CN204988921U - 磨损间隙调整式环块摩擦磨损试验机 - Google Patents

Abstract

一种磨损间隙调整式环块摩擦磨损试验机，解决了现有摩擦磨损机无法在同一台试验机上实现试环与试块的加载及间隙调整的问题。包括机座，固定在机座上的动力与传动机构和设置有加载机构、试验机构的料箱，以及测量控制回路。其技术要点是：加载机构包括调整杆、手柄、微调刻度盘、固定座、带有夹具的导向座和导轨，调整杆的螺柱段与料箱的螺纹孔相配合形成螺旋配副，调整杆顶端固接有手柄，旋转手柄，实现定量垂直加载和精确调整试块与试环之间的间隙，并通过固定装置对其进行固定。其设计合理、与现有同类产品相比结构简单，试环和橡胶试块装卸方便，运行稳定，间隙调整操作容易、间距精确，进一步提高试验结果与实际工况相符的可靠性。

Description

磨损间隙调整式环块摩擦磨损试验机

技术领域

本实用新型涉及一种摩擦磨损试验机，具体说是一种橡胶试块与金属试环配副在含固体颗粒的液体介质中进行摩擦学性能研究的磨损间隙调整式环块摩擦磨损试验机。可用于干摩擦下的橡胶试块与金属试环配副的摩擦磨损试验，也可用于在含固体颗粒的液体介质下或干摩擦下的金属试环与金属试块配副的摩擦磨损试验。

背景技术

目前，橡胶/金属配副组成的液体输送设备在原油开采、矿山钻探中应用广泛，如潜油螺杆泵中的金属转子与橡胶定子的配副、螺杆混输泵的橡胶衬套与金属螺杆的配副等。在实际使用过程中，橡胶衬套材料不仅受到金属配副和液体介质（如原油、矿浆等）中固体颗粒的挤压与剪切造成材料的流失，而且还受到液体介质本身的溶胀腐蚀，致使橡胶材料的使役性能大大降低。投入使用时，为了保证容积效率，橡胶与金属配副之间一般为过盈配合。当运行一段时间后，固体颗粒的参与以及金属转子的挤压与剪切，将使橡胶发生磨损。橡胶与金属配副之间的过盈量就会减小，逐渐由过盈配合向间隙配合过渡，致使容积效率降低。当橡胶与金属之间存在间隙时，粘稠液体介质携带固体颗粒对橡胶表面产生切削造成材料流失。当橡胶磨损达到一定程度，排量达不到使用要求时，液体介质输送设备报废。可以看出，橡胶在运行过程中从过盈配合到间隙配合中的磨损失效问题直接关系到液体介质输送设备的使用寿命，一直是原油开采、矿山钻探等领域关心的问题。为了提高橡胶摩擦元件的耐磨性能和液体介质输送设备的使用寿命，优选橡胶摩擦元件和掌握摩擦磨损的机理，成为液体介质输送设备设计的重中之重。因此，必须选用合适的与实际工况相符的摩擦磨损试验机对橡胶材料进行摩擦磨损试验。

结合液体输送设备中金属转子与橡胶定子配副之间的运动关系，环块式摩擦磨损试验机常用来研究橡胶/金属配副的摩擦磨损行为。据相关文献报道，常规的环块式摩擦磨损试验机已经有很多，且大部分都是针对金属材料摩擦配副设计和制造的。如专利公开号为CN103604710A的“一种台式环块摩擦磨损试验仪”，公开了一种在无液体介质的工况下进行机械摩擦磨损的试验机。其结构：包括驱动部分，试验部分，测量部分和加载部分；驱动部分的电机固定在电动机支架上，直接由电机轴带动试环旋转；试验部分的试环装夹在连接电机轴的套筒上，试块用楔块夹紧在可多位置安装的底座夹具中；测量部分由温度传感器和测力传感器组成；加载部分是手动加载，由锥齿轮带动丝杠推动弹簧支撑板，再由弹簧推动工作台向上运动，从而使试环和试块接触并挤紧，能够有效地测量不同载荷下试件温度、摩擦力及摩擦系数的变化。但是，该试验机受其结构限制，存在无法精确调整试环和试块之间的磨损间隙的问题。本申请人的研究人员曾根据现有技术存在的在试验过程中速度无法智能调控等问题，在《润滑与密封》第35卷第5期发表了“基于人工神经网络技术的环块试验机智能测控系统”的论文，其公开的智能测控系统以工控机为核心，集数据采集、数据处理和实验环境控制为一体，既可实现温度、载荷、摩擦力、线速度和摩擦因数等参数的实时检测，又能对线速度进行实时调控。又设计出专利公开号为CN103245582A的“一种速度智能调控的环块摩擦磨损试验机”。其公开的技术方案：包括传动部分、环-块摩擦副、加载装置、加热装置和样品台；传动部分包括主轴，主轴上安装有摩擦环，加载装置推动的顶杆上方的样品台上安装有块状试样，摩擦环与块状试样相对设置，形成环-块摩擦副等。其主要解决了现有技术中存在的在试验过程中速度无法智能调控等问题。该试验机虽然可以实现对各种信号的精确采集，而且采用智能优化算法能够实现速度的智能控制，但是，在实际试验中发现，加载装置以及通过顶杆连接料筒中样品台的结构，存在影响试块与试环运行的稳定性、料筒中介质易泄漏等问题，仍无法精确调整试环与橡胶试块之间的磨损间隙，不能模拟与实际工况相符的试环与橡胶试块之间有间隙时的摩擦磨损试验。

综上所述，利用现有的试验机进行摩擦磨损试验，无法实现在同一台试验机上进行定量加载和精确调整橡胶试块与试环之间的间隙，不能满足橡胶试块与试环有间隙时在含固体颗粒的粘稠液体介质工况下的摩擦学性能研究的要求。因此，有必要设计出一种满足试验结果与实际工况相符要求的环块式摩擦磨损试验机。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种磨损间隙调整式环块摩擦磨损试验机，解决了现有摩擦磨损机无法在同一台试验机上实现试环与试块的加载及间隙调整的问题，其设计合理，与现有同类产品相比结构简单，试环和橡胶试块装卸方便，运行稳定，间隙调整操作容易、间距精确，进一步提高试验结果与实际工况相符的可靠性。

本实用新型所采用的技术方案是：该磨损间隙调整式环块摩擦磨损试验机包括机座，固定在机座上的动力与传动机构和设置有加载机构、试验机构的料箱，以及测量控制回路，动力与传动机构包括通过联轴器连接在同一轴心线上的组装在主轴箱中的主轴、固定有扭矩传感器的传动轴和伺服电机的输出轴，试验机构采用由试环和橡胶试块构成的线接触摩擦副，其技术要点是：所述加载机构包括调整杆、带有标尺的手柄、与手柄的标尺相匹配的微调刻度盘、设置在料箱上的固定座、带有夹具的导向座和导轨，手柄固接在调整杆顶端，微调刻度盘组装在固定座上，调整杆的螺柱段与料箱的螺纹孔相配合形成螺旋配副，调整杆底端的连杆段与导向座连接在一起；试验机构的橡胶试块和试环浸泡在料箱的含固体颗粒的液体介质中，试环通过紧定螺钉和紧固压板固定连接在主轴的端部，固定试环的主轴端利用机械密封与料箱壁封装，橡胶试块固定在夹具的卡槽内，随导向座沿导轨轴向移动；转动手柄，调整杆沿轴向移动，带动导向座一起沿导轨轴向移动，使橡胶试块与试环之间压紧或脱离，实现垂直加载或调整橡胶试块与试环之间的间隙，并通过固定装置对调整杆进行固定。

所述夹具通过螺钉固定在导向座上，导向座通过万向珠轴承与调整杆相连。

所述调整杆的螺柱段的螺纹螺距为1mm，导程为1mm。

所述微调刻度盘的表面贴有环形刻度尺，微调刻度盘在固定座上绕调整杆轴线周向转动，以调整手柄的标尺正对微调刻度盘上的环形刻度尺零刻线的位置。

所述环形刻度尺每一小格精度为0.1mm，量程为1mm。

所述采用剖分结构的料箱在相对固定试环的主轴端的一侧封装有观察窗。

本实用新型优点及积极效果是：由于本实用新型是在本申请人在先专利“一种速度智能调控的环块摩擦磨损试验机”的基础上改进的，采用了包括通过联轴器连接在同一轴心线上的组装在主轴箱中的主轴、固定有扭矩传感器的传动轴和伺服电机输出轴的动力与传动机构，所以除保留原技术方案的解决技术问题的优点外，因从根本上改进了加载机构，重新设计了构成线接触摩擦副的试环和橡胶试块的连接结构，试环通过紧固螺钉和紧固压板安装在主轴的端部，固定试环的主轴端利用机械密封与料箱壁封装，有效地防止了料箱中液体介质的泄漏，橡胶试块固定在夹具的卡槽内，随导向座沿导轨轴向移动，运行稳定，故其设计合理、与现有同类产品相比结构简单，试环和橡胶试块装卸方便，不易损坏。

另外，加载机构带有标尺的手柄固接在调整杆顶端，与手柄的标尺相匹配的微调刻度盘组装在固定座上，调整杆的螺柱段与料箱的螺纹孔配合形成螺旋配副，调整杆底端的连杆段与导向座连接在一起，通过反向旋转手柄，调整杆沿轴向移动，带动导向座一起沿导轨轴向上移，使橡胶试块与试环之间脱离，并通过固定装置对调整杆进行固定。间隙调整操作容易、间距精确，可以满足摩擦磨损试验中精确调整试验间隙的要求；正向旋转手柄，调整杆沿轴向移动，带动导向座一起沿导轨轴向下移，使橡胶试块与试环之间压紧，并通过固定装置对调整杆进行固定。实现试环对橡胶试块的垂直加载，所加载荷大小与垂直下降的尺度成线性关系。因此，进一步提高了试验结果与实际工况相符的可靠性。

为了安装和观察方便，料箱采用剖分结构，在相对固定试环的主轴端的一侧封装有观察窗。

综上所述，本实用新型解决了现有环块摩擦磨损试验机无法在同一台试验机上实现试环与试块的加载及间隙调整的问题。

经检测，该环块摩擦磨损试验机既可以实现加载，又可以精确调整试环与橡胶试块间隙，主要技术指标如下：加载范围：0~300N；间隙调整范围：0~5mm；信号采集：在用户界面上实时显示摩擦力和摩擦系数。

附图说明

图1是本实用新型的一种机构示意图；

图2是沿A－A线的剖视图；

图3是图1中的调整杆与夹具的连接结构示意图；

图4是图1中的微调刻度盘的俯视图；

图5是图1中的调整杆螺旋配副和固定装置的结构示意图；

图6是本实用新型的工作原理框图；

图7是本实用新型的测量控制回路示意图。

图中序号说明：1机座、2料箱、3压板、4紧定螺钉、5橡胶试块、6夹具、7导向座、8万向珠轴承、9观察窗、10调整杆、11固定装置、12固定座、13微调刻度盘、14手柄、15环形刻度尺、16主轴、17扭矩传感器、18伺服电机、19输出轴、20传动轴、21联轴器、22轴承端盖、23主轴箱、24机械密封、25导轨、26、试环、27螺柱段、28连杆段。

具体实施方式

根据图1~7详细说明本实用新型的具体结构，该磨损间隙调整式环块摩擦磨损试验机包括机座1，固定在机座1上的动力与传动机构和设置有加载机构、试验机构的料箱2，以及测量控制回路等部件。其中动力与传动机构采用本申请人在先专利“一种速度智能调控的环块摩擦磨损试验机”的基本结构。它包括通过联轴器21连接在同一轴心线上的组装在主轴箱23中的主轴16、固定有扭矩传感器17的传动轴20和伺服电机18的输出轴19等件。本实施例中的主轴16装在主轴箱23中，并用轴承端盖22和机械密封24分别进行密封，以保证试环26的工作精度。

重新设计了由试环26与橡胶试块5构成的线接触摩擦副的试验机构，将试环26通过紧定螺钉4和压板3固定连接在主轴16的端部，实现试环26的固定，具有试环26装卸方便，不易损坏的优点。因此，可以根据具体的试验要求，很容易地更换不同尺寸的试环26进行试验。为了安装和观察方便，料箱2采用剖分结构，在相对固定试环26的主轴16端的一侧封装有观察窗9。因料箱2的新结构设计，使试验机构的橡胶试块5和试环26浸润在料箱2的含固体颗粒的液体介质中，故与实际工况更加相符。除料箱2的底部全封闭结构外，固定试环26的主轴16的端部也利用机械密封与料箱壁封装，进一步增强了料箱2的密封性能，有效地防止了料箱2中液体介质的泄漏。

加载机构包括调整杆10、带有标尺的手柄14、与手柄14的标尺相匹配的微调刻度盘13、设置在剖分结构的料箱2上的固定座12、带有夹具6的导向座7和导轨25等件。其中夹具6通过螺钉固定在导向座7上，导向座7通过万向珠轴承8与调整杆10相连。橡胶试块5固定在夹具6的卡槽内，装卸容易，并随导向座7沿固定在料箱2内的导轨25轴向移动。试环26随主轴16一起转动，带动料箱2中液体介质实现与橡胶试块5的摩擦磨损试验，以提高试验结果与实际工况相符的可靠性。手柄14固接在调整杆10顶端，微调刻度盘13组装在固定座12上。调整杆10的螺柱段27与料箱2的螺纹孔相配合形成螺旋配副，调整杆10底端的连杆段28与导向座7连接在一起。转动调整杆10顶端的手柄14，调整杆10沿轴向移动，带动导向座7一起沿导轨25轴向移动，使橡胶试块5与试环26之间压紧或脱离，并通过固定装置11对调整杆10进行固定，从而实现对试块5的垂直加载或调整橡胶试块5与试环26之间的间隙。亦即通过反向旋转手柄14，调整杆10沿轴向移动，带动导向座7一起沿导轨25轴向上移，使橡胶试块5与试环26之间脱离，实现调整试环26与橡胶试块5的间隙，然后通过固定装置11对调整杆10进行固定。其间隙调整操作容易、间距精确，可以满足摩擦磨损试验中精确调整试验间隙的要求。正向旋转14，调整杆10沿轴向移动，带动导向座7一起沿导轨25轴向下移，使橡胶试块5与试环26之间压紧，实现对试块5的垂直加载，然后通过固定装置11对调整杆10进行固定。所加载荷大小与垂直下降的尺度成线性关系。因导向座7与固定在料箱2内的导轨25配合，故能保证试块5的垂直方向移动。本实施例中，优先选择调整杆10螺柱段27的螺纹螺距为1mm，导程为1mm。手柄14下方微调刻度盘13的表面贴有环形刻度尺15，并安装在固定座12上，微调刻度盘13在固定座12上可绕调整杆10轴线圆向转动，以调整手柄14的标尺正对微调刻度盘13上的环形刻度尺15零刻线的位置。刻度尺15每一小格精度为0.1mm，量程为1mm。手柄14旋转几个小格，可以实现垂直方向移动几个0.1mm，从而实现上下移动距离的准确性。

该试验机的工作过程为：首先将橡胶试块5与试环26在不加载下接触，将微调刻度盘13的零刻线调整到与手柄14的标尺对齐，正向旋转手柄14，可以对橡胶试块5垂直加载进行试验，或者反向旋转手柄14，可以调整试块5与圆环26间隙进行试验；将含固体颗粒的粘稠液体介质充入料箱2内指定刻度线；通过电机18驱动主轴16旋转，主轴16带动试环26旋转，实现试验的主运动，同时可通过观察窗9进行观察。

根据实际工况设计出一组载荷或者间隙，含固体颗粒的粘稠液体介质，环块转速等试验参数，进行环块摩擦磨损试验，在试验中通过扭矩传感器17实时测量与采集试验数据，并储存试验数据；试验结束后，取出橡胶试块5测量材料的磨损。

该试验机采用常用电子元件组成的测量控制回路，其数据采集和处理过程如下：

首先，由上位机程序（Delphi编写）上传封包至ARM主控（CortexM3处理芯片）；然后，将扭矩传感器17采样信号，先经过放大器放大后再经过A/D转化，转换成数字信号，并保存到Delphi上位机程序所上传封包内；最后由Delphi上位机程序将封包下载到程序中，并进行处理后得到稳定的采集信号数据，即可在计算机上实时显示摩擦力和摩擦系数。

Claims (6)

1.一种磨损间隙调整式环块摩擦磨损试验机，包括机座，固定在机座上的动力与传动机构和设置有加载机构、试验机构的料箱，以及测量控制回路，动力与传动机构包括通过联轴器连接在同一轴心线上的组装在主轴箱中的主轴、固定有扭矩传感器的传动轴和伺服电机的输出轴，试验机构采用由试环和橡胶试块构成的线接触摩擦副，其特征是：所述加载机构包括调整杆、带有标尺的手柄、与手柄的标尺相匹配的微调刻度盘、设置在剖分结构的料箱上的固定座、带有夹具的导向座和导轨，手柄固接在调整杆顶端，微调刻度盘组装在固定座上，调整杆的螺柱段与料箱的螺纹孔相配合形成螺旋配副，调整杆底端的连杆段与导向座连接在一起；试验机构的橡胶试块和试环浸泡在料箱的含固体颗粒的液体介质中，试环通过紧定螺钉和紧固压板固定连接在主轴的端部，固定试环的主轴端利用机械密封与料箱壁封装，橡胶试块固定在夹具的卡槽内，随导向座沿导轨轴向移动；转动手柄，调整杆沿轴向移动，带动导向座一起沿导轨轴向移动，使橡胶试块与试环之间压紧或脱离，实现垂直加载或调整橡胶试块与试环之间的间隙，并通过固定装置对调整杆进行固定。

2.根据权利要求1所述的磨损间隙调整式环块摩擦磨损试验机，其特征是：所述夹具通过螺钉固定在导向座上，导向座通过万向珠轴承与调整杆相连。

3.根据权利要求1所述的磨损间隙调整式环块摩擦磨损试验机，其特征是：所述调整杆的螺柱段的螺纹螺距为1mm，导程为1mm。

4.根据权利要求1所述的磨损间隙调整式环块摩擦磨损试验机，其特征是：所述微调刻度盘的表面贴有环形刻度尺，微调刻度盘在固定座上绕调整杆轴线周向转动，以调整手柄的标尺正对微调刻度盘上的环形刻度尺零刻线的位置。

5.根据权利要求4所述的磨损间隙调整式环块摩擦磨损试验机，其特征是：所述环形刻度尺每一小格精度为0.1mm，量程为1mm。

6.根据权利要求1所述的磨损间隙调整式环块摩擦磨损试验机，其特征是：所述采用剖分结构的料箱在相对固定试环的主轴端的一侧封装有观察窗。