CN212646373U - 一种端面摩擦磨损试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了端面测试领域的一种端面摩擦磨损试验机，包括机架组件、测试组件与负荷加载组件；所述测试组件包括第一驱动装置、主轴、夹具底座；所述第一驱动装置固定在机架组件上并与主轴传动连接，所述主轴绕其自身轴线旋转固定在机架组件上，且主轴底部固定有上试样，所述夹具底座上端内部固定有下试样，所述上试样相对下试样旋转并构成摩擦副；所述夹具底座外侧表面连接固定钢丝绳的一端，钢丝绳的另一端与固定在机架组件上的悬臂测力传感器连接，所述悬臂测力传感器连接计算机。本实用新型可以在很宽的范围内考察试验材料在各种影响因素作用下其摩擦磨损性能的变化。

Description

一种端面摩擦磨损试验机

技术领域

本实用新型涉及端面测试领域，具体是一种端面摩擦磨损试验机。

背景技术

端面摩擦磨损试验机属于摩擦实验领域一种设备，多是采用上试样(圆环)旋转，下试样(环、板)静止的端面接触滑动摩擦形式测试试样的摩擦磨损性能，在油润滑和干摩擦条件下，对试样的摩擦磨损性能进行试验检测。当前的端面摩擦磨损试验机检测范围较为狭窄，不能完全检测出试验材料在各种影响因素作用下其摩擦磨损性能的变化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种端面摩擦磨损试验机，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种端面摩擦磨损试验机，包括机架组件、测试组件与负荷加载组件；所述测试组件包括第一驱动装置、主轴、夹具底座；所述第一驱动装置固定在机架组件上并与主轴传动连接，所述主轴绕其自身轴线旋转固定在机架组件上，且主轴底部固定有上试样，所述夹具底座上端内部固定有下试样，所述上试样相对下试样旋转并构成摩擦副；所述夹具底座外侧表面连接固定钢丝绳的一端，钢丝绳的另一端与固定在机架组件上的悬臂测力传感器连接，所述悬臂测力传感器连接计算机；所述负荷加载组件包括第二驱动装置、升降装置与加载轴；所述第二驱动装置及升降装置均固定在机架组件上，第二驱动装置与升降装置传动连接，所述升降装置的升降端与加载轴底端之间连接有弹簧加载装置与负荷力传感器，所述负荷力传感器连接所述计算机；所述加载轴与所述主轴同轴，其顶端通过轴承单元抵压所述夹具底座底端。

作为本实用新型的改进方案，所述弹簧加载装置包括从下到上同轴心依次设置的弹簧下压板、弹簧、弹簧上压板、加载触头与加载垫块，所述加载触头上端抵压加载垫块到所述加载轴底端的内孔中；所述负荷力传感器上端与加载触头连接固定，底端固定在传感器固定块上，传感器固定块固定在弹簧上压板上。

作为本实用新型的改进方案，所述加载触头抵压加载垫块的面为弧面。

作为本实用新型的改进方案，所述弹簧包括内外套设的第一弹簧与第二弹簧，其中第二弹簧的内径大于第一弹簧的外径。

作为本实用新型的改进方案，所述轴承单元包括加载轴承套，所述加载轴承套的内孔与加载轴上端之间从上到下依次同轴连接有推力关节轴承、第二深沟球轴承与推力球轴承，所述推力关节轴承上端顶压所述夹具底座底部。

作为本实用新型的改进方案，所述推力关节轴承与夹具底座相接触的面为弧面。

作为本实用新型的改进方案，所述主轴通过主轴箱固定在机架组件上，主轴外壁上侧与主轴箱内孔之间同轴连接有第一深沟球轴承，其外壁下侧与主轴箱内孔之间同轴连接有圆锥滚子轴承以及圆柱滚子轴承。

作为本实用新型的改进方案，所述主轴的底部外壁及底端端面上分别设有固定所述上试样的径向销钉与轴向销钉。

有益效果：本实用新型在实际使用中，可以在很宽的范围内通过对负荷、转速、时间、温度以及摩擦副配偶材料、光洁度、硬度等参数进行调整选择，考察试验材料在各种影响因素作用下其摩擦磨损性能的变化，并根据不同条件下试验参数的变化和试样表面的磨损状况来评定在干摩擦条件下试样材料的摩擦学特性及其综合使用性能。本实用新型特别适合于评定自润滑轴承材料、表面薄层或层状复合材料、固体润滑材料的减摩耐磨特性和综合使用性能。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图；

图2为本实用新型的主轴及加载轴连接结构放大图；

图3为本实用新型夹具底座与顶针连接的结构示意图。

图中：1-机架；2-第一驱动装置；3-电机架；4-中板；5-下立柱；6-皮带轮；7-皮带；8-主轴；9-第一深沟球轴承；10-圆锥滚子轴承；11-圆柱滚子轴承；12-上试样；13-顶板；14-上立柱；15-底板；16-第二驱动装置；17-升降装置；18-丝杆；19-弹簧下压板；20-第二弹簧；21-第一弹簧；22-弹簧上压板；23-传感器固定块；24-负荷力传感器；25-加载触头；26-加载垫块；27-加载轴；28-加载导套；29-加载衬套；30-油毡；31-推力球轴承；32-第二深沟球轴承；33-加载轴承套；34-推力关节轴承；35-夹具底座；36-压紧螺母；37-下试样；38-钢丝绳；39-悬臂测力传感器；40-传感器座；41-顶针；42-墩座。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1-2，一种端面摩擦磨损试验机，包括机架组件、测试组件与负荷加载组件。

其中，机架组件起支撑作用，为连接放置测试组件与负荷加载组件的载体，包括机架1、中板4、下立柱5、顶板13、上立柱14及底板15。顶板13、中板4与底板15从上到下水平设置在机架1上，其中下立柱5连接固定在中板4与底板15之间，上立柱14连接固定在顶板13与中板4之间。

测试组件包括第一驱动装置、主轴8、夹具底座35；

第一驱动装置2设置在顶板13的一侧，并连接固定在电机架3上，电机架固定在中板4上。第一驱动装置2与主轴8传动连接，驱使主轴8绕其自身轴线旋转，且主轴活动式固定在顶板13上。

主轴8底部固定有上试样12，夹具底座35上端内部固定有下试样37，上试样12相对下试样37旋转并构成摩擦副；夹具底座35外侧表面连接固定钢丝绳38的一端，钢丝绳38的另一端与悬臂测力传感器39连接，悬臂测力传感器39连接计算机，并固定在传感器座40上，传感器座40固定在中板4上。

为了防止意外出现，夹具底座35脱离，如图3所示，夹具底座35的周向侧壁还固定有顶针，顶针41的一侧设有固定在上立柱14侧壁上，当夹具底座35从主轴8与加载轴27之间脱离时，顶针41砸到墩座42上，防止夹具底座35脱离。

负荷加载组件包括第二驱动装置16、升降装置17与加载轴27；第二驱动装置16及升降装置17均固定在底板15上，第二驱动装置16与升降装置17传动连接，且升降装置17的升降端与加载轴27底端之间连接有弹簧加载装置与负荷力传感器24，负荷力传感器24连接计算机；加载轴27与主轴8同轴，其顶端通过轴承单元抵压夹具底座35底端。

因此，本实施方式的工作原理在于，主轴8通过变频电机提供动力，经皮带轮6带动旋转，带动上试样12旋转，与通过压紧螺母36固定在夹具底座35内部的下试样37发生摩擦。在主轴8旋转的同时，第二驱动装置16驱使带动升降装置17的升降端上升，升降装置17通过弹簧加载装置使得加载轴27向上轴向移动，加载轴27提供上顶的负载，给予上试样12旋转时的正压力。

优选地，弹簧加载装置包括从下到上同轴心依次设置的弹簧下压板19、弹簧、弹簧上压板22、加载触头25与加载垫块26，加载触头25上端抵压加载垫块26到加载轴27底端的内孔中；负荷力传感器24上端与加载触头25连接固定，底端固定在传感器固定块23上，传感器固定块23固定在弹簧上压板22上。

优选地，加载触头25抵压加载垫块26的面为弧面，起到对心支撑的作用。

优选地，弹簧包括内外套设的第一弹簧21与第二弹簧20，其中第二弹簧20的内径大于第一弹簧21的外径。第一弹簧21与第二弹簧20共同作用，使得弹簧加载装置加载力变大，并且相对于单个弹簧来说，能够减小第一弹簧21与第二弹簧20的自身规格，降低弹簧受损的概率，当弹簧受损时，也可及时更换。

在测试时，加载轴27上加载的负荷通过第一弹簧21与第二弹簧20的压缩变形实现，而第一弹簧21与第二弹簧20的压缩变形又通过第二驱动装置带动升降装置的升降端上升，进而压缩第一弹簧21与第二弹簧20实现。

轴承单元包括加载轴承套33，加载轴承套33的内孔与加载轴27上端之间从上到下依次同轴连接有推力关节轴承34、第二深沟球轴承32与推力球轴承31，推力关节轴承34上端顶压夹具底座35底部。推力关节轴承34与夹具底座35相接触的面为弧面，起到对心支撑、支撑旋转及提高旋转精度的作用，防止加载轴27的负载不在中心发生意外。

具体地，加载轴27外侧套设有加载导套28，并通过加载导套28固定在机架组件上，用于加载轴27的导向和支撑，加载轴27外壁与加载导套28内孔之间同轴连接有加载衬套29及油毡30，加载衬套29用于减小加载轴27与加载导套28之间的摩擦，提高精度，油毡30用于润滑。

具体地，主轴8通过主轴箱固定在机架组件上，主轴8外壁上侧与主轴箱内孔之间同轴连接有第一深沟球轴承9，其外壁下侧与主轴箱内孔之间同轴连接有圆锥滚子轴承10以及圆柱滚子轴承11。第一深沟球轴承9用于调整主轴8与主轴箱的同轴度，起支撑旋转与提高旋转精度的作用，圆锥圆锥滚子轴承10与圆柱滚子轴承11起到承载与支撑主轴8旋转的作用。

具体地，主轴8的底部外壁及底端端面上分别设有固定上试样12的径向销钉与轴向销钉，上试样12固定后，可以防止自身旋转导致影响主轴8与上试样12的同轴度。

具体地，第一驱动装置2为变频电机，变频电机通过皮带7与皮带轮6与主轴8传动连接。通过变频电机，可以更改转动转速等参数，进而测试在不同参数、压力下的数据。

具体地，第二驱动装置16包括电机，升降装置17包括丝杆升降机，电机与丝杆升降机通过V带传动连接。在实施时，电机带动减速机，经齿轮组传递到丝杆升降机，丝杆18向上抵压弹簧下压板19使弹簧压缩变形，进而使得加载轴27向上顶压夹具底座35，提供上试样12旋转时的正压力。

本实施方式中，摩擦力矩的测量原理是：当上试样12(圆环)与下试样37相对旋转时，由于轴向试验负荷力的作用生成界面摩擦力，产生一个反方向的摩擦力矩，并通过一根钢丝绳38将拉力施加到悬臂测力传感器39上。悬臂测力传感器39将荷重信号转换成电信号送到XSB-I型称量控制器中，并按一定的比例关系显示出实时摩擦力值；同时该力值还由控制器的输出端转换成标准数字信号输送入计算机，由计算机内应用软件最终算出实际的摩擦力矩和摩擦系数。

具体地，该试验机的试验方法包括试验步骤：

步骤1：获取下试样37与上试样12的参数数据及表面温度；参数数据包括上试样37、下试样12的内径、外径、硬度值、粗糙度等。

步骤2：在主轴8的底部通过销钉固定上试样12，在夹具底座35上端内部固定下试样37，使下试样37的竖直中心轴线与夹具底座35的中心轴线、加载轴27的中心轴线保持重合；

步骤3：判断试验条件：如果为干摩擦条件测试，转为步骤5；如果为油润滑条件测试，转为步骤4；

步骤4：在夹具底座35上端内部注入润滑油，使油液完全覆盖在上试样12与下试样37接触的表面；

步骤5：通过计算机设定第一驱动装置2与第二驱动装置16的作业时间、作业时间阈值、主轴8的旋转线速度以及上试样12与下试样37的表面温度阈值；如可设定作业时间阈值为1小时，表面温度阈值设为180℃。

步骤6：启动第一驱动装置2与第二驱动装置16，计算机控制第二驱动装置16的传动速度，使升降装置17逐级增加顶压夹具底座35的正压力；

步骤7：计算机实时获取悬臂测力传感器39检测的钢丝绳38被拉动的力、负荷力传感器24检测的升降装置17顶压弹簧加载装置的力以及温度传感器检测的上试样12与下试样37之间的表面温度，并实时计算获取摩擦力矩与摩擦系数，计算公式为：

μ＝3M/(2π*σ*(R³-r³))＝3F*L*(R²-r²)/(2*P*(R³-r³))

其中，M为摩擦力矩，N*m；F为悬臂测力传感器检测值，N；L为夹具底座的轴向移动间距，L＝0.0435m；σ为上试样、下试样接触面单位面积的压力，σ＝P/π*(R²-r²)，N/m²；P为负荷力传感器检测的轴向负荷值，N；R为上试样外径，m；r为上试样内径，m；μ为摩擦系数；

步骤8：上试样12与下试样37的表面温度达到设定的阈值，或者，第一驱动装置2与第二驱动装置16的作业时间达到设定的阈值，第一驱动装置2与第二驱动装置16试验结束。

以下表性质的上试样、下试样为例，在本实施方式提供的端面摩擦磨损试验机上进行测试：

	材料	外径(mm)	内径(mm)	硬度	粗糙度
						上试样	Cr12	30	22	52HRC	0.4
下试样	三层复合材料	34	/	86HRB	0.4

在干摩擦条件、环境温度为20℃、环境湿度38％下进行测试，获得测试数据如下表：

在油润滑条件、环境温度为14℃、环境湿度38％下进行测试，获得测试数据如下表：

因此，本实施方式提出的试验机可采用控制变量法测试在不同程度的载荷、时间、转速、温度下的上试样的摩擦系数与摩擦力矩，从而考察出试样在不同因素下摩擦磨损性能的变化，相较现有技术，具有宽泛的测试范围。

本实施方式中，可采用自动加载、半自动加载和手动加载三种载荷控制方式，通过变频电机实现无级调速，并通过计算机和试验数据处理专用软件对载荷、转速、试验温度、摩擦力矩、摩擦系数等试验参数进行实时采集和处理，以数据图表形式给出(或打印出)统计试验结果。试验机还可以额外配置润滑油预加热装置(图中未标出)，可根据试验要求将润滑油加热到设定温度提供给试验腔。端面摩擦试验机在实际使用中，可以在很宽的范围内通过对负荷、转速、时间、温度以及摩擦副配偶材料、光洁度、硬度等参数进行调整选择，考察试验材料在各种影响因素作用下其摩擦磨损性能的变化，并根据不同条件下试验参数的变化和试样表面的磨损状况来评定在干摩擦或油润滑条件下试样材料的摩擦学特性及其综合使用性能。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”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相连，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实用新型中的具体含义。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种端面摩擦磨损试验机，包括机架组件、测试组件与负荷加载组件；所述测试组件包括第一驱动装置(2)、主轴(8)、夹具底座(35)；其特征在于，

所述第一驱动装置(2)固定在机架组件上并与主轴(8)传动连接，所述主轴(8)绕其自身轴线旋转固定在机架组件上，且主轴(8)底部固定有上试样(12)，所述夹具底座(35)上端内部固定有下试样(37)，所述上试样(12)相对下试样(37)旋转并构成摩擦副；所述夹具底座(35)外侧表面连接固定钢丝绳(38)的一端，钢丝绳(38)的另一端与固定在机架组件上的悬臂测力传感器(39)连接，所述悬臂测力传感器(39)连接计算机；

所述负荷加载组件包括第二驱动装置(16)、升降装置(17)与加载轴(27)；

所述第二驱动装置(16)及升降装置(17)均固定在机架组件上，第二驱动装置(16)与升降装置(17)传动连接，所述升降装置(17)的升降端与加载轴(27)底端之间连接有弹簧加载装置与负荷力传感器(24)，所述负荷力传感器(24)连接所述计算机；所述加载轴(27)与所述主轴(8)同轴，其顶端通过轴承单元抵压所述夹具底座(35)底端。

2.根据权利要求1所述的一种端面摩擦磨损试验机，其特征在于，所述弹簧加载装置包括从下到上同轴心依次设置的弹簧下压板(19)、弹簧、弹簧上压板(22)、加载触头(25)与加载垫块(26)，所述加载触头(25)上端抵压加载垫块(26)到所述加载轴(27)底端的内孔中；所述负荷力传感器(24)上端与加载触头(25)连接固定，底端固定在传感器固定块(23)上，传感器固定块(23)固定在弹簧上压板(22)上。

3.根据权利要求2所述的一种端面摩擦磨损试验机，其特征在于，所述加载触头(25)抵压加载垫块(26)的面为弧面。

4.根据权利要求2所述的一种端面摩擦磨损试验机，其特征在于，所述弹簧包括内外套设的第一弹簧(21)与第二弹簧(20)，其中第二弹簧(20)的内径大于第一弹簧(21)的外径。

5.根据权利要求1所述的一种端面摩擦磨损试验机，其特征在于，所述轴承单元包括加载轴承套(33)，所述加载轴承套(33)的内孔与加载轴(27)上端之间从上到下依次同轴连接有推力关节轴承(34)、第二深沟球轴承(32)与推力球轴承(31)，所述推力关节轴承(34)上端顶压所述夹具底座(35)底部。

6.根据权利要求5所述的一种端面摩擦磨损试验机，其特征在于，所述加载轴(27)外侧套设有加载导套(28)，并通过加载导套(28)固定在机架组件上，所述加载轴(27)外壁与加载导套(28)内孔之间同轴连接有加载衬套(29)及油毡(30)。

7.根据权利要求1所述的一种端面摩擦磨损试验机，其特征在于，所述主轴(8)通过主轴箱固定在机架组件上，主轴(8)外壁上侧与主轴箱内孔之间同轴连接有第一深沟球轴承(9)，其外壁下侧与主轴箱内孔之间同轴连接有圆锥滚子轴承(10)以及圆柱滚子轴承(11)。

8.根据权利要求1所述的一种端面摩擦磨损试验机，其特征在于，所述主轴(8)的底部外壁及底端端面上分别设有固定所述上试样(12)的径向销钉与轴向销钉。

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