定连接。静试件安装顶盖(16)与静试件安装基座(15)通过M4螺栓固定连接。压电作动器(17)工作端球头与静试件安装顶盖(16)紧压接触，压电作动器(17)的作用力通过静试件安装顶盖(16)传递给静试件安装基座(15)和静试件(14)。压电作动器基座(18)底部和压电作动器(17)安装端分别设计有尺寸适配的安装槽/平面，通过平面接触进行定位，压电作动器基座(18)底部安装槽设计有适配于M3螺栓的通孔，使用M3螺栓实现压电作动器基座(18)和压电作动器(17)的固定连接。法向连接适配器(19)设计有M3和M5内螺纹，一端使用M3螺栓与压电作动器基座(18)固定连接；法向力传感器(20)通过自身M5螺杆与法向连接适配器(19)和法向加载活塞(21)固定连接。法向加载活塞(21)的滑动段外径与法向加载套筒(22)的内径吻合，装配后能够相对滑动和转动。法向加载套筒(22)的安装端与法向安装架(7)的安装槽适配，并通过M4螺栓固定连接。法向加载套筒(22)设计有M16内螺纹，与带有M16外螺纹的小型弹簧柱塞(23)通过螺纹连接。小型弹簧柱塞(23)的钢制凸销与法向加载活塞(21)的滑动段末端平面紧压接触，通过小型弹簧柱塞(23)在法向加载套筒(22)旋进，使得钢制凸销被法向加载活塞(21)顶入小型弹簧柱塞(23)内部，实现压电作动器(17)需要的额定法向预加载。当压电作动器(17)工作时，法向加载活塞(21)与小型弹簧柱塞(23)螺纹顶端平面完全压紧，约束法向滑动，使得压电作动器(17)不会发生安装端移动导致作用力损失。静试件安装基座(15)通过侧面十字沟槽的点接触受到四个预加载模块(B)的约束，在横向和纵向不发生移动。
如图7所示，所述的动试件模块(D)包括动试件(24)、二个加速度传感器(25)、动试件安装基座(26)、动试件运动平台(27)、二个直线导轨组件(28)、二个激振器(29)、交叉直线导轨(30)、工字支架(31)、二个三向定位夹具(32)、二个激光位移传感器(33)。其中激振器(29)、工字支架(31)与三向定位夹具(32)均通过M16螺栓与工作台(1)固定连接。交叉直线导轨(30)的两个正交的导轨分别通过M6螺栓与工字支架(31)和动试件运动平台(27)固定连接，使得动试件运动平台(27)能够通过交叉直线导轨(30)的滑块相对于工字支架(31)在横向和纵向上往复平动。动试件运动平台(27)两个正交的侧面分别通过M4螺栓与二个直线导轨组件(28)的导轨固定连接。每个直线导轨组件(28)的滑块及附属结构与激振器(29)的顶杆末端通过M4螺纹固定连接，通过滑块在直线导轨上的滑动，使得二个激振器(29)分别在横向和纵向互不干扰地为动试件运动平台(27)提供激振力实现往复微动，从而合成动试件运动平台(27)的二维运动。动试件安装基座(26)上设计有方形安装孔，方形安装孔上端有适配于M4螺栓的通孔，动试件(24)的安装端有M4内螺纹，安装端尺寸与方形安装孔适配，通过方形安装孔平面定位，使用M4螺栓将动试件(24)与动试件安装基座(26)固定连接。动试件安装基座(26)通过M4螺栓与动试件运动平台(27)固定连接。二个加速度传感器(25)分别紧贴在动试件(24)二个正交的侧面，用以测量动试件(24)在实验中的加速度变化。二个激光位移传感器(33)通过M4螺栓分别与二个三向定位夹具(32)固定连接，激光照射在动试件(24)的两个侧面获得动试件(24)在横向和纵向的微小位移变化。
本发明的具体安装与使用过程如下：
第1步，动试件运动平台(27)二维往复微动的实现。
将直角安装架(2)、激振器(29)、工字支架(31)与三向定位夹具(32)放置于适当位置，并通过M16螺栓与工作台(1)固定连接。
进一步的，将交叉直线导轨(30)的两条轨道通过M6螺栓与工字支架(31)和动试件运动平台(27)固定连接。
进一步的，直线导轨组件(28)的两条轨道通过M4螺栓与动试件运动平台(27)两个正交的侧面固定连接。
进一步的，将直线导轨组件(28)的滑块及附属结构与激振器(29)的顶杆螺纹连接。至此，激振器(29)可为动试件运动平台(27)分别在横向和纵向互不干扰地提供激振力，使其实现二维往复微动。
第2步，静试件(14)和动试件(24)安装及法向约束施加。
将动试件(24)安装端装入动试件安装基座(26)的方形安装孔，使用M4螺栓固定连接。
进一步的，将动试件安装基座(26)通过M4螺栓与动试件运动平台(27)固定连接，调整动试件(24)处于初始位置。
进一步的，将二个加速度传感器(25)紧贴在动试件(24)的二个正交的侧面上，用以测量动试件(24)在实验中的加速度情况。
进一步的，将法向适配支架(6)通过M10螺栓与直角安装架(2)的上方直角安装边固定连接。
进一步的，将静试件(14)安装端装入静试件安装基座(15)的方形安装孔，使用M4螺栓固定连接，再将静试件安装顶盖(16)通过M4螺栓与静试件安装基座(15)固定连接。
进一步的，将静试件(14)放置在动试件(24)摩擦面上。
进一步的，将压电作动器(17)安装端装入压电作动器基座(18)安装槽，使用M3螺栓固定连接，再使用M3螺栓将压电作动器基座(18)与法向连接适配器(19)固定连接。
进一步的，依次将法向力传感器(20)通过螺杆与法向连接适配器(19)和法向加载活塞(21)固定连接。
进一步的，将法向加载活塞(21)装入法向加载套筒(22)，将法向加载套筒(22)装入法向安装架(7)的安装槽并使用M4螺栓固定连接。
进一步的，将压电作动器(17)工作端球头与静试件安装顶盖(16)紧压接触，将法向安装架(7)通过M10螺栓与法向适配支架(6)固定连接。
进一步的，通过螺纹连接，将小型弹簧柱塞(23)在法向加载套筒(22)旋进，使得钢制凸销被法向加载活塞(21)顶入小型弹簧柱塞(23)内部，实现压电作动器(17)需要的额定法向预加载。至此，静试件(14)和动试件(24)的法向运动自由度被完全约束，压电作动器(17)工作时，法向加载活塞(21)与小型弹簧柱塞(23)螺纹顶端平面完全压紧，使得压电作动器(17)不会发生安装端移动导致作用力损失。试验界面所受法向正压力值为法向力传感器(20)测得数值和静试件(14)、静试件安装基座(15)、静试件安装顶盖(16)、压电作动器(17)、压电作动器基座(18)及法向连接适配器(19)所受重力之和。
第3步，安装预加载模块(B)。
将万向球轴承(8)通过螺杆与万向球轴承基座(9)固定连接，再依次通过螺杆将切向力传感器(10)和万向球轴承基座(9)以及预加载活塞(11)固定连接。
进一步的，将预加载活塞(11)装入预加载套筒(12)内，并将大型弹簧柱塞(13)通过螺纹旋入预加载套筒(12)。至此，一个预加载模块(B)安装完成，重复本步骤完成其他三个预加载模块(B)的安装。
第4步，对静试件安装基座(15)进行切向预加载。
将每个预加载模块(B)中预加载套筒(12)的安装端装入横向安装架(4)或纵向安装架(5)的安装槽，使用M4螺栓固定连接。
进一步的，将法向定位托(3)从侧面安装到直角安装架(2)的矩形柱上。
进一步的，将横向安装架(4)使用M10螺栓固定连接在法向定位托(3)上，将纵向安装架(5)使用M10螺栓固定连接在横向安装架(4)上，横向安装架(4)和纵向安装架(5)都紧靠直角安装架(2)的矩形柱。
进一步的，调整法向定位托(3)的法向定位，调整横向安装架(4)的纵向定位，调整纵向安装架(5)的横向定位，使得作为一组的每二个横向(纵向)预加载模块(B)中，一个预加载模块(B)的二个万向球轴承(8)在静试件安装基座(15)侧面十字沟槽的水平沟槽中滚动，另一个预加载模块(B)的预加载活塞(11)绕回转轴旋转90°，对应的二个万向球轴承(8)在静试件安装基座(15)的平行侧面十字沟槽的竖直沟槽中滚动。
进一步的，将所有大型弹簧柱塞(13)逐渐旋入预加载套筒(12)，直到预加载模块(B)中的切向力传感器(10)显示足够的横向和纵向预加载载荷数值。至此，静试件(14)的其他运动自由度被完全约束。
第5步，激光位移传感器(33)安装及调试。
将二个激光位移传感器(33)通过M4螺栓分别与二个三向定位夹具(32)固定连接，调整三向定位夹具(32)位置和结构，使得激光照射在动试件(24)的两个侧面获得动试件(24)在横向和纵向的微小位移变化。
使用时，实验器工作特点如下：
在试验过程中，激振器(29)为动试件运动平台(27)分别在横向和纵向互不干扰地提供激振力，使得动试件(24)随动试件运动平台(27)作二维往复微动；静试件(14)、静试件安装基座(15)与静试件安装顶盖(16)通过静试件模块(C)和四个预加载模块(B)固定在动试件(24)上方，与动试件(24)摩擦面接触。
横向(纵向)上，作用点连线相互正交的两对万向球轴承(8)保证静试件(14)上所受横向(纵向)摩擦力与横向(纵向)预加载载荷仅沿着预加载套筒(12)→大型弹簧柱塞(13)→预加载活塞(11)→切向力传感器(10)→万向球轴承基座(9)→万向球轴承(8)→静试件安装基座(15)→万向球轴承(8)→万向球轴承基座(9)→切向力传感器(10)→预加载活塞(11)→大型弹簧柱塞(13)→预加载套筒(12)这一完整传递链横向(纵向)传导；压电作动器(17)的球头和小型弹簧柱塞(23)的钢制凸销保证小型弹簧柱塞(23)所提供的法向预加载载荷与压电作动器(17)所提供的周期时变正压力仅沿着法向加载套筒(22)→小型弹簧柱塞(23)→法向加载活塞(21)→法向力传感器(20)→法向连接适配器(19)→压电作动器基座(18)→压电作动器(17)→静试件安装顶盖(16)→静试件安装基座(15)→静试件(14)→动试件(24)这一完整传递链法向传导。
通过改变大型弹簧柱塞(13)与小型弹簧柱塞(23)的旋入长度，以及调节压电作动器(17)与激振器(29)的输出设置，可以实现不同时变正压力与界面二维相对运动轨迹组合下界面迟滞特性的演化规律及其对磨损的影响。本发明相比现有摩擦磨损实验器，具有能够准确再现服役条件下接触界面真实受载状态的特点，且结构简单、便于调节，可用于对组装结构摩擦界面迟滞特性及磨损演变的研究。

Claims (10)

1.一种可实现时变正压力与界面二维运动的摩擦磨损实验器，包括支撑模块、四个预加载模块、静试件模块与动试件模块；其特征在于：
所述的支撑模块包括四个直角安装架、四个法向定位托、二个横向安装架、二个纵向安装架、二个法向适配支架、法向安装架；所述的预加载模块包括二个万向球轴承、万向球轴承基座、切向力传感器、预加载活塞、预加载套筒、大型弹簧柱塞；所述的静试件模块包括法向力传感器、静试件、静试件安装基座、静试件安装顶盖、压电作动器、压电作动器基座、法向连接适配器、法向加载活塞、法向加载套筒、小型弹簧柱塞；所述的动试件模块包括动试件、二个加速度传感器、动试件安装基座、动试件运动平台、二个直线导轨组件、二个激振器、交叉直线导轨、工字支架、二个三向定位夹具、二个激光位移传感器。
2.根据权利要求1所述的一种可实现时变正压力与界面二维运动的摩擦磨损实验器，其特征在于：支撑模块中，直角安装架与工作台通过螺栓固定连接；法向定位托从侧面安装到直角安装架的矩形柱上；横向安装架通过螺栓固定在法向定位托上；纵向安装架通过螺栓与横向安装架连接；法向适配支架通过螺栓与直角安装架固定连接；法向安装架通过螺栓与法向适配支架固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种可实现时变正压力与界面二维运动的摩擦磨损实验器，其特征在于：预加载模块中，万向球轴与静试件安装基座点接触，通过自身螺杆与万向球轴承基座连接；切向力传感器通过自身螺杆与万向球轴承基座以及预加载活塞固定连接；预加载活塞装入预加载套筒内；预加载套筒与横向安装架或纵向安装架的安装槽适配，通过螺栓固定连接；预加载套筒与大型弹簧柱塞使用螺纹连接；每二个横向或者纵向预加载模块为一组，传力路径正交的两组预加载模块共同工作，使得静试件安装基座仅保留法向平移自由度；通过成对预加载模块的切向力传感器测量静试件与动试件接触界面在横向和纵向的摩擦力。
4.根据权利要求1所述的一种可实现时变正压力与界面二维运动的摩擦磨损实验器，其特征在于：静试件模块中，静试件与静试件安装基座通过方形安装孔和螺栓固定连接；静试件安装顶盖与静试件安装基座通过螺栓固定连接；压电作动器球头与静试件安装顶盖紧压接触；压电作动器基座和压电作动器安装端通过安装槽和螺栓固定连接；法向连接适配器使用螺栓与压电作动器基座固定连接；法向力传感器通过自身螺杆与法向连接适配器和法向加载活塞固定连接；法向加载活塞装入法向加载套筒内；法向加载套筒与法向安装架通过安装槽螺栓固定连接；法向加载套筒与小型弹簧柱塞通过螺纹固定连接；静试件安装基座受到四个预加载模块的约束，在横向和纵向不发生移动。
5.根据权利要求1所述的一种可实现时变正压力与界面二维运动的摩擦磨损实验器，其特征在于：动试件模块中，激振器、工字支架与三向定位夹具均通过螺栓与工作台固定连接；在工字支架和动试件运动平台之间使用交叉直线导轨连接；动试件运动平台两个侧面使用直线导轨组件与激振器的顶杆连接；动试件与动试件安装基座通过方形安装孔和螺栓固定连接；动试件安装基座通过螺栓与动试件运动平台固定连接；二个加速度传感器紧贴在动试件二个正交的侧面；二个激光位移传感器通过螺栓与三向定位夹具固定连接。
6.一种可实现时变正压力与界面二维运动的摩擦磨损实验器的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：动试件运动平台二维往复微动的实现；
步骤2：静试件和动试件安装及法向约束施加；
步骤3：安装预加载模块；
步骤4：对静试件安装基座进行切向预加载；
步骤5：激光位移传感器安装及调试；将二个激光位移传感器通过M4螺栓分别与二个三向定位夹具固定连接，调整三向定位夹具位置和结构，使得激光照射在动试件的两个侧面获得动试件在横向和纵向的微小位移变化。
7.根据权利要求6所述的一种可实现时变正压力与界面二维运动的摩擦磨损实验器的实现方法，其特征在于：在步骤1中，将直角安装架、激振器、工字支架与三向定位夹具放置于适当位置，并通过M16螺栓与工作台固定连接；进一步的，将交叉直线导轨的两条轨道通过M6螺栓与工字支架和动试件运动平台固定连接；
进一步的，直线导轨组件的两条轨道通过M4螺栓与动试件运动平台两个正交的侧面固定连接；
进一步的，将直线导轨组件的滑块及附属结构与激振器的顶杆螺纹连接；至此，激振器可为动试件运动平台分别在横向和纵向互不干扰地提供激振力，使其实现二维往复微动。
8.根据权利要求6所述的一种可实现时变正压力与界面二维运动的摩擦磨损实验器的实现方法，其特征在于：在步骤2中，将动试件安装端装入动试件安装基座的方形安装孔，使用M4螺栓固定连接；
进一步的，将动试件安装基座通过M4螺栓与动试件运动平台固定连接，调整动试件处于初始位置；
进一步的，将二个加速度传感器紧贴在动试件的二个正交的侧面上，用以测量动试件在实验中的加速度情况；
进一步的，将法向适配支架通过M10螺栓与直角安装架的上方直角安装边固定连接；
进一步的，将静试件安装端装入静试件安装基座的方形安装孔，使用M4螺栓固定连接，再将静试件安装顶盖通过M4螺栓与静试件安装基座固定连接；
进一步的，将静试件放置在动试件摩擦面上；
进一步的，将压电作动器安装端装入压电作动器基座安装槽，使用M3螺栓固定连接，再使用M3螺栓将压电作动器基座与法向连接适配器固定连接；
进一步的，依次将法向力传感器通过螺杆与法向连接适配器和法向加载活塞固定连接；
进一步的，将法向加载活塞装入法向加载套筒，将法向加载套筒装入法向安装架的安装槽并使用M4螺栓固定连接；
进一步的，将压电作动器工作端球头与静试件安装顶盖紧压接触，将法向安装架通过M10螺栓与法向适配支架固定连接；
进一步的，通过螺纹连接，将小型弹簧柱塞在法向加载套筒旋进，使得钢制凸销被法向加载活塞顶入小型弹簧柱塞内部，实现压电作动器需要的额定法向预加载；至此，静试件和动试件的法向运动自由度被完全约束，压电作动器工作时，法向加载活塞与小型弹簧柱塞螺纹顶端平面完全压紧，使得压电作动器不会发生安装端移动导致作用力损失；试验界面所受法向正压力值为法向力传感器测得数值和静试件、静试件安装基座、静试件安装顶盖、压电作动器、压电作动器基座及法向连接适配器所受重力之和。
9.根据权利要求6所述的一种可实现时变正压力与界面二维运动的摩擦磨损实验器的实现方法，其特征在于：在步骤3中，将万向球轴承通过螺杆与万向球轴承基座固定连接，再依次通过螺杆将切向力传感器和万向球轴承基座以及预加载活塞固定连接；进一步的，将预加载活塞装入预加载套筒内，并将大型弹簧柱塞通过螺纹旋入预加载套筒；至此，一个预加载模块安装完成，重复步骤3完成其他三个预加载模块的安装。
10.根据权利要求6所述的一种可实现时变正压力与界面二维运动的摩擦磨损实验器的实现方法，其特征在于：在步骤4中，将每个预加载模块中预加载套筒的安装端装入横向安装架或纵向安装架的安装槽，使用M4螺栓固定连接；
进一步的，将法向定位托从侧面安装到直角安装架的矩形柱上；
进一步的，将横向安装架使用M10螺栓固定连接在法向定位托上，将纵向安装架使用M10螺栓固定连接在横向安装架上，横向安装架和纵向安装架都紧靠直角安装架的矩形柱；
进一步的，调整法向定位托的法向定位，调整横向安装架的纵向定位，调整纵向安装架的横向定位，使得作为一组的每二个横向或者纵向预加载模块中，一个预加载模块的二个万向球轴承在静试件安装基座侧面十字沟槽的水平沟槽中滚动，另一个预加载模块的预加载活塞绕回转轴旋转90°，对应的二个万向球轴承在静试件安装基座的平行侧面十字沟槽的竖直沟槽中滚动；
进一步的，将所有大型弹簧柱塞逐渐旋入预加载套筒，直到预加载模块中的切向力传感器显示足够的横向和纵向预加载载荷数值；至此，静试件的其他运动自由度被完全约束。
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