CN202735180U - 一种钢丝微动摩擦磨损试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钢丝微动摩擦磨损试验机，包括底板及机架，钢丝微动摩擦磨损试验机还包括下工作台、上工作台、微动驱动机构和加载机构；所述上工作台和下工作台分别固定有试样钢丝，两个所述试样钢丝接触；所述微动驱动机构设置有用于检测所述下工作台运动位移的位移传感器，所述加载机构设置有用于检测所述上工作台承受的压力的压力传感器，所述机架上固定有拉压传感器，所述拉压传感器连接所述上工作台；所述钢丝微动摩擦磨损试验机还设置有用于分别对所述微动驱动机构与所述加载机构进行无级控制并接收所述位移传感器、压力传感器与拉压传感器的检测数据的控制装置。本实用新型的钢丝微动摩擦磨损试验机结构简单、可以进行无级控制。

Description

一种钢丝微动摩擦磨损试验机

技术领域

本实用新型涉及钢丝摩擦试验，更具体的说，涉及一种钢丝微动摩擦磨损试验机。

背景技术

微动磨擦磨损试验机是用来测试和研究两个接触表面间，在微振幅相对滑动工况下，材料的磨擦磨损性能、磨损疲劳性能的试验装置。产生微小振幅滑动的方法包括机械驱动、液压驱动、电磁驱动。试验加载方式包括砝码加载，电磁加载、液压加载。专利CN200420080073.8公开了一种采用机械驱动式的钢丝微动磨损试验机，该试验机利用电动机驱动凸轮，凸轮驱动一块悬臂杆，实现微动台的驱动；采用压砝码方式实现试验的加载。凸轮驱动方式可在较大振幅下工作，负载也可在任意范围内变动，但进行不同的行程的磨损试验时，需更换不同的凸轮。每个凸轮对应一个固定的滑动行程，因此，采用凸轮驱动方式，滑动行程调节是有级的，不方便连续变化，这对需进行连续调节滑动行程的试验造成不便。同时由于凸轮本身的磨擦磨损，微动位移的误差会积累。采用压砝码方式加载，载荷稳定，结构简单，但不可实现载荷的连续、动态加载。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术中等缺陷，提供一种结构简单、可以进行无级控制的钢丝微动摩擦磨损试验机。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种钢丝微动摩擦磨损试验机，包括底板及安装在底板上的机架，钢丝微动摩擦磨损试验机还包括下工作台、上工作台、用于驱动所述下工作台的微动驱动机构和用于对所述上工作台施加压力的加载机构；所述下工作台、上工作台、微动驱动机构和加载机构均安装在所述机架上；所述上工作台和下工作台分别固定有试样钢丝，两个所述试样钢丝接触；

所述微动驱动机构设置有用于检测所述下工作台运动位移的位移传感器，所述加载机构设置有用于检测所述上工作台承受的压力的压力传感器，所述机架上固定有拉压传感器，所述拉压传感器连接所述上工作台；

所述钢丝微动摩擦磨损试验机还设置有用于分别对所述微动驱动机构与所述加载机构进行无级控制并接收所述位移传感器、压力传感器与拉压传感器的检测数据的控制装置。

在本实用新型所述的钢丝微动摩擦磨损试验机中，所述微动驱动机构包括悬臂弹性板组件和分别设置在所述悬臂弹性组件两侧的两个驱动组件，所述悬臂弹性板组件与所述下工作台固定连接；

每个所述驱动组件包括固定设置在所述悬臂弹性板组件上的微执行动子和与所述微执行动子相对设置的驱动电磁铁，所述驱动电磁铁与所述微执行动子相斥，所述驱动电磁铁与所述控制装置电连接；

所述悬臂弹性板组件上固定设置有位移磁铁，所述位移传感器与所述位移磁铁相对设置。

在本实用新型所述的钢丝微动摩擦磨损试验机中，所述悬臂弹性板组件包括通过推杆相连的主动悬臂弹性板和从动悬臂弹性板；所述微执行动子和所述位移磁铁分别固定在所述主动悬臂弹性板上，所述从动悬臂弹性板通过推杆与所述下工作台固定连接。

在本实用新型所述的钢丝微动摩擦磨损试验机中，所述机架上还设置有用于限制所述主动悬臂弹性板运动位移的限位螺钉，所述限位螺钉包括分别设置在所述主动悬臂弹性板两侧的前进限位螺钉和后退限位螺钉。

在本实用新型所述的钢丝微动摩擦磨损试验机中，所述加载机构还包括加载磁铁和电磁线圈，所述加载磁铁与所述电磁线圈相对设置，所述电磁线圈安装在所述机架上，且与所述控制装置电连接；

所述压力传感器设置在所述上工作台的上表面，所述加载磁铁固定在所述压力传感器上。

在本实用新型所述的钢丝微动摩擦磨损试验机中，所述加载机构还包括用于放置砝码的砝码盘，所述砝码盘通过顶杆固定在所述加载磁铁上表面，所述顶杆穿过所述电磁线圈且与所述电磁线圈分离。

在本实用新型所述的钢丝微动摩擦磨损试验机中，所述拉压传感器通过球头杆连接所述上工作台，所述拉压传感器上设置有球头杆螺母，所述上工作台上设置有连接螺母，所述球头杆的球头端与所述球头杆螺母相连，所述球头杆的杆端与所述连接螺母相连。

在本实用新型所述的钢丝微动摩擦磨损试验机中，所述上工作台设置有转动盘，所述转动盘标示有角度刻度值，所述试样钢丝固定安装在所述转动盘上。

在本实用新型所述的钢丝微动摩擦磨损试验机中，所述下工作台通过变形肋板安装在所述机架上，所述变形肋板开设有柔性槽；

所述机架上还设置有用于限制所述上工作台在所述下工作台运动方向的垂直方向上移动的肋板。

在本实用新型所述的钢丝微动摩擦磨损试验机中，所述控制装置包括用于控制的控制器与用于数据分析处理及存储的上位机；

所述控制器包括处理单元及分别与所述处理单元相连的信号调理单元、驱动单元、供电单元、显示单元和键盘单元，所述位移传感器、压力传感器与拉压传感器分别连接所述信号调理单元，所述驱动电磁铁与所述驱动单元电连接，所述供电单元与所述电磁线圈电连接。

本实用新型的钢丝微动摩擦磨损试验机具有以下有益效果：控制装置可以对微动驱动机构和加载机构进行无级控制，操作方便、精度高，此外，结构也比较简单。

微动驱动机构通过两组驱动组件驱动，每个驱动组件分别包括驱动电磁铁和微执行动子，方便实施无极控制；限位螺钉对主动悬臂弹性板运动位移进行限制，同时也是对其滑动位移的振幅调整；可以单独采用砝码或者电磁线圈方式加载，也可以二者混合加载，能够试验载荷可以连续设定，更适合各种变化载荷下的试验需要。通过压力传感器实时测量加载压力，加载压力误差小；试样钢丝可以随着转动盘转动不同的角度，从而可以进行不同接触角下的钢丝摩擦磨损试验。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型钢丝微动摩擦磨损试验机的结构示意图；

图2是本实用新型微动驱动机构与下工作台的装配关系图；

图3是本实用新型上工作台与拉压传感器的装配关系图；

图4是本实用新型控制装置的原理框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1、图2及图3分别示出了本实用新型的钢丝微动摩擦磨损试验机的不同视角，该试验机包括底板1及安装在底板1上的机架2，钢丝微动摩擦磨损试验机还包括下工作台19、上工作台14、微动驱动机构17和加载机构10，下工作台19、上工作台14、微动驱动机构17和加载机构10均安装在机架2上；上工作台14和下工作台19分别固定有试样钢丝15、20，两个试样钢丝15、20接触，可以理解的是，下工作台19上的试样钢丝15是安装在上表面的，而上工作台14上的试样钢丝20是安装在下表面的，于是两者接触且在相对运动过程中产生一定的摩擦；在实际工作中，微动驱动机构17驱动下工作台19进行运动，加载机构10对上工作台14施加压力以改变摩擦。

如图2所示，微动驱动机构17设置有位移传感器26，位移传感器26对下工作台19运动位移进行检测，如果结合时间用户还可以获得其移动的速度；加载机构10设置有压力传感器13，压力传感器13对加载机构10对上工作台14加载的压力进行检测；此外，机架2上固定有拉压传感器3，拉压传感器3连接上工作台14。

钢丝微动摩擦磨损试验机还设置有控制装置，检测时，控制装置对微动驱动机构17和加载机构10进行无级控制，同时控制装置接收位移传感器26、压力传感器13与拉压传感器3的检测数据以用于分析处理。

微动驱动机构17的一种实施方式是包括悬臂弹性板组件和分别设置在悬臂弹性组件两侧的两个驱动组件，悬臂弹性板组件与下工作台19固定连接；

每个驱动组件包括固定设置在悬臂弹性板组件上的微执行动子28、31和与微执行动子相对设置的驱动电磁铁27、32，其中，微执行动子是指在驱动电磁铁的作用下使下工作台能够产生微动位移的执行器。每一对驱动电磁铁与微执行动子相斥，驱动电磁铁27、32与控制装置电连接；试验时，控制装置分别调节两个驱动电磁铁27、32的磁性，从而控制两个驱动组件产生的斥力的大小，根据两个斥力大小的差别以实现悬臂弹性板组件前进或后退，由于悬臂弹性板组件与下工作台19固定，悬臂弹性板组件的位移也就是下工作台19的位移。

相应的，悬臂弹性板组件上固定设置有位移磁铁25，位移传感器26与位移磁铁25相对设置。由于位移磁铁25随着悬臂弹性板组件的运动而运动，位移传感器26的一种实施方式是采用线性霍尔元件3503芯片，基于位移磁铁25在不同的位置上产生的磁场强度不同来检测自身与位移磁铁25的距离，还可以采用PI算法控制工作台运行速度。此外，也可以设置只设置驱动组件，但这种实施方式只能进行一种运动方式的试验，当然驱动组件也不限于本实用新型公开的实施方式，可以是其他任意能够驱动悬臂弹性板组件运动的结构。

悬臂弹性板组件的一种实施方式是包括通过推杆23相连的主动悬臂弹性板24和从动悬臂弹性板22；微执行动子28、31和位移磁铁25分别固定在主动悬臂弹性板24上，从动悬臂弹性板22通过推杆16与下工作台19固定连接。通过两级悬臂弹性板对位移的缩小来实现滑台的微动行程驱动，具有精度高、结构简单、安装方便的特点。

优选的，机架2上还设置有限位螺钉，限位螺钉对主动悬臂弹性板24运动位移进行限制，同时也是对其滑动位移的振幅调整，限位螺钉包括分别设置在主动悬臂弹性板24两侧的前进限位螺钉30和后退限位螺钉29。一种试验方式为，控制装置输出控制电压，主动悬臂弹性板24压向后退限位螺钉29端，并与其紧贴。调整后退限位螺钉29使其达到合适的位置，然后按下后退位置确定按键，此时控制装置通过位移传感器26的测量记录下当前位移值；控制装置调整控制电压使主动悬臂弹性板24前进，主动悬臂弹性板24压向移动至限位螺钉30端，并与其紧贴。调整好前进限位螺钉30的位置后，按下前进位置确定按键，控制装置记录下工作台19当前位移。

如图1所示，除了压力传感器13以外，加载机构10还包括加载磁铁12和电磁线圈7，加载磁铁12与电磁线圈7相对设置，电磁线圈7安装在机架2上（图中未示出）；压力传感器13设置在上工作台14的上表面，加载磁铁12固定在压力传感器13上。

通过电磁线圈7中电流的变化从而电磁线圈7产生的磁场也会发生变化，从而可以改变上工作台14承受的压力，实现了压力的动态加载，连续可变，使试验更加方便，其中电磁线圈7所加载的电流及其变化也控制装置根据压力传感器13反馈的数据来进行调节的。

优选的，加载机构10还可以包括用于放置砝码8的砝码盘9，砝码盘9通过顶杆11固定在加载磁铁12上表面，顶杆11穿过电磁线圈7且与电磁线圈7分离，也就是说顶杆11与电磁线圈7无机械接触，以免压力传感器13测试到的压力与实际压力存在出入。可以理解的是，砝码盘9和顶杆11均采用轻质量的非铁磁材料制成。在具体试验时，可以首先根据一个大概的压力范围在砝码盘9上放置砝码8，然后再通过改变电磁线圈7中加载的电流来实现压力的调节。

具体试验时可以单独采用砝码8或者电磁线圈7方式加载，也可以二者混合加载，能够试验载荷可以连续设定，更适合各种变化载荷下的试验需要。通过压力传感器实时测量加载压力，并采用PID闭环控制加载压力，加载压力误差小。

优选的，上工作台14设置有转动盘，转动盘33标示有角度刻度值，试样钢丝20固定安装在转动盘33上，该试样钢丝20可以随着转动盘33转动不同的角度，从而可以进行不同接触角下的钢丝摩擦磨损试验。

此外，试验机的一个实施例中，如图3所示，拉压传感器3通过球头杆5连接上工作台，拉压传感器3上设置有球头杆螺母4，上工作台上设置有连接螺母6，球头杆5的球头端与球头杆螺母4相连，球头杆5的杆端与连接螺母6相连，其中，拉压传感器3测量的两个试样钢丝15、20之间的摩擦力信号。

下工作台通过变形肋板18安装在机架2上，变形肋板18开设有柔性槽，从而使下工作台19可以随着微动驱动机构17的运动而运动。

机架上还设置有肋板34，该肋板34用于限制上工作台14在下工作台17运动方向的垂直方向上移动，使上工作台14不会在试验过程中晃动，也避免了上工作台固定使拉压传感器无法测得实际数据的情况。肋板34的一种装配方式是在机架2上设置滑槽，肋板34一端滑动插装在滑槽内，另一端与上工作台14固定。

如图4所示，本实用新型的控制装置包括控制器35与上位机36，其中上位机36用于数据分析处理及存储，即对测试得到的数据进行处理，而控制器35用于对整个试验过程的控制。

控制器35包括处理单元37及分别与处理单元37相连的信号调理单元38、驱动单元39、供电单元42、显示单元41和键盘单元40，位移传感器26、压力传感器13与拉压传感器3分别连接信号调理单元38，驱动电磁铁27、32与驱动单元39电连接，供电单元42与所述电磁线圈7电连接。

其中，信号调理单元38、驱动单元39、显示单元41均通过电路实现，处理单元37为单片机；在一个具体的实施例中，拉压传感器3测量的摩擦力信号，压力传感器13测量的加载力信号及位移传感器26测量的位移信号经信号调理电路进行信号调理后，进入STM32单片机；STM32单片机采用其内部集成的高精度AD转换器对信号进行采样，运行加载压力控制环的PID算法和速度控制环的PI算法，并输出3路PWM信号，实现加载压力、下工作台前进和后退的速度控制，并通过串口与上位机36通信；驱动电磁铁27、32的接线端串联连接，采用高精度稳压直流电源供电。此外，键盘单元40用于对前进或后退的运动下达指令。

试验机工作时，在控制器35的控制下，两个驱动组件都产生相互排斥的电磁推力，当驱动电磁铁27和微执行动子28作用产生的推力大于驱动电磁铁32和微执行动子31作用产生的推力时，下工作台前进，反之下工作台后退；为减少冲击，当主动臂弹性板24的运动端接近限位螺钉30，控制器35通过PWM输出，增大微执行动子31中的输入电压以降低前进速度，同理，当主动悬臂弹性板24运动端接近后退限位螺钉29，控制器35增大微执行动子28中的输入电压以降低后退速度。由于整个过程都可以通过自动控制完成，预先可以通过上位机设置试验循环次数、速度、加载力等数据，并指示控制其35开始测试，等试验达到设定的循环次数后，控制器35控制试验机停机。

虽然本实用新型是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本实用新型做各种修改，而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (10)

1.一种钢丝微动摩擦磨损试验机，包括底板（1）及安装在底板（1）上的机架（2），其特征在于，钢丝微动摩擦磨损试验机还包括下工作台（19）、上工作台（14）、用于驱动所述下工作台（19）的微动驱动机构（17）和用于对所述上工作台（14）施加压力的加载机构（10）；所述下工作台（19）、上工作台（14）、微动驱动机构（17）和加载机构（10）均安装在所述机架（2）上；所述上工作台（14）和下工作台（19）分别固定有试样钢丝（15、20），两个所述试样钢丝（15、20）接触；

所述微动驱动机构（17）设置有用于检测所述下工作台（19）运动位移的位移传感器（26），所述加载机构（10）设置有用于检测所述上工作台（14）承受的压力的压力传感器（13），所述机架（2）上固定有拉压传感器（3），所述拉压传感器（3）连接所述上工作台（14）；

所述钢丝微动摩擦磨损试验机还设置有用于分别对所述微动驱动机构（17）与所述加载机构（10）进行无级控制并接收所述位移传感器（26）、压力传感器（13）与拉压传感器（3）的检测数据的控制装置。

2.根据权利要求1所述的钢丝微动摩擦磨损试验机，其特征在于，所述微动驱动机构（17）包括悬臂弹性板组件和分别设置在所述悬臂弹性组件两侧的两个驱动组件，所述悬臂弹性板组件与所述下工作台（19）固定连接；

每个所述驱动组件包括固定设置在所述悬臂弹性板组件上的微执行动子和与所述微执行动子相对设置的驱动电磁铁，所述驱动电磁铁与所述微执行动子相斥，所述驱动电磁铁与所述控制装置电连接；

所述悬臂弹性板组件上固定设置有位移磁铁（25），所述位移传感器（26）与所述位移磁铁（25）相对设置。

3.根据权利要求2所述的钢丝微动摩擦磨损试验机，其特征在于，所述悬臂弹性板组件包括通过推杆（23）相连的主动悬臂弹性板（24）和从动悬臂弹性板（22）；所述微执行动子（28、31）和所述位移磁铁（25）分别固定在所述主动悬臂弹性板（24）上，所述从动悬臂弹性板（22）通过推杆（16）与所述下工作台（19）固定连接。

4.根据权利要求3所述的钢丝微动摩擦磨损试验机，其特征在于，所述机架（2）上还设置有用于限制所述主动悬臂弹性板（24）运动位移的限位螺钉，所述限位螺钉包括分别设置在所述主动悬臂弹性板（24）两侧的前进限位螺钉（30）和后退限位螺钉（29）。

5.根据权利要求4所述的钢丝微动摩擦磨损试验机，其特征在于，所述加载机构（10）还包括加载磁铁（12）和电磁线圈（7），所述加载磁铁（12）与所述电磁线圈（7）相对设置，所述电磁线圈（7）安装在所述机架（2）上，且与所述控制装置电连接； 

所述压力传感器（13）设置在所述上工作台（14）的上表面，所述加载磁铁（12）固定在所述压力传感器（13）上。

6.根据权利要求5所述的钢丝微动摩擦磨损试验机，其特征在于，所述加载机构（10）还包括用于放置砝码（8）的砝码盘（9），所述砝码盘（9）通过顶杆（11）固定在所述加载磁铁（12）上表面，所述顶杆（11）穿过所述电磁线圈（7）且与所述电磁线圈（7）分离。

7.根据权利要求6所述的钢丝微动摩擦磨损试验机，其特征在于，所述拉压传感器（3）通过球头杆（5）连接所述上工作台（14），所述拉压传感器（3）上设置有球头杆螺母（4），所述上工作台（14）上设置有连接螺母（6），所述球头杆（5）的球头端与所述球头杆螺母（4）相连，所述球头杆（5）的杆端与所述连接螺母（6）相连。

8.根据权利要求7所述的钢丝微动摩擦磨损试验机，其特征在于，所述上工作台（14）设置有转动盘（33），所述转动盘（33）标示有角度刻度值，所述试样钢丝（20）固定安装在所述转动盘（33）上。

9.根据权利要求8所述的钢丝微动摩擦磨损试验机，其特征在于，所述下工作台（19）通过变形肋板（18）安装在所述机架（2）上，所述变形肋板（18）开设有柔性槽；

所述机架（2）上还设置有用于限制所述上工作台（14）在所述下工作台（19）运动方向的垂直方向上移动的肋板（34）。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的钢丝微动摩擦磨损试验机，其特征在于，所述控制装置包括用于控制的控制器（35）与用于数据分析处理及存储的上位机（36）；

所述控制器（35）包括处理单元（37）及分别与所述处理单元（37）相连的信号调理单元（38）、驱动单元（39）、供电单元（42）、显示单元（41）和键盘单元（40），所述位移传感器（26）、压力传感器（13）与拉压传感器（3）分别连接所述信号调理单元（38），所述驱动电磁铁（27、32）与所述驱动单元（39）电连接，所述供电单元（42）与所述电磁线圈（7）电连接。

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