CN114965132A - 高参数摩擦磨损试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高参数摩擦磨损试验台，试验腔结构限定有封闭的试验腔；主轴的一端设置于试验腔中；摩擦配副装置包括动环座、动环和静环，动环通过动环座固定在主轴上，静环和动环配合以形成摩擦副；测量装置包括外花键、内花键、推力轴承组件、传力杆、第一力传感器；静环固定在外花键上，内花键与外花键采用花键配合；外花键可浮动地支撑在推力轴承组件的一端上；传力杆的一端与内花键固定且另一端位于试验腔结构外；传力杆在具有旋转趋势时压迫位于试验腔结构外的第一力传感器；加载装置用于对推力轴承组件的另一端施加轴向载荷。本发明实现了有润滑条件下高工况参数摩擦磨损试验中摩擦系数和摩擦扭矩的准确测量，具备轴向位移补偿功能。

Description

高参数摩擦磨损试验台

技术领域

本发明涉及摩擦磨损试验技术领域，尤其是涉及一种高参数摩擦磨损试验台。

背景技术

摩擦磨损试验台是用于开展材料配副摩擦、磨损试验的专用试验设备或装置，可用于获得材料的摩擦磨损性能或评价润滑介质的润滑性能，是目前摩擦学研究中最重要的试验设备之一。摩擦磨损试验台的核心功能是测量材料配副试验件的摩擦系数。市面上的摩擦磨损试验机的摩擦系数测量原理为通过使用扭矩仪或其他装置测得试验系统的摩擦扭矩，间接换算得到试验系统的摩擦系数。该原理已得到广泛应用。

然而，在高参数摩擦磨损试验(高速0-200m/s、高温25-450℃和轴向载荷0-10000N)中，由于高参数摩擦磨损试验的轴向加载力非常大，试验台的轴系需要使用能够承受较高轴向力的轴承，此时轴承本身的摩擦扭矩较大，其数量级无法忽略不计，甚至大于试验件的摩擦扭矩，使用扭矩仪测量轴系的摩擦扭矩时无法忽略轴承的影响，产生了极大的系统误差。此外，高参数工况对扭矩仪的测量范围和工作寿命提出了非常苛刻的要求，不再适合使用传统的扭矩仪测量方案。

目前，标准摩擦磨损试验机驱动电机转速低(一般小于3000r/min)，试验件的外形尺寸小(直径一般小于50mm)，能达到的最大线速度一般不超过8m/s，加载范围小(实际使用的加载值一般小于5000N)，无法开展高速重载试验；部分摩擦磨损试验机为克服传统的扭矩仪测量手段，采用伸出力臂结构测量，使得试验环境为开放式，不能开展有润滑，特别是液体或油气润滑条件下的摩擦磨损性能试验。因此，目前还没有一种通用的试验设备或结构可以准确测量有液体或油气润滑条件下的高参数摩擦磨损试验中的摩擦扭矩和摩擦系数。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种高参数摩擦磨损试验台，可以在有润滑条件下高工况参数摩擦磨损试验中摩擦系数和摩擦扭矩的准确测量，同时具备了轴向位移补偿功能。

根据本发明实施例的高参数摩擦磨损试验台，包括：

驱动与传动装置，所述驱动与传动装置包括电机和与所述电机相连的主轴；

试验腔结构，所述试验腔结构限定有封闭的试验腔，所述试验腔用于支撑不同介质、不同润滑状态下的高参数摩擦磨损特性试验；所述主轴的一端可转动地穿过所述试验腔结构的一端而设置于所述试验腔中；

摩擦配副装置，所述摩擦配副装置设置于所述试验腔中且包括动环座、动环和静环，所述动环通过所述动环座固定在所述主轴上，所述静环的一端面与所述动环的一端面相互配合以形成摩擦副；

测量装置，所述测量装置包括外花键、内花键、推力轴承组件、传力杆、第一力传感器；所述外花键、所述内花键、所述推力轴承组件均位于所述试验腔中；所述静环固定在所述外花键上，所述内花键与所述外花键同轴滑动配合且在周向上固定；所述外花键与所述推力轴承组件同轴设置，所述外花键可浮动地支撑在所述推力轴承组件的一端上；所述传力杆相对于所述内花键呈径向设置，所述传力杆的一端与所述内花键固定，所述传力杆的另一端位于所述试验腔结构外；所述第一力传感器设置在所述试验腔结构外，所述传力杆在具有旋转趋势时压迫所述第一力传感器；

加载装置，所述加载装置用于对所述推力轴承组件的另一端施加轴向载荷。

根据本发明实施例的高参数摩擦磨损试验台，试验时，加载装置施加的轴向载荷依次通过推力轴承组件、外花键传递到静环和动环的端面；当主轴在电机的驱动下转动时，主轴将带动动环座及动环同步转动，动环与静环端面摩擦即摩擦副产生摩擦，静环将摩擦副摩擦扭矩通过传扭销传递给外花键、外花键再通过花键配合传递给内花键，内花键再传递给传力杆，然而，由于第一力传感器位置固定，传力杆无法旋转，故传力杆与第一力传感器接触并产生压力，第一力传感器可以准确地测量传力杆的压力。因此，此过程理论上静环、外花键、内花键和传力杆只有旋转的趋势，但不会产生旋转角度。将压力值结合高参数摩擦磨损试验台的相关尺寸、轴向载荷进行换算，即可获得动环与静环间的摩擦系数。将试验过程的各个摩擦系数记录下来并绘制曲线，即可获得动环与静环的摩擦系数随试验过程的变化，进一步研究材料的摩擦特性。由于在试验过程中，外花键可浮动地支撑在推力轴承组件的一端上，外花键的内周面与主轴系之间不接触，这样，外花键与主轴系之间不存在摩擦扭矩，避免了现有技术中主轴系上的承受较高轴向力的轴承本身的摩擦扭矩对摩擦副摩擦扭矩的严重影响，同时，由于内花键不与试验腔结构接触，可以避免内花键与试样腔结构之间产生摩擦，因此，第一压力传感器测量的压力基本上来源于摩擦副摩擦扭矩，因此，本实施例的高参数摩擦磨损试验台可以准确测量摩擦副摩擦系数和摩擦扭矩。

随着试验过程的开展，动环和静环的端面将产生磨损，轴向尺寸减少，此时两端面将分离。在加载装置施加的轴向载荷的作用下，由于传力杆受到试验腔结构的约束，内花键无法轴向运动，外花键与内花键通过花键配合，配合界面润滑良好，带着静环向动环靠近，保持两端面的接触，实现轴向位移补偿即摩擦副磨损量补偿。

根据本发明实施例的高参数摩擦磨损试验台，实现了有润滑条件下高工况参数摩擦磨损试验中摩擦系数和摩擦扭矩的准确测量，可获得摩擦系数随试验过程的变化，进一步研究材料的摩擦特性，同时具备了轴向位移补偿功能。

在一些实施例中，所述试验腔结构上设有通孔，所述通孔的周边设有柔性圈，所述传动杆适配地穿过所述柔性圈。

在一些实施例中，所述推力轴承组件包括推力轴承、推力轴承座；所述推力轴承的外圈固定在所述推力轴承组的内圆面上，所述推力轴承的内圈安装在所述外花键的外圆面上。

在一些实施例中，所述推力轴承组件还包括至少三个轴向延伸的支撑杆；所述推力轴承座上设有三个间隔均匀且同心的弧形槽，三个所述支撑杆的一端间隔均匀地与所述外花键固定，三个所述支撑杆的另一端分别可滑动地设置在对应的三个所述弧形槽中，三个所述支撑杆的另一端均为光滑段。

在一些实施例中，所述外花键在轴向上与所述推力轴承之间设置有限位环，所述限位环的厚度大于所述摩擦副的极限磨损量。

在一些实施例中，所述推力轴承座与所述试验腔的内周壁间隙配合，所述推力轴承座与所述试验腔的内周壁之间通过O型圈密封和自动对中。

在一些实施例中，所述测量装置还包括电涡流传感器，所述电涡流传感器设置在所述外花键上，用于测量所述摩擦副的轴向磨损补偿量。

在一些实施例中，所述动环与所述动环座的轴向之间设有动环补偿片，所述静环与所述外花键的轴向之间设有静环补偿片。

在一些实施例中，所述动环座上设有用于增重的螺纹孔。

在一些实施例中，所述加载装置包括加载器件、推杆接头、受力块和第二力传感器；所述加载器件上具有推杆，所述推杆的一端安装有所述推杆接头，所述推杆及所述推杆接头穿过所述试验腔结构的另一端，所述推杆接头具有凸球面，所述受力块具有凹球面，所述凸球面和所述凹球面配合，所述受力块通过所述第二力传感器与所述推力轴承组件的另一端相连。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的高参数摩擦磨损试验台的整体结构示意图。

图2为本发明的高参数摩擦磨损试验台的试验腔结构处的放大图。

图3为本发明的高参数摩擦磨损试验台中的支撑杆与推力轴承座的弧形槽的示意图。

图4为本发明的高参数摩擦磨损试验台的摩擦系数测量原理图。

图5为本发迷的高参数摩擦磨损试验台的摩擦副轴向位移补偿后的状态示意图。

附图标记：

高参数摩擦磨损试验台1000

驱动与传动装置1

电机101 主轴102 联轴器103 轴承104 轴承座105

试验腔结构2

试验腔201 试验腔体202 端盖203 密封圈204 柔性圈205

摩擦配副装置3

动环座301 第一段3011 第二段3012 螺纹孔3013 动环302

静环303 传动销304 动环压盖305 螺纹件306

测量装置4

外花键401 内花键402 推力轴承组件403 推力轴承4031

推力轴承座4032 弧形槽40321 支撑杆4033 传力杆404

第一力传感器405 长螺栓406 传扭销407 限位环408 O型圈409

加载装置5

加载器件501 推杆5011 推杆接头502 受力块503

第二力传感器504

电涡流传感器6 动环补偿垫片7 静环补偿垫片8

摩擦副轴向位移补偿后的状态A

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图5来描述本发明实施例的高参数摩擦磨损试验台1000。

如图1至图4所示，根据本发明实施例的高参数摩擦磨损试验台1000，包括驱动与传动装置1、试验腔结构2、摩擦配副装置3、测量装置4和加载装置5。其中，驱动与传动装置1包括电机101和与电机101相连的主轴102；试验腔结构2限定有封闭的试验腔201，试验腔201用于支撑不同介质、不同润滑状态下的高参数摩擦磨损特性试验；主轴102的一端可转动地穿过试验腔结构2的一端而设置于试验腔201中；摩擦配副装置3设置于试验腔201中且包括动环座301、动环302和静环303，动环302通过动环座301固定在主轴102上，静环303的一端面与动环302的一端面相互配合以形成摩擦副；测量装置4包括外花键401、内花键402、推力轴承组件403、传力杆404、第一力传感器405；外花键401、内花键402、推力轴承组件403均位于试验腔201中；静环303固定在外花键401上，内花键402与外花键401同轴滑动配合且在周向上固定；外花键401与推力轴承组件403同轴设置，外花键401可浮动地支撑在推力轴承组件403的一端上；传力杆404相对于内花键402呈径向设置，传力杆404的一端与内花键402固定，传力杆404的另一端位于试验腔结构2外；第一力传感器405设置在试验腔结构2外，传力杆404在具有旋转趋势时压迫第一力传感器405；加载装置5用于对推力轴承组件403的另一端施加轴向载荷。

具体而言，高参数摩擦磨损试验台1000中的“高参数”可以理解为高参数工况，即高速0-200m/s、高温25-200℃和轴向载荷0-10000N。

驱动与传动装置1包括电机101、与电机101相连的主轴102以及必要的支承和传动零部件、如联轴器103、一对轴承104、轴承座105等。电机101主要作用是提供动力，电机101的最高转速可达30000r/min，功率50kW，采用油气润滑和水冷却。主轴102与电机101相连，例如，主轴102通过联轴器103与电机101的输出轴相连，或者主轴102也可以是电机101的输出轴，主轴102的作用是获得电机101的驱动力并传递动力。主轴102的一端呈悬臂状且安装试验腔结构2，实现了向试验腔结构2内部的相关功能部件的驱动与传动功能。联轴器103采用波纹管挠性联轴器，可以在高速工况下实现较大的轴向偏差、径向偏差和角度偏差，满足本实施例的高参数摩擦磨损试验台1000的试验台扭矩需求。主轴102可转动地支承在一对轴承104上，该一对轴承104采用一对角接触球轴承，可以承受轴向力和径向力，采用一端游动、一端固定的背对背安装的方式，高速轴承104的安装需要使用预紧弹簧进行定压预紧，其最高转速满足本实施例的高参数摩擦磨损试验台1000的转速需求；轴承座105对轴承104起支承、润滑和冷却作用，本实施例中的轴承座105是对轴承104起全包围结构。

试验腔结构2可以包括试验腔体202和两个端盖203，试验腔体202可以是一个圆筒状腔体，采用卧式布置。试验腔体202上开设有管道安装孔，用于安装输入和输出润滑介质的管道。润滑介质可以为液体、气体或油气，在进入试验腔201前通过加热器进行加热，使润滑介质达到较高温度。两个端盖203分别对应地安装在试验腔体202的两端，这样，试验腔体202和两个端盖203就共同限定出了较为封闭的试验腔201，即试验腔结构2限定出封闭的试验腔201。试验腔体202与端盖203之间使用内六角螺栓连接，内六角螺栓可沿轴向均布8或12个。端盖203上开设有止口，用于与试验腔体202的内壁配合，试验腔体202与端盖203之间使用密封圈204进行密封。端盖203开有直径大于各种传感器端子的孔，用于从试验腔201内穿出各种传感器的线缆。封闭的试验腔201设计可以支撑不同介质、不同润滑状态(如液体润滑、气体润滑或油气润滑)下的高参数摩擦磨损特性试验。主轴102的一端可转动地穿过试验腔结构2的一端而设置于试验腔201中，例如，主轴102的一端穿过试验腔结构2的一个端盖203进入试验腔201中。通过将主轴102的一端设置在试验腔201中，以便与试验腔201中的摩擦配副装置3的动环座301及动环302连接。

摩擦配副装设置于试验腔201中且包括动环座301、动环302和静环303。其中，动环302通过动环座301固定在主轴102上，也就是说，动环座301安装于主轴102上，动环302安装在动环座301上。具体的，为了给主轴102上的动环座301定位，在动环座301的轴向两端均安装有不同规格的轴套，主轴102的最末端安装有轴端压盖，同时利用螺栓与防松垫圈将轴端压盖固定在主轴102上，从而实现动环座301的轴向定位与固定。由于主轴102转速较高，产生扭矩较大，主轴102上可开设键槽，动环座301与主轴102间可采用键连接。主轴102除了以上结构和功能设计外，还可根据自身需求设计其他轴节的位置和尺寸。动环座301包括轴向相连的第一段3011和第二段3012，第一段3011的径向尺寸大于第二段3012的径向尺寸，动环302套装在第二段3012上以实现径向定位，即动环302通过内径实现径向定位；动环302轴向的两端分别通过第一段3011和动环压盖305固定，动环压盖305压紧动环302并通过螺纹件306固定在第二段3012上，从而实现动环302的轴向定位。由于主轴102转速较高，螺纹件306容易松动，故螺纹件与动环压盖305之间应该设置防松结构。在需要更换动环302时只需要拆卸螺纹件和动环压盖305，不需要拆卸主轴102上的轴套等零件，有利于动环302的反复拆装。动环座301与动环302之间通过传动销304实现周向定位并传递动力，使得动环302随着动环座301转动。静环303的一端面与动环302的一端面相互配合以形成摩擦副，动环302和静环303可以理解为本实施的高参数摩擦磨损试验台1000的试验件，可以更换。动环302和静环303的材料根据摩擦磨损试验需求设置，一般动环302为硬环，静环303为软环。动环302与静环303相互配合形成摩擦副，摩擦配合面平均直径超过130mm，配合电机101的最高转速30000r/min，使得试验的平均线速度可超过200m/s，达到高速水平。

测量装置4包括外花键401、内花键402、推力轴承组件403、传力杆404、第一力传感器405。外花键401、内花键402、推力轴承组件403均位于试验腔201中。静环303固定在外花键401上，例如，外花键401的一侧面上具有凹腔，静环303的另一端适配地嵌装于凹腔中，也就是说，静环303用外径进行径向定位。外花键401和内花键402通过花键相互配合，采用JB/ZQ 4372-2006标准，采用大径定心，从而实现内花键402与外花键401同轴滑动配合且在周向上固定。静环303与外花键401之间通过传扭销407实现周向定位并传递动力，即动环302与静环303的端面摩擦扭矩可通过传扭销407传递给外花键401，再通过花键配合传递给内花键402。在扭矩的传递下，内花键402和外花键401在周向运动的角度可视为一个零件；但是在轴向方向，内花键402、外花键401可以作相对运动，互不干扰。内花键402不与试验腔体202接触，这样，内花键402在摩擦磨损试验过程中可以避免与试验腔结构2之间产生摩擦，有效地保证了本实施例的高参数摩擦磨损试验台1000的摩擦副摩擦系数的准确测量。外花键401与推力轴承组件403同轴设置，推力轴承组件403可以将轴向载荷轴传递给外花键401，使得静环303与动环302端面接触，产生摩擦磨损。外花键401可浮动地支撑在推力轴承组件403的一端上，也就是说，外花键401的内周面与主轴102及主轴102上其他部件(这里主轴102及主轴102上的其他部件可认为是主轴系)之间不接触，这样，在摩擦磨损试验过程中,外花键401与主轴102及主轴102其他部件之间不存在摩擦扭矩，避免了现有技术中主轴系上的承受较高轴向力的轴承104本身的摩擦扭矩对摩擦副摩擦扭矩的严重影响，有效地保证了本实施例的高参数摩擦磨损试验台1000的摩擦副摩擦系数及摩擦扭矩的准确测量。传力杆404相对于内花键402呈径向设置，传力杆404的一端与内花键402固定，传力杆404的另一端位于试验腔结构2外；第一力传感器405设置在试验腔结构2外，使得传力杆404在具有旋转趋势时压迫第一力传感器405。由此，当摩擦副摩擦扭矩传递给外花键401及内花键402，使得传力杆404压迫第一力传感器405，通过第一力传感器405测量传力杆404的压力，该压力可以换算为摩擦副摩擦系数和摩擦扭矩。

加载装置5用于对推力轴承组件403的另一端施加轴向载荷，这里，轴向载荷可以为轴向重载，也就是轴向载荷比较大，例如可以为10000N的轴向载荷，通过加载装置5可实现轴向重载荷特点。由于加载装置5对推力轴承组件403的另一端施加轴向载荷，使得推力轴承组件403、外花键401及外花键401上的静环303沿轴向向动环302方向移动，使得动环302与静环303端面保持贴合，确保动环302和静环303在重载荷的作用下产生摩擦磨损，而内花键402没有位移，在不影响摩擦系数测量的前提下实现试验件磨损后的轴向位移补偿即摩擦副磨损量补偿，图5中示意出摩擦副轴向位移补偿后的状态A。

根据本发明实施例的高参数摩擦磨损试验台1000，试验时，加载装置5施加的轴向载荷依次通过推力轴承组件403、外花键401传递到静环303和动环302的端面；当主轴102在电机101的驱动下转动时，主轴102将带动动环座301及动环302同步转动，动环302与静环303端面摩擦即摩擦副产生摩擦，静环303将摩擦副摩擦扭矩通过传扭销407传递给外花键401、外花键401再通过花键配合传递给内花键402，内花键402再传递给传力杆404，然而，由于第一力传感器405位置固定，传力杆404无法旋转，故传力杆404与第一力传感器405接触并产生压力，第一力传感器405可以准确地测量传力杆404的压力。因此，此过程理论上静环303、外花键401、内花键402和传力杆404只有旋转的趋势，但不会产生旋转角度。将压力值结合高参数摩擦磨损试验台1000的相关尺寸、轴向载荷进行换算，即可获得动环302与静环303间的摩擦系数。将试验过程的各个摩擦系数记录下来并绘制曲线，即可获得动环302与静环303的摩擦系数随试验过程的变化，进一步研究材料的摩擦特性。由于在试验过程中，外花键401可浮动地支撑在推力轴承组件403的一端上，外花键401的内周面与主轴系之间不接触，这样，外花键401与主轴系之间不存在摩擦扭矩，避免了现有技术中主轴系上的承受较高轴向力的轴承104本身的摩擦扭矩对摩擦副摩擦扭矩的严重影响，同时，由于内花键402不与试验腔结构2接触，可以避免内花键402与试样腔结构之间产生摩擦，因此，第一压力传感器测量的压力基本上来源于摩擦副摩擦扭矩，因此，本实施例的高参数摩擦磨损试验台1000可以准确测量摩擦副摩擦系数和摩擦扭矩。

随着试验过程的开展，动环302和静环303的端面将产生磨损，轴向尺寸减少，此时两端面将分离。在加载装置5施加的轴向载荷的作用下，由于传力杆404受到试验腔结构2的约束，内花键402无法轴向运动，外花键401与内花键402通过花键配合，配合界面润滑良好，带着静环303向动环302靠近，保持两端面的接触，实现轴向位移补偿即摩擦副磨损量补偿。

根据本发明实施例的高参数摩擦磨损试验台1000，实现了有润滑条件下高工况参数摩擦磨损试验中摩擦系数和摩擦扭矩的准确测量，可获得摩擦系数随试验过程的变化，进一步研究材料的摩擦特性，同时具备了轴向位移补偿功能。

在一些实施例中，如图2所示，试验腔结构2上设有通孔，通孔的周边设有柔性圈205，传动杆适配地穿过柔性圈205。由此，传力杆404通过通孔及柔性圈205伸出试验腔结构2外，且不会与试验腔结构2刚性碰撞，实现传力杆404与试验腔结构2的柔性接触，避免卡死；并在动环302和静环303的摩擦磨损试验过程中，一方面，使得传力杆404、内花键402和外花键401有绕主轴102旋转的趋势时，传力杆404与第一力传感器405接触并产生压力，另一方面，传力杆404与内花键402无法轴向运动，静环303可以跟随外花键401轴向同步移动，有利于实现摩擦磨损量补偿。

在一些实施例中，如图2所示，推力轴承组件403包括推力轴承4031、推力轴承座4032；推力轴承4031的外圈固定在推力轴承座4032的内圆面上，推力轴承4031的内圈安装在外花键401的外圆面上，使得外花键401及内花键402在试验腔201中处于浮动状态，可在动环302的旋转带动下产生绕主轴102旋转的趋势。推力轴承座4032与加载装置5相连，传递加载装置5施加的轴向载荷。

在一些实施例中，如图2和图3所示，推力轴承组件403还包括至少三个轴向延伸的支撑杆4033；推力轴承座4032上设有三个间隔均匀且同心的弧形槽40321，三个支撑杆4033的一端间隔均匀地与外花键401固定，三个支撑杆4033的另一端分别可滑动地设置在对应的三个弧形槽40321中，三个支撑杆4033的另一端均为光滑段；由此，实现了外花键401和静环303的周向定位和支撑作用，为外花键401及内花键402承重。光滑段的设置可以采用聚四氟乙烯减磨材料套在金属杆上。在此结构下，支撑杆4033将外花键401及内花键402支承维持在该位置，在不安装传力杆404时，外花键401及内花键402在推力轴承4031的帮助下可以绕主轴102旋转，同时支撑杆4033的光滑段在弧形槽40321内滑动，摩擦力非常小。弧形槽40321的尺寸可限制外花键401及内花键402旋转的角度。

可选的，支撑杆4033的一端可以为螺纹段，采用与外花键401螺纹固定，组装方便。

在一些实施例中，如图2所示，外花键401在轴向上与推力轴承4031之间设置有限位环408，限位环408的厚度大于摩擦副的极限磨损量。在动环302与静环303进行摩擦磨损试验过程中，在轴向载荷的作用下，推力轴承座4032、外花键401及静环303向动环302移动时，由于内花键402不移动，限位环408可用于避免推力轴承4031与内花键402碰撞。

在一些实施例中，如图2所示，推力轴承座4032与试验腔201的内周壁间隙配合，推力轴承座4032与试验腔201的内周壁之间通过O型圈409密封和自动对中。可以理解的是，推力轴承座4032安装在试验腔201中，除了作为推力轴承4031的座体，还是一个大型活塞状轴承座。推力轴承座4032的外周面与试验腔201的内周壁为间隙配合，并推力轴承座4032开有环槽，用于放置O型圈409，可用于密封润滑介质；当推力轴承座4032在试验腔201中沿轴向运动时，推力轴承座4032上的O型圈409起调正推力轴承座4032的作用。推力轴承座4032上的O型圈409环槽较深，推力轴承座4032上的O型圈409压缩量较小，使得推力轴承座4032运动的摩擦力较小。

在一些实施例中，如图2所示，在实验台安装阶段，外花键401与推力轴承座4032之间可以通过轴向延伸的长螺栓406固定，便于安装；安装完成后将长螺栓406拆除才能开展实验。具体的，外花键401和推力轴承座4032上开设有工装孔，长螺栓406安装在外花键401和推力轴承座4032的工装孔中，将外花键401、推力轴承4031、推力轴承座4032等连接为一个整体，便于组装。

在一些实施例中，如图2所示，测量装置4还包括电涡流传感器6，电涡流传感器6设置在外花键401上，用于测量摩擦副的轴向磨损补偿量。具体的，外花键401上设有安装孔，电涡流传感器6安装在安装孔内，电涡流传感器6的探头朝向动环302。电涡流触感器测量探头到动环座301之间的距离，通过电涡流传感器6可获取轴向位移量，即动环302与静环303的磨损量。由于试验工况为高参数，端面磨损可能较快，在试验过程中，通过观察电涡流传感器6的读数，获取磨损量大小，即可预估摩擦磨损试验件的磨损程度，实时决定高参数摩擦磨损试验是否继续进行，以免由于摩擦副过度的磨损破坏了高参数摩擦磨损试验台1000的零件，影响了高参数摩擦磨损试验台1000的功能。

在一些实施例中，如图2所示，动环302与动环座301的轴向之间设有动环补偿垫片7，静环303与外花键401的轴向之间设有静环补偿垫片8，其中，动环补偿垫片7和静环补偿垫片8均为柔性接触垫片，动环补偿垫片7用于补偿动环302的表面加工误差及安装误差，静环补偿垫片8用于补偿静环303的表面加工误差及安装误差，使得动环302和静环303的表面互相接触时保持对中和贴合。动环补偿垫片7和静环补偿垫片8均可采用聚四氟乙烯等材料制成，具有摩擦力小，压缩性强的特点。当动环302与静环303不均匀接触时，接触之处受压，将压缩柔性接触垫片(即动环补偿垫片7和静环补偿垫片8)，使柔性接触垫片厚度变薄，促进了动环302与静环303非接触区域不断靠近，达到均匀接触状态，从而实现对试验件(即动环302和静环303)本身的补偿效果。柔性接触垫片的厚度需要与试验件相配合，尽量做得比较薄，从而不影响试验件的装配尺寸和位置。

在一些实施例中，如图2所示，动环座301上设有用于增重的螺纹孔3013，螺纹孔3013可以沿轴向开设，作为试验台动平衡时的增重位置。通过在动环座301上开设螺纹孔3013，可以方便地在螺纹孔3013处螺纹安装增重部件，以使动环座301旋转时保持动平衡状态。

在一些实施例中，如图1和图2所示，加载装置5包括加载器件501、推杆接头502、受力块503和第二力传感器504；加载器件501上具有推杆5011，推杆5011的一端安装有推杆接头502，推杆5011及推杆接头502穿过试验腔结构2的另一端，推杆接头502具有凸球面，受力块503具有凹球面，凸球面和凹球面配合，受力块503通过第二力传感器504与推力轴承组件403的另一端相连。

具体的，加载器件501可以为油缸、气缸、电缸等。加载器件501具有一端带螺纹的推杆5011，加载器件501作为执行机构，在动力机构的帮助下能施加轴向载荷。执行机构和动力机构有很多种组合，例如电缸和控制器，气缸和气源，油缸和液压站等。加载力的大小由执行机构和动力机构共同决定。以油缸和液压站为例，通过油缸活塞的直径以及液压站的压力范围，可以计算得油缸输出推力的大小。本实施例可施加最大10000N的轴向载荷。推杆接头502的一端与加载器件501的推杆5011的一端螺纹连接，推杆接头502的另一端具有凸球面，受力块503的一端具有凹球面，凸球面与凹球面配合，受力块503的另一端为螺柱，受力块503通过螺柱安装在第二力传感器504上，第二力传感器504与推力轴承座4032固定。由于推杆5011结构的凸球面与受力块503的凹球面配合，可实现对偏载的补偿，用于接受加载器件501的推杆5011施加的载荷并能将载荷均匀且沿轴向施加于第二力传感器504上。第二力传感器504用于测量轴向加载的大小。由于加载器件501设置在试验腔结构2外，而第二力传感器504与受力块503安装在推力轴承座4032上，在试验腔201中。为此试验腔结构2的另一端开有能伸入推杆接头502的孔，使得试验腔结构2外的加载器件501的加载推杆5011可以通过该孔进入试验腔201中，与受力块503接触。该孔的直径应大于推杆接头502的外径。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种高参数摩擦磨损试验台，其特征在于，包括：

驱动与传动装置，所述驱动与传动装置包括电机和与所述电机相连的主轴；

试验腔结构，所述试验腔结构限定有封闭的试验腔，所述试验腔用于支撑不同介质、不同润滑状态下的高参数摩擦磨损特性试验；所述主轴的一端可转动地穿过所述试验腔结构的一端而设置于所述试验腔中；

摩擦配副装置，所述摩擦配副装置设置于所述试验腔中且包括动环座、动环和静环，所述动环通过所述动环座固定在所述主轴上，所述静环的一端面与所述动环的一端面相互配合以形成摩擦副；

测量装置，所述测量装置包括外花键、内花键、推力轴承组件、传力杆、第一力传感器；所述外花键、所述内花键、所述推力轴承组件均位于所述试验腔中；所述静环固定在所述外花键上，所述内花键与所述外花键同轴滑动配合且在周向上固定；所述外花键与所述推力轴承组件同轴设置，所述外花键可浮动地支撑在所述推力轴承组件的一端上；所述传力杆相对于所述内花键呈径向设置，所述传力杆的一端与所述内花键固定，所述传力杆的另一端位于所述试验腔结构外；所述第一力传感器设置在所述试验腔结构外，所述传力杆在具有旋转趋势时压迫所述第一力传感器；

加载装置，所述加载装置用于对所述推力轴承组件的另一端施加轴向载荷。

2.根据权利要求1所述的高参数摩擦磨损试验台，其特征在于，所述试验腔结构上设有通孔，所述通孔的周边设有柔性圈，所述传动杆适配地穿过所述柔性圈。

3.根据权利要求1所述的高参数摩擦磨损试验台，其特征在于，所述推力轴承组件包括推力轴承、推力轴承座；所述推力轴承的外圈固定在所述推力轴承组的内圆面上，所述推力轴承的内圈安装在所述外花键的外圆面上。

4.根据权利要求3所述的高参数摩擦磨损试验台，其特征在于，所述推力轴承组件还包括至少三个轴向延伸的支撑杆；所述推力轴承座上设有三个间隔均匀且同心的弧形槽，三个所述支撑杆的一端间隔均匀地与所述外花键固定，三个所述支撑杆的另一端分别可滑动地设置在对应的三个所述弧形槽中，三个所述支撑杆的另一端均为光滑段。

5.根据权利要求3所述的高参数摩擦磨损试验台，其特征在于，所述外花键在轴向上与所述推力轴承之间设置有限位环，所述限位环的厚度大于所述摩擦副的极限磨损量。

6.根据权利要求3所述的高参数摩擦磨损试验台，其特征在于，所述推力轴承座与所述试验腔的内周壁间隙配合，所述推力轴承座与所述试验腔的内周壁之间通过O型圈密封和自动对中。

7.根据权利要求1中任意一项所述的高参数摩擦磨损试验台，其特征在于，所述测量装置还包括电涡流传感器，所述电涡流传感器设置在所述外花键上，用于测量所述摩擦副的轴向磨损补偿量。

8.根据权利要求1所述的高参数摩擦磨损试验台，其特征在于，所述动环与所述动环座的轴向之间设有动环补偿片，所述静环与所述外花键的轴向之间设有静环补偿片。

9.根据权利要求1所述的高参数摩擦磨损试验台，其特征在于，所述动环座上设有用于增重的螺纹孔。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的高参数摩擦磨损试验台，其特征在于，所述加载装置包括加载器件、推杆接头、受力块和第二力传感器；所述加载器件上具有推杆，所述推杆的一端安装有所述推杆接头，所述推杆及所述推杆接头穿过所述试验腔结构的另一端，所述推杆接头具有凸球面，所述受力块具有凹球面，所述凸球面和所述凹球面配合，所述受力块通过所述第二力传感器与所述推力轴承组件的另一端相连。

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