CN114813426A - 一种往复式软材料摩擦磨损实验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种往复式软材料摩擦磨损实验机，涉及摩擦磨损实验机技术领域。本发明的目的是为了弥补现有往复式摩擦磨损试验机在小\微载荷下对柔性材料表面摩擦学特性评价能力的不足。该发明装置集成了显微观测系统，能够原位、实时观察并记录柔性材料(硅橡胶)在不同工况下，表面发生受载接触变形的具体状态，以此来解决现有技术中对柔性材料表面摩擦磨损的机理解释和性能评价的不足。

Description

一种往复式软材料摩擦磨损实验机

技术领域

本发明涉及摩擦磨损实验机技术领域，具体涉及一种往复式软材料摩擦磨损实验机。

背景技术

现有的摩擦试验机有多种，例如有端面摩擦磨损试验机、环块摩擦磨损试验机等，但这些试验机主要针对硬质材料表面的摩擦性能测试而设计，难以实现对柔性材料表面(硅橡胶)在小/微载荷下摩擦磨损性能的精确测量，无法满足现有柔性材料产品的工程测试需求。柔性材料具有高弹性、高柔软度、耐高\低温、耐臭氧以及电绝缘、阻燃等优异性能，在航空航天、发动机系统、液压系统、冶金等方面都有广阔的应用前景。因此，研发一台针对软材料表面的摩擦学性能的专用实验机，能够准确、高效、方便地完成对关于柔性材料工业产品摩擦磨损性能的系统评价受到了广泛重视。

发明内容

本发明的目的在于提供一种往复式软材料摩擦磨损实验机，解决以下技术问题：

本试验机用于柔性材料在不同条件下的往复式摩擦磨损实验，主要针对不同滑动速度、不同载荷条件、不同介质中自润滑柔性材料的摩擦学性能进行试验研究，并且可以进行不同的柔性材料在相同条件下的对比试验，通过测量实验中产生的摩擦力大小，来研究硅橡胶材料表面引入织构的摩擦磨损性能，可为研究柔性材料表面织构(硅橡胶)摩擦磨损性能提供客观真实的评定参数，通过基础性试验，解明柔性材料的摩擦磨损机理。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种往复式软材料摩擦磨损实验机，包括机架，所述机架的顶部固定安装有支撑柱固定的提升架体平台，提升架体固定在提升架体平台上，所述提升架体上安装有驱动悬臂梁升降的驱动机构，悬臂梁一端连接外螺纹直线轴，通过施加载荷来调节悬臂梁保持平衡，悬臂梁另一端通过固定件将测力传感器放置在悬臂梁端面正下方，另一固定件与试样夹具垂直水平连接，调整固定件大小来保证试样夹具进行实验时处在测力传感器正下方，处在测力传感器的正上方悬臂梁端面通过螺纹孔固定载荷平台支撑柱，所述载荷平台支撑柱上固定安装有加载平台，通过放置砝码调控载荷大小；

步进电机丝杠滑台安装在机架上，在步进电机丝杠滑台上安装下试样固定板，所述下试样固定板上固定放置有机玻璃，所述机架内部的直线位移传感器通过“L”型固定件与步进电机丝杠滑台固定连接；

所述机架的内部安装有显微镜，所述显微镜位于试样夹具正下方。

作为本发明进一步的方案：所述提升架体的左侧固定安装有L型板，所述L型板上放置两个由外螺纹轴承座和配合的外螺纹轴承固定的悬臂梁。

作为本发明进一步的方案：所述机架下方通过螺纹孔固定安装有M8脚杯，通过水平测量仪保证机架水平竖立放置在水平面上。

作为本发明进一步的方案：所述机架的一侧安装有电机运动控制器、移动电源、驱动器，所述机架的另一侧安装有数字变送器、数据采集卡。

作为本发明进一步的方案：所述试样夹具为硅橡胶夹具。

作为本发明进一步的方案：所述机架为中空结构，所述机架的顶部开设有通孔。

本发明的有益效果：

本发明的目的是为了弥补目前往复式摩擦磨损试验机不能对柔性材料进行试验的不足，并且在机架下方安装显微镜，实时记录并观察柔性材料(硅橡胶)在受到不同速度、载荷、介质的情况下，硅橡胶材料发生的具体形变过程，来解决现有技术中对柔性材料的摩擦磨损实验机的不足，该试验机对柔性材料的润滑特性以改善其摩擦学性能的研究很有帮助。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的正视图；

图3为本发明步进电机丝杠滑台驱动结构示意图；

图4为本发明机架的顶部结构示意图。

图中：1、机架；2、显微镜；3、移动电源；4、数字变送器；5、直线位移传感器；6、步进电机丝杠滑台；7、测力传感器；8、提升架体平台；9、提升架体；10、载荷平台支撑柱；11、悬臂梁；12、试样夹具；13、加载平台；14、砝码；15、外螺纹轴承座；16、M8脚杯；17、“L”型固定件；18、外螺纹轴承；19、试样；20、有机玻璃；21、下试样固定板；22、数据采集卡。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4所示，本发明为一种往复式软材料摩擦磨损实验机，包括机架1，所述机架1的顶部固定安装有支撑柱固定的提升架体平台8，提升架体9固定在提升架体平台8上，所述提升架体9上安装有驱动悬臂梁11升降的驱动机构，所述驱动机构可以为电机、丝杆驱动结构，也可以为气缸驱动结构，悬臂梁11一端连接外螺纹直线轴，通过施加载荷来调节悬臂梁11保持平衡，悬臂梁11另一端通过固定件(螺栓)将测力传感器7放置在悬臂梁11端面正下方，避免实验误差，另一固定件与试样夹具12垂直水平连接，调整固定件大小来保证试样夹具12进行实验时处在测力传感器7正下方，处在测力传感器7的正上方悬臂梁11端面通过螺纹孔固定载荷平台支撑柱10，所述载荷平台支撑柱10上固定安装有加载平台13，通过放置砝码14调控载荷大小；

试验台驱动装置由步进电机丝杠滑台6安装在机架1上，在步进电机丝杠滑台6上安装下试样固定板21，所述下试样固定板21上固定放置有有机玻璃20，所述机架1内部的直线位移传感器5通过“L”型固定件17与步进电机丝杠滑台6固定连接，实时检测记录实际位；将直线位移传感器5与测力传感器7的信号数据接收到数据采集卡中，通过Labview2018进行软件代码编写，利用各部件厂家提供的子函数和dll共享库来实现对硬件串口通信与控制等，对实验数据进行采集并记录变化。另外，实验发生的具体现象可以通过位于机架1下方安装的显微镜2来进行观察记录，充分保证了对软材料摩擦磨损阶段的机理研究。

所述机架1的内部安装有显微镜2，所述显微镜2的高度可以进行调节，所述显微镜2位于试样夹具12正下方，便于观察记录实验现象。

上述对测试装置的压力传感器、位移传感器、悬臂梁、显微镜等关键硬件作了详细的介绍。由于来自不同厂家，每个部件都有自己独立的硬件控制器，不能直接进行互联通信，需要有上位机来进行对各个部件的信号进行收集、处理、调控并发出操控命令。上位机主要采用美国国家仪器有限公司(National Instruments，NI)Labview2016进行软件代码编写，利用各部件厂家提供的子函数和dll共享库来实现对硬件串口通信与控制等。

所述提升架体9的左侧固定安装有L型板，所述L型板上放置两个由外螺纹轴承座15和配合的外螺纹轴承18固定的悬臂梁11。

所述机架1下方通过螺纹孔固定安装有M8脚杯16，通过水平测量仪保证机架1水平竖立放置在水平面上。

所述机架1的一侧安装有电机运动控制器、移动电源3、驱动器，所述机架1的另一侧安装有数字变送器4、数据采集卡22。

所述试样夹具12为硅橡胶夹具，具有良好的保护作用。

所述机架1为中空结构，所述机架1的顶部开设有通孔，便于显微镜2观察记录实验现象。

本发明的工作原理：该机构在不加载时，通过调节配重的位置，使悬臂梁11可在垂直任一位置达到平衡，以此来保证机构在不加载时沿加悬臂梁11方向向下对试样材料不施加作用力；在试样夹具12水平固定硅橡胶试样19，通过调整提升架体9使试样19与有机玻璃20刚好相接触，在加载平台13上放置不同重量的砝码施加载荷，试验台通电，打开电脑端控制电机转速带动丝杠导轨，致使固定在电机上的有机玻璃20水平方向上往复运动，与其同时，直线位移传感器5实时记录往复运动的位移，处在夹具上方的测力传感器7记录摩擦力的变化，通过电机调控达到不同的速度以及施加不同的载荷，机架1下方的显微镜2观察硅橡胶柔性材料发生摩擦的具体变化，采集记录的数据通过数据采集卡22保存到电脑端。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种往复式软材料摩擦磨损实验机，其特征在于，包括机架(1)，所述机架(1)的顶部固定安装有支撑柱固定的提升架体平台(8)，提升架体(9)固定在提升架体平台(8)上，所述提升架体(9)上安装有驱动悬臂梁(11)升降的驱动机构，悬臂梁(11)一端连接外螺纹直线轴，通过施加载荷来调节悬臂梁(11)保持平衡，悬臂梁(11)另一端通过“L”固定件将测力传感器(7)放置在悬臂梁(11)端面正下方，另一固定件与试样夹具(12)垂直水平连接，调整固定件大小来保证试样夹具(12)进行实验时处在测力传感器(7)正下方，处在测力传感器(7)的正上方悬臂梁(11)端面通过螺纹孔固定载荷平台支撑柱(10)，所述载荷平台支撑柱(10)上固定安装有加载平台(13)，通过放置砝码(14)调控载荷大小；

驱动装置：步进电机丝杠滑台(6)安装在机架(1)上，在步进电机丝杠滑台(6)上安装下试样固定板(21)，所述下试样固定板(21)上固定放置有有机玻璃(20)，所述机架(1)内部的直线位移传感器(5)通过“L”型固定件(17)与步进电机丝杠滑台(6)固定连接；

所述机架(1)的内部安装有显微镜(2)，所述显微镜(2)位于试样夹具(12)正下方。

2.根据权利要求1所述的一种往复式软材料摩擦磨损实验机,其特征在于，所述提升架体(9)的左侧固定安装有L型板，所述L型板上放置两个由外螺纹轴承座(15)和配合的外螺纹轴承(18)固定的悬臂梁(11)。

3.根据权利要求1所述的一种往复式软材料摩擦磨损实验机,其特征在于，所述机架(1)下方通过螺纹孔固定安装有M8脚杯(16)，通过水平测量仪保证机架(1)水平竖立放置在水平面上。

4.根据权利要求1所述的一种往复式软材料摩擦磨损实验机,其特征在于，所述机架(1)的一侧安装有电机运动控制器、移动电源(3)、驱动器，所述机架(1)的另一侧安装有数字变送器(4)、数据采集卡(22)。

5.根据权利要求1所述的一种往复式软材料摩擦磨损实验机,其特征在于，所述试样夹具(12)为硅橡胶夹具。

6.根据权利要求1所述的一种往复式软材料摩擦磨损实验机,其特征在于，所述机架(1)为中空结构，所述机架(1)的顶部开设有通孔。

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