CN215727460U - 一种使用三维力传感器检测的磨耗机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及摩擦磨损检测设备的技术领域，更具体地，涉及一种使用三维力传感器检测的磨耗机，包括固定架、第一转动机构及第二转动机构，第一转动机构的输出端连接有对磨盘，第二转动机构的输出端夹持有工件，第一转动机构位于第二转动机构下方；还包括运动机构、三维力传感器、以及扭矩传感器，第二转动机构安装于运动机构，运动机构安装于固定架，三维力传感器安装于固定支板、固定支板安装于运动机构且固定支板连接于第二转动机构。本实用新型运动机构可实现工件进给运动及往复运动，第二转动机构可实现工件的旋转运动，且摩擦过程的正向磨削力、切向磨削力、扭矩均可被实时监测，可适用于各类摩擦磨损试验的要求，有效提高磨耗机的多样性和适用性。

Description

一种使用三维力传感器检测的磨耗机

技术领域

本实用新型涉及摩擦磨损检测设备的技术领域，更具体地，涉及一种使用三维力传感器检测的磨耗机。

背景技术

随着现代社会的发展和科学技术的进步，人们对机械装备的可靠性、精度及使用寿命有了更高的要求，然而机械零部件的摩擦磨损问题是机械设备中一直存在的问题，摩擦磨损造成机械损耗，产生噪音、振动等影响，同时摩擦磨损造成了机械零件一半以上的故障，另外每年因零件磨损失效造成的经济损失非常巨大，根据调查发现全球大约有30％～50％的能源因为摩擦磨损问题而被浪费，研究材料的摩擦磨损问题具有重要的意义。

中国专利CN211652411U公开了一种微动摩擦磨损试验设备，包括微动位移产生装置、激光测距及合力测量装置、位移传导装置、试样夹具装置、控制及数据采集装置和正压力施加装置；位移传导装置包括三个平行设置的第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板，第二支撑板可滑动地嵌设在第一支撑板内，第三支撑板可滑动地嵌设在第二支撑板内；第三支撑板两端相对设有第一推块、第二推块，第二支撑板两端相对设置有微动位移产生装置、激光测距及合力测量装置；第一推块左端与微动位移产生装置固定连接，第二推块右端与激光测距及合力测量装置抵接；第三支撑板中部设有试样槽，试样槽的上方设有正压力施加装置。然而，上述方案仅能适用于微小位移的摩擦磨损，无法适用于滚动及滑动位移较大的摩擦磨损的的测试，应用场合单一，会降低仪器的使用效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种使用三维力传感器检测的磨耗机，可适用于各类摩擦磨损试验的要求，有效提高磨耗机的多样性和适用性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

提供一种使用三维力传感器检测的磨耗机，包括固定架、第一转动机构及第二转动机构，所述第一转动机构的输出端连接有对磨盘，所述第二转动机构的输出端夹持有工件，所述第一转动机构位于第二转动机构下方，所述工件与对磨盘相对转动并产生摩擦；还包括用于实现工件进给运动及往复运动的运动机构、用于检测工件与对磨盘摩擦过程中产生的正向磨削力和切向磨削力的三维力传感器、以及用于检测扭矩的扭矩传感器，所述第二转动机构安装于运动机构，所述运动机构安装于固定架，所述三维力传感器安装于固定支板、所述固定支板安装于运动机构且所述固定支板连接于第二转动机构，所述扭矩传感器安装于第二转动机构，所述三维力传感器、扭矩传感器监测的数据传输至监控系统。

本实用新型的使用三维力传感器检测的磨耗机，第一转动机构带动对磨盘高速旋转，运动机构带动第二转动机构实现工件的进给运动及往复运动，第二转动机构实现工件的旋转运动，工件运动过程中与对磨盘相对转动并产生摩擦，三维力传感器和扭矩传感器对对磨盘与工件摩擦过程中产生的力学信号进行实时监测，具体地，三维力传感器用于实时监测正向磨削力和切向磨削力，扭矩传感器实时监测摩擦过程产生的扭矩，监测正向磨削力、切向磨削力、扭矩实时传输至监控系统进行实时显示。本实用新型的运动机构可实现工件进给运动及往复运动，第二转动机构可实现工件的旋转运动，且摩擦过程的正向磨削力、切向磨削力、扭矩均可被实时监测，可适用于各类摩擦磨损试验的要求，有效提高磨耗机的多样性和适用性。

进一步地，所述第二转动机构包括固定座、安装于固定座的第二电机，所述固定座通过所述固定支板安装于运动机构，所述第二电机的输出轴连接有用于夹持工件的夹持机构。

进一步地，所述扭矩传感器安装于固定座，所述固定座安装于运动机构，且所述扭矩传感器的两端分别设有可发生相对扭转的第一轴和第二轴，所述第一轴通过第一联轴器与第二电机的输出轴连接，所述第二轴通过第二联轴器连接有连接件，所述连接件连接有空心转轴，所述空心转轴与所述夹持机构连接。

进一步地，所述空心转轴的外周转动连接有第二轴承座且所述空心转轴与第二轴承座的转动连接处设有若干第二轴承对，所述三维力传感器连接于第二轴承座和固定支板之间。

进一步地，所述夹持机构包括夹头、锁紧锁母和延长杆，所述延长杆的一端套于空心转轴内侧，延长杆的另一端与夹头连接，所述锁紧锁母安装于夹头、锁紧螺母用于将工件与夹头锁紧。

进一步地，所述延长杆的外周套设有弹簧，所述弹簧的两端分别抵接于空心转轴和夹头。

进一步地，所述第一转动机构包括安装座、第一电机、第一带轮、第二带轮以及同步带，所述安装座与固定架连接，所述第一电机安装于安装座，所述第一电机的输出轴穿过安装座与第一带轮连接，所述第一带轮、第二带轮通过同步带连接，所述第一带轮、第二带轮、及同步带位于安装座内侧，所述第二带轮连接有旋转轴，所述对磨盘与旋转轴连接。

进一步地，所述旋转轴外周转动套设有第一轴承座，所述旋转轴与第一轴承座的转动连接处设有第一轴承对，所述第一轴承座端部连接有第一轴承端盖，所述第一轴承端盖和第一轴承座之间安装有挡水槽，所述挡水槽位于所述对磨盘的下方。

进一步地，所述固定架包括盖板、侧板及安装板，所述侧板连接于安装板两侧，所述盖板连接于侧板顶部，所述安装座连接于侧板底部，所述运动机构安装于安装板。

进一步地，所述运动机构包括第一运动机构和第二运动机构，所述第二运动机构安装于第一运动机构，所述第一运动机构安装于固定架，所述第一运动机构的运动方向与第二运动机构的运动方向垂直。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的使用三维力传感器检测的磨耗机，运动机构可实现工件进给运动及往复运动，第二转动机构可实现工件的旋转运动，且摩擦过程的正向磨削力、切向磨削力、扭矩均可被实时监测，可适用于各类摩擦磨损试验的要求，有效提高磨耗机的多样性和适用性。

附图说明

图1为使用三维力传感器检测的磨耗机的立体图；

图2为使用三维力传感器检测的磨耗机的结构示意图；

图3为磨耗机夹持机构的结构示意图；

附图中：1、第一运动机构；11、第一滑台；2、固定架；21、盖板；22、侧板板；23、安装板；3、第二运动机构；31、第二滑台；4、传感器固定支板；5、三维力传感器；6、第一转动组件；61、挡水槽；62、支撑铁盘；63、旋转轴；64、第一轴承端盖；65、第一套筒；66、第二套筒；67、第一轴承座；68、第一轴承对；69、同步带轮安装座；610、第二带轮；611、同步带；612、第一带轮；613、安装座；614、第一电机；7、第二转动组件；71、第二电机；72、固定座；73、第一联轴器；74、扭矩传感器；75、第二联轴器；76、连接件；77、空心转轴；78、第二轴承端盖；79、第二轴承对；710、第二轴承座；711、锁紧螺母；712、夹头；713、弹簧；714、延长杆；715、插销；8、对磨盘；9、工件。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

如图1至图3所示为本实用新型的使用三维力传感器检测的磨耗机的实施例，包括固定架2、第一转动机构6及第二转动机构7，第二转动机构7的输出端夹持有工件9、第一转动机构6的输出端连接有对磨盘8，第一转动机构6位于第二转动机构7下方，对磨盘8与工件9相对转动并产生摩擦；磨耗机还包括用于实现工件9进给运动及往复运动的运动机构、用于检测对磨盘8与工件9摩擦过程中产生的正向磨削力和切向磨削力的三维力传感器5及用于检测对磨盘8与工件9摩擦过程中产生的扭矩的扭矩传感器74，第二转动机构7安装于运动机构，运动机构安装于固定架2，三维力传感器5安装于固定支板4，固定支板4安装于运动机构且固定支板4连接于第二转动机构7，扭矩传感器74安装于第二转动机构7，三维力传感器5、扭矩传感器74监测的数据均传输至监控系统。

本实施例可用于研磨或抛光过程中摩擦性能的检测，实施时，第一转动机构6带动对磨盘8高速旋转，运动机构带动第二转动机构7实现工件9的进给运动及往复运动，第二转动机构7实现工件9的旋转运动，工件9运动过程中与对磨盘8相对转动并产生摩擦，且通过设置测力装置对对磨盘8与工件9之间的对磨盘8摩擦过程中产生的力学信号进行实时监测，适合工件9的各类摩擦磨损检测试验，适用范围广泛。本实施例中，用于检测扭矩的扭矩传感器74、用于检测正向磨削力和切向磨削力的三维力传感器5，扭矩传感器74以及三维力传感器5监测的数据传输至监控系统。在对磨盘8与工件9相对转动并产生摩擦时，扭矩传感器74检测扭矩，三维力传感器5用于检测正向磨削力和切向磨削力，实时采集摩擦过程中的力学参数并将采集的力学参数实时传送至监控系统进行显示。需要说明的是，本实施例中监测的力学参数并不限于扭矩、正向磨削力、切向磨削力，其他能反映摩擦性能的力学参数也可设置对应的传感器进行监测。

其中，第二转动机构7包括固定座72、安装于固定座72的第二电机71，固定座72通过固定支板4安装于运动机构，第二电机71的输出轴连接有用于夹持工件9的夹持机构。实施时，第二电机71工作，第二电机71输出轴带动夹头712和工件9旋转，第二电机71可选用步进电机且第二电机71的转速可根据工件9检测的需要选择合适的电机转速。

如图2所示，扭矩传感器74安装于固定座72、固定座72安装于运动机构且扭矩传感器74的两端分别设有可发生相对扭转的第一轴和第二轴，第一轴通过第一联轴器73与第二电机71输出轴连接，第二轴通过第二联轴器75连接有连接件76，连接件76通过螺钉与空心转轴77连接，空心转轴77与夹持机构连接。第二转动机构7通过固定座72连接于运动机构，且扭矩传感器74安装于固定座72，扭矩传感器74的两端分别与第二电机71的输出轴、连接件76连接，连接件76通过螺钉与空心转轴77连接，当工件9与对磨盘8之间产生摩擦时，第一轴与第一轴之间便发生相对扭转，扭矩传感器74可实时监测扭矩。

其中，空心转轴77外周转动连接有第二轴承座710且空心转轴77与第二轴承座710转动连接处设有第二轴承对79、三维力传感器5连接于第二轴承座710和固定支板4之间。本实施例的第二轴承对79设置为两组，顶部第二轴承对79顶接有第二轴承端盖78，空心转轴77设有阶梯用于底部第二轴承对79的安装；第二轴承端盖78的上表面设置为平整的平面，除起密封作用外，还可作为弹性部件的支撑。

如图3所示，本实施例的夹持机构包括夹头712、锁紧螺母711和延长杆714，延长杆714的一端套于空心转轴77内侧，延长杆714的另一端与夹头712连接，锁紧锁母711安装于夹头712、锁紧螺母711用于将工件9与夹头712锁紧。其中，空心转轴77与延长杆714可通过插销715连接，夹头712可根据夹持工件9的尺寸型号进行适应性地更换，延长杆714的外周套设有弹簧713，弹簧713的两端分别抵接于空心转轴77和夹头712，工件9和对磨盘8之间摩擦产生的摩擦力可通过弹簧713传递至三维力传感器5和扭矩传感器74。

如图2所示，第一转动机构6包括安装座613、第一电机614、第一带轮612、第二带轮610以及同步带611，安装座613与固定架2连接，第一电机614安装于安装座613，第一电机614的输出轴穿过安装座613与第一带轮612连接，第一带轮612、第二带轮610通过同步带611连接，第一带轮612、第二带轮610及同步带611位于安装座613内侧，第二带轮610与旋转轴63连接，对磨盘8与旋转轴63连接。本实施例实施时，第一电机614工作，带动第一带轮612转动，在同步带611的带动作用下，第二带轮610旋转，连接于第二带轮610的旋转轴63和连接于旋转轴63的对磨盘8随之旋转。具体地，第一电机614与安装座613相连接，安装座613设有空腔，第一带轮612、第二带轮610及同步带611均设置于空腔内。

其中，旋转轴63外周套设有第一轴承座67，具体地，旋转轴63外周还套设有第一套筒65、第二套筒66，第一套筒65同轴套于旋转轴63外壁，第二套筒66同轴套于第一轴承座67的内壁；旋转轴63与第一轴承座67的转动连接处设有第一轴承对，由于第一轴承对需要承受轴向力和径向力两个方向的力，本实施例的第一轴承对可选用角接触轴承。具体地，第一轴承对设于第一套筒65和第二套筒66之间，第一轴承座67内侧设有用于实现轴承接触固定的内台阶，顶部轴承通过第一轴承端盖64顶住。第一轴承座67和第一轴承端盖64之间安装有挡水槽61，挡水槽61位于对磨盘8的下方，用于收集回收磨削废液。

为了保证装置外表的美观性和使用的安全性，本实施例在固定架2包括盖板21、侧板22及安装板23，侧板22连接于安装板23两侧，盖板21连接于侧板22顶部，安装座613连接于侧板底部，运动机构安装于安装板23。

运动机构包括第一运动机构1和第二运动机构3，第二运动机构3安装于第一运动机构1，第一运动机构1安装于固定架2，第一运动机构1的运动方向与第二运动机构3的运动方向垂直，如图1所示。第一运动机构1、第二运动机构3均采用市售电动移动平台，第一运动机构1为Z方向电动移动平台，第二运动机构3为X方向电动移动平台，Z方向电动移动平台设置有第一滑台11，X方向电动移动平台安装于第一滑台11，且X方向电动移动平台设置有第二滑台31，第一滑台11与第二滑台31可采用丝杆螺母等线性驱动组件进行驱动且第一滑台11、第二滑台31的移动方向相互垂直，固定支板4可固定安装于第二滑台31实现工件9的进给运动和往复运动。Z方向电动移动平台实现工件9的进给运动，可调整在工件9在不同的压力下工作；X方向电动移动平台实现工件9的往复运动，可控制工件9在对磨盘8的径向位置，从而测量工件9在不同线速度下的力学性能。

在上述具体实施方式的具体内容中，各技术特征可以进行任意不矛盾的组合，为使描述简洁，未对上述各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种使用三维力传感器检测的磨耗机，其特征在于，包括固定架(2)、第一转动机构及第二转动机构，所述第一转动机构的输出端连接有对磨盘(8)，所述第二转动机构的输出端夹持有工件(9)，所述第一转动机构位于第二转动机构下方，所述工件(9)与对磨盘(8)相对转动并产生摩擦；还包括用于实现工件(9)进给运动及往复运动的运动机构、用于检测工件(9)与对磨盘(8)摩擦过程中产生的正向磨削力和切向磨削力的三维力传感器(5)、以及用于检测扭矩的扭矩传感器(74)，所述第二转动机构安装于运动机构，所述运动机构安装于固定架(2)，所述三维力传感器(5)安装于固定支板、所述固定支板安装于运动机构且所述固定支板连接于第二转动机构，所述扭矩传感器(74)安装于第二转动机构，所述三维力传感器(5)、扭矩传感器(74)监测的数据传输至监控系统。

2.根据权利要求1所述的使用三维力传感器检测的磨耗机，其特征在于，所述第二转动机构包括固定座(72)、安装于固定座(72)的第二电机(71)，所述固定座(72)通过所述固定支板安装于运动机构，所述第二电机(71)的输出轴连接有用于夹持工件(9)的夹持机构。

3.根据权利要求2所述的使用三维力传感器检测的磨耗机，其特征在于，所述扭矩传感器(74)安装于固定座(72)，所述固定座(72)安装于运动机构，且所述扭矩传感器(74)的两端分别设有可发生相对扭转的第一轴和第二轴，所述第一轴通过第一联轴器(73)与第二电机(71)的输出轴连接，所述第二轴通过第二联轴器(75)连接有连接件(76)，所述连接件(76)连接有空心转轴(77)，所述空心转轴(77)与所述夹持机构连接。

4.根据权利要求3所述的使用三维力传感器检测的磨耗机，其特征在于，所述空心转轴(77)的外周转动连接有第二轴承座(710)且所述空心转轴(77)与第二轴承座(710)的转动连接处设有若干第二轴承对(79)，所述三维力传感器(5)连接于第二轴承座(710)和固定支板之间。

5.根据权利要求3所述的使用三维力传感器检测的磨耗机，其特征在于，所述夹持机构包括夹头(712)、锁紧锁母和延长杆(714)，所述延长杆(714)的一端套于空心转轴(77)内侧，延长杆(714)的另一端与夹头(712)连接，所述锁紧锁母安装于夹头(712)、锁紧螺母(711)用于将工件(9)与夹头(712)锁紧。

6.根据权利要求5所述的使用三维力传感器检测的磨耗机，其特征在于，所述延长杆(714)的外周套设有弹簧(713)，所述弹簧(713)的两端分别抵接于空心转轴(77)和夹头(712)。

7.根据权利要求1至6任一项所述的使用三维力传感器检测的磨耗机，其特征在于，所述第一转动机构包括安装座(613)、第一电机(614)、第一带轮(612)、第二带轮(610)以及同步带(611)，所述安装座(613)与固定架(2)连接，所述第一电机(614)安装于安装座(613)，所述第一电机(614)的输出轴穿过安装座(613)与第一带轮(612)连接，所述第一带轮(612)、第二带轮(610)通过同步带(611)连接，所述第一带轮(612)、第二带轮(610)、及同步带(611)位于安装座(613)内侧，所述第二带轮(610)连接有旋转轴(63)，所述对磨盘(8)与旋转轴(63)连接。

8.根据权利要求7所述的使用三维力传感器检测的磨耗机，其特征在于，所述旋转轴(63)外周转动套设有第一轴承座(67)，所述旋转轴(63)与第一轴承座(67)的转动连接处设有第一轴承对(68)，所述第一轴承座(67)端部连接有第一轴承端盖(64)，所述第一轴承端盖(64)和第一轴承座(67)之间安装有挡水槽(61)，所述挡水槽(61)位于所述对磨盘(8)的下方。

9.根据权利要求7所述的使用三维力传感器检测的磨耗机，其特征在于，所述固定架(2)包括盖板(21)、侧板(22)及安装板(23)，所述侧板(22)连接于安装板(23)两侧，所述盖板(21)连接于侧板(22)顶部，所述安装座(613)连接于侧板(22)底部，所述运动机构安装于安装板(23)。

10.根据权利要求1所述的使用三维力传感器检测的磨耗机，其特征在于，所述运动机构包括第一运动机构(1)和第二运动机构(3)，所述第二运动机构(3)安装于第一运动机构(1)，所述第一运动机构安装于固定架(2)，所述第一运动机构(1)的运动方向与第二运动机构(3)的运动方向垂直。

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