CN217132871U - 复合式摩擦磁化试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合式摩擦磁化试验机，该试验机包括外磁场施加模块、摩擦加载机构、往复机构、旋转机构、检测机构；用于驱动旋转机构、往复机构的驱动装置；外磁场施加模块包括：机架和能提供可变磁场的磁场发生装置；旋转机构与往复机构能共用驱动装置，驱动装置的工作参数可调；旋转机构包括旋转盘；摩擦加载机构包括加载组件及支撑架；检测机构包括用于检测试样表面温度的温度传感器，用于检测块试样摩擦表面的形貌的第一传感器以及用于检测块试样摩擦表面磁场的第二传感器。本实用新型能提供不同外磁场环境，从而在不同的外磁场作用下，模拟试样往复摩擦或旋转摩擦磁化的现象，检测试样磨损过程中表面形貌、磁场及温度变化。

Description

复合式摩擦磁化试验机

技术领域

本实用新型涉及摩擦磁化试验技术领域，特别涉及一种复合式摩擦磁化试验机。

背景技术

材料摩擦学的一项近期研究发现：摩擦磁化效应的产生与滑动过程中亚表层的微观结构有关，当铁磁材料受到摩擦时，界面不同形式的摩擦行为会引起表层及亚表层区域内的变化，从而引起磁化效应。

为了进一步对这一摩擦磁化机理进行研究分析，需要对铁磁材料进行摩擦磁化实验的分析。而在这一摩擦磁化过程中，要求摩擦试样能够在不同外磁场的环境下，对铁磁材料表面的各项数据进行测量和评估。

现有的外摩擦磨损试验机应用广泛、品种繁多、各具优劣。但由于摩擦磁化受多因素影响，目前的摩擦磨损试验系统不能满足要求。

例如，现有的一种磁屏蔽复合式摩擦磨损试验机，通过设置在顶层台上的气缸和活塞杆带动试样做往复运动，通过伺服电机带动旋转盘做旋转运动。由于上述磁屏蔽复合式摩擦磨损试验机使用两种驱动装置，使得试验机摩擦试验区域体积大、造价成本高；且该磁屏蔽复合式摩擦磨损试验机主要用于磁屏蔽式的摩擦磨损研究，并不能满足在可变且稳定的磁场和低温环境中进行研究的需求。

因此，有必要研制一种可提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机，以期解决现有技术存在的问题。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例所要解决的技术问题是提供了一种复合式摩擦磁化试验机，可提供不同外磁场环境，从而在不同的外磁场作用下，模拟试样往复摩擦或旋转摩擦磁化的现象，检测试样磨损过程中表面形貌、磁场及温度变化。

本实用新型实施方式中的具体技术方案是：

一种复合式摩擦磁化试验机，所述复合式摩擦磁化试验机包括：外磁场施加模块，以及在所述外磁场施加模块所覆盖范围内的摩擦加载机构、往复机构、旋转机构、检测机构；用于驱动所述旋转机构、所述往复机构的驱动装置；

所述外磁场施加模块包括：机架和能提供可变磁场的磁场发生装置；

所述旋转机构与所述往复机构能共用所述驱动装置，所述驱动装置的工作参数可调；

所述往复机构与所述机架可拆卸连接并能在所述驱动装置驱动下往复移动；

所述旋转机构与所述机架可拆卸连接，所述旋转机构包括旋转盘，所述旋转盘能被所述驱动装置驱动进行旋转运动；

所述摩擦加载机构包括加载组件及支撑架；

所述检测机构包括用于检测试样表面温度的温度传感器，用于检测块试样摩擦表面的形貌的第一传感器以及用于检测块试样摩擦表面磁场的第二传感器。

在一个优选的实施方式中，所述磁场发生装置包括亥姆霍兹线圈，所述旋转机构和往复机构均处于所述亥姆霍兹线圈之中，所述亥姆霍兹线圈用于为提供尺寸为100毫米×100毫米×100毫米且均匀度至少为0.1％的磁场环境，磁场强度高至10高斯，磁场强度大小连续可调节。

在一个优选的实施方式中，所述机架包括：顶板、中间板以及底板，所述中间板与所述底板之间通过支撑杆相连接，所述中间板与所述亥姆霍兹线圈相连接，所述中间板与所述顶板之间安装有支撑立板。

在一个优选的实施方式中，所述驱动装置包括一伺服电机，所述伺服电机固定于所述机架的中间板，所述伺服电机的输出轴呈竖直放置并经联轴器与传动轴相连接，所述传动轴固定在所述机架的顶板下。

在一个优选的实施方式中，所述支撑架包括：顶面板、侧立板、传感器安装底板、底座、滑块与导轨，所述滑块与导轨安装在所述底座之下，并可拆卸连接；所述加载组件包括：游码、平衡导杆、加载梁、压头组件、拉杆、定滑轮、滑轮导杆、钢丝绳、砝码固定杆、砝码托盘、扭矩传感器；所述扭矩传感器安装在所述传感器安装底板上，所述加载梁与所述扭矩传感器相连接，所述加载梁的前端设置有钳口，所述压头组件固定在所述钳口处，所述加载梁的后端设置所述平衡导杆，所述游码连接在所述平衡导杆上，所述游码在所述平衡导杆上的位置可调；所述定滑轮安装在所述滑轮导杆中间位置，所述钢丝绳的一端与所述拉杆相连，穿过所述定滑轮与所述砝码固定杆相连，所述砝码托盘安装在所述砝码固定杆的末端。

在一个优选的实施方式中，所述往复机构包括：第一液氮盒、第一试块样盒、第一导轨与第一滑块，所述第一试块样盒置于所述第一液氮盒之上，通过所述第一滑块与所述第一导轨，在所述驱动装置的驱动下实现水平方向的往复移动；所述旋转机构还包括第二液氮盒、第二试块样盒，所述第二试块样盒置于第二液氮盒之上且与所述旋转盘相连接，在所述驱动装置驱动下进行旋转运动。

在一个优选的实施方式中，所述往复机构还包括：第一轴承、轴承挡板和偏心轮，所述第一轴承被所述轴承挡板所遮挡，在所述驱动装置的驱动之下，所述驱动装置的传动轴通过所述偏心轮带动所述第一轴承做偏心运动，且周期性的推动所述轴承挡板。

在一个优选的实施方式中，所述滑块与导轨可拆卸地设置在所述摩擦加载机构下部，所述摩擦加载机构通过所述滑块和导轨调节摩擦时压头的初始位置。

在一个优选的实施方式中，所述复合式摩擦磁化试验机还包括：二维移动平台，所述检测机构设置在所述二维移动平台上，所述第一传感器和第二传感器的位置能通过所述二维移动平台进行调整。

本实用新型的技术方案具有以下显著有益效果：

本申请所提供的复合式摩擦磁化试验机，可提供不同外磁场环境，从而在不同的外磁场作用下，模拟试样往复摩擦或旋转摩擦磁化的现象，检测试样磨损过程中表面形貌、磁场及温度变化。

进一步的，与现有技术相比，本实用新型至少具有以下特点和优点：

1、本实用新型一种可提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机，实用新型人对该试验机进行了巧妙地设计，使其拥有两种工作模式，往复机构和旋转机构使用同一伺服电机作为驱动，通过伺服控制器控制伺服电机的旋转速度(往复频率)，经过拆卸安装可实现两种摩擦的转换。如此设计，试验机的摩擦试验区域体积会比现有的复合式摩擦试验机大幅度减小，也即缩减了需要提供磁场环境的区域，有效减小了亥姆霍兹线圈的尺寸，(亥姆霍兹线圈尺寸与价格正相关)，在极大地减小了试验机的造价成本的同时，也保留了一定的便利性。

2、本实用新型一种可提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机的摩擦加载机构采用滑轮组配合固定砝码的加载形式。

3、本实用新型一种可提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机的摩擦加载机构设有一扭矩传感器，该传感器可准确的测量出旋转或往复摩擦过程中摩擦副间的摩擦阻力。

4、本实用新型一种可提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机的摩擦加载机构的加载梁可通过调节处于加载梁后端的游码的位置，保证压头始终垂直于摩擦试件表面。

5、本实用新型一种可提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机摩擦加载机构下部有一可拆卸式的直线导轨，摩擦加载机构可凭此调节摩擦时压头的初始位置，如此便可以轻松实现摩擦试样摩擦痕迹的改变，为摩擦试验研究提供便利。

6、本实用新型一种可提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机设有一亥姆霍兹线圈，该线圈结构简单、操作方便，能为摩擦磁化提供可调的均匀外磁场环境，并且该磁场均匀性较好，使试验可靠性提高，磁场均匀区体积大，有足够空间用于摩擦磁化试验。

7、本实用新型一种可提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机设有一个二维移动平台，平台上有一金属磁记忆传感器(巨磁阻传感器)和激光位移传感器，可以高精度的调整传感器位置并检测试样摩擦表面的形貌和磁场变化，实现对试样表面形貌和磁场的2D扫描。

参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本实用新型的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。

图1为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机往复工位结构示意图；

图2为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验旋转工位结构示意图；

图3为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机摩擦加载机构轴侧图；

图4为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机摩擦加载机构侧视图；

图5为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机摩擦加载机构后视图；

图6为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机压头组件剖视图；

图7为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机往复机构示意图；

图8a为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机往复机构正视图；

图8b为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机往复机构俯视图；

图9a为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机旋转机构示意图；

图9b为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机旋转机构正视图；

图10为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机机架、检测机构示意图；

图11为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机机架、检测机构右视图；

图12为本实用新型提供的一种复合式摩擦磁化试验方法的步骤流程图。

以上附图的附图标记：

1、摩擦加载机构；

2、往复机构；

3、旋转机构；

4、检测机构；

5、外磁场施加模块；

101、顶面板；102、侧立板；103、传感器安装底板；104、底座；105、滑块与导轨；110、游码；111、平衡导杆；112、加载梁；113、压头组件；114、拉杆；115、定滑轮；116、滑轮导杆；117、钢丝绳；118、砝码固定杆；119、砝码托盘；120、限位梁；121、扭矩传感器；1130、固定螺钉；1131、压头支架；1132、顶杆；1133、销试样；

201、第一试块样盒；202、第一热电偶传感器；203、第一块试样；204、第一液氮盒；205、第一固定板；206、传动轴；207、联轴器；208、伺服电机；209、第一导轨；210、第一滑块；211、轴承挡板；212、第一轴承；213、偏心轮；

301、第二试块样盒；302、第二块试样；303、第二热电偶传感器；304、第二固定板；305、轴承座；306、第二轴承；307、第二液氮盒；

401、移动光学平台；402、第二导轨；403、丝杠导轨固定板；404、丝杠导轨；405、巨磁阻传感器；406、激光位移传感器；407、传感器夹具；408、传感器固定梁；

501、底板；502、支撑柱；503、中间板；504、导轨固定板；505、支撑板；506、顶板；

507、亥姆霍兹线圈；508、底板垫脚。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本实用新型的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请实施方式中提供一种复合式摩擦磁化试验机，该复合式摩擦磁化试验机主要包括：摩擦加载机构、往复机构、旋转机构、检测机构及外磁场施加模块。所述摩擦加载机构、往复机构、旋转机构、检测机构均在所述外磁场施加模块之上。所述外磁场施加模块包括：机架和能提供可变磁场的磁场发生装置。所述往复机构与所述机架可拆卸连接并能在所述驱动装置驱动下往复移动。所述驱动装置的工作参数可调。

所述旋转机构及所述往复机构使用同一驱动装置，通过更换与驱动装置的传动轴相连的机构(旋转机或往复机构)来实现旋转或往复摩擦磁化试验，即可提供两种试验工位，两者可根据实验需求互相转换。

本实用新型提供的复合式摩擦磁化试验机，可提供不同外磁场环境，从而在不同的外磁场作用下，模拟试样往复摩擦或旋转摩擦磁化的现象，检测试样磨损过程中表面形貌、磁场及温度变化。

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更清楚的理解，以下结合附图和较佳实施例，对本实用新型提出的复合式摩擦磁化试验机的具体实施方式、结构、特征及功效详细说明如后。另外，通过具体实施方式的说明，可对本实用新型为达成预定目的所采用的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所示附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

图1为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机往复工位结构示意图；图2为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验旋转工位结构示意图；图3为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机摩擦加载机构轴侧图；图4为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机摩擦加载机构侧视图；图5为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机摩擦加载机构后视图；图6为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机压头组件剖视图；图7为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机往复机构示意图；图8a为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机往复机构正视图；图8b为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机往复机构俯视图；图9a为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机旋转机构示意图；图9b为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机旋转机构正视图；图10为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机机架、检测机构示意图；图11为本实用新型一种可以提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机机架、检测机构右视图。

请结合参阅图1和图2，该复合式摩擦磁化试验机包括：外磁场施加模块5，以及在所述外磁场施加模块5所覆盖范围内的摩擦加载机构1、往复机构2、旋转机构3、检测机构4；用于驱动所述旋转机构3、所述往复机构2的驱动装置；所述外磁场施加模块5包括：机架和能提供可变磁场的磁场发生装置；所述旋转机构3与所述往复机构2能共用所述驱动装置，所述驱动装置的工作参数可调；所述往复机构2与所述机架可拆卸连接并能在所述驱动装置驱动下往复移动；所述旋转机构3与所述机架可拆卸连接，所述旋转机构3包括旋转盘，所述旋转盘能被所述驱动装置驱动进行旋转运动；所述摩擦加载机构1包括加载组件、支撑架；所述检测机构4包括用于检测试样表面温度的温度传感器，用于检测块试样摩擦表面的形貌的第一传感器以及用于检测块试样摩擦表面磁场的第二传感器。

其中，如图3、图4和图5所示，所述摩擦加载机构1主要包括：支撑架、加载组件。

所述支撑架主要包括：顶面板101、侧立板102、传感器安装底板103、底座104、滑块与导轨105等。所述顶面板101、传感器安装底板103、底座104三者自上而下平行设置。侧立板102安装在所述顶面板101两侧，滑块与导轨105安装在所述底座104之下，两者可以通过螺纹螺孔连接。在进行旋转摩擦磁化试验时可通过滑块与导轨105组成的移动机构实现摩擦加载机构1的前后移动，调整初始摩擦的位置，进行往复摩擦时需要将其拆卸。其中，该滑块与导轨105中的导轨具体可以为直线导轨。

所述加载组件主要包括：游码110、平衡导杆111、加载梁112、压头组件113、拉杆114、定滑轮115、滑轮导杆116、钢丝绳117、砝码固定杆118、砝码托盘119、限位梁120、扭矩传感器121等。其中，扭矩传感器121安装在所述传感器安装底板103上。加载梁112与扭矩传感器121相连接。加载梁112整体上纵长延伸，具有相对的前端和后端。加载梁112的前端有一圆形钳口，压头组件113在钳口处固定，在一定程度上方便压头组件113的更换。加载梁112的后端有一平衡导杆111，平衡导杆111可以通过螺纹与加载梁112相连接，一游码110也可以通过螺纹连接与该平衡导杆111上。游码110可以通过调节其在平衡导杆111上的位置来维持加载梁112的水平，保证在增加载荷时扭矩传感器121能反应出准确的载荷数值。限位梁120位于加载梁112的上下两侧，限制梁可以限制加载梁112的倾翻角度。定滑轮115总共有三个，均安装在滑轮导杆116中间位置，其中两个滑轮导杆116左右两端通过螺纹与侧立板102相连接，一个位于上限位梁120的上方与顶面板101之间，另一个位于传感器安装底板103下方，第三组滑轮与滑轮导杆116连接在传感器安装底板103的后端凹形开口处。该加载梁112在靠近后端的位置设置有一处矩形镂空结构。拉杆114在此矩形镂空结构中经螺纹连接。钢丝绳117的一端与所述拉杆114相连，穿过三个定滑轮115与砝码固定杆118相连。砝码托盘119安装在砝码固定杆118的末端。砝码托盘119与砝码固定杆118经滑轮钢丝绳117机构与加载梁112相连，通过在砝码托盘119上增减砝码可以调整压头组件113的载荷。

如图6所示，所述摩擦加载机构1的压头组件113主要包括：固定螺钉1130、压头支架1131、顶杆1132、销试样1133等。其中，固定螺钉1130为空心螺钉，外圈螺纹与所述压头支架1131相连接并固定于图5呈悬臂梁的加载梁112的钳口处，固定螺钉1130的内圈螺纹与所述顶杆1132相连接。顶杆1132与销试样1133一同置于压头支架1131的空心内腔中。压头支架1131空心内腔的内径大小分为三段，一段大小与固定螺钉1130尾部的直径相同，一段变为顶杆1132直径大小，销试样1133制作为螺钉试样，顶杆1132直径与销试样1133头部直径大小相同，最后一段与销试样1133尾部直径大小相同，所以销试样1133由顶杆1132固定在压头支架1131当中。

本实用新型所采用摩擦加载机构1采用滑轮组配合固定砝码的加载方式，其中固定砝码托盘119经滑轮和钢丝绳117悬吊在摩擦加载机构1的底部附近，方便连续加载，游码110则安装在摩擦加载机构1顶部的悬臂梁的尾端，通过调整游码110的位置使加载梁112保持水平可保证压头组件113始终垂直于被测试件表面。而在摩擦加载机构1底版下端有一可拆卸的滑块导轨机构，在对试样进行摩擦时，此机构可实现摩擦加载机构1的其前后移动，以改变摩擦试样的摩擦轨迹及半径大小。

请结合参阅图1、图7、图8a和图8b，主要示出了复合式摩擦磁化试验机的往复机构2。所述往复机构2可以包括：第一液氮盒204、第一试块样盒201、第一导轨209与第一滑块210，所述第一试块样盒201置于所述第一液氮盒204之上，通过所述第一滑块210与所述第一导轨209，在所述驱动装置的驱动下实现水平方向的往复移动。

所述往复机构2以伺服电机208作为驱动源，伺服电机208固定于机架上。传动轴206分为上下两段，两端传动轴206通过法兰连接，下端的传动轴206经联轴器207与伺服电机208输出轴相连接。上端的传动轴206固定于偏心轮213的偏心孔处，偏心轮213固定在第一轴承212中间。轴承挡板211固定在第一固定板205的底面，轴承挡板211外形可以为矩形，其长边与块试样的往复运动方向垂直，短边的长度小于第一轴承212的外径，所以第一轴承212被固定在轴承挡板211与第一固定板205之间。第一固定板205底面的两个长边分别安装了两个并列摆放的第一滑块210。第一滑块210分别安装到两条第一导轨209上。在第一固定板205的上面固定有一方形液氮盒(为了与旋转机构3的液氮盒进行区分，此处的液氮盒标识为第一液氮盒204)，第一液氮盒204中盛有一定量的液氮，用于降低块试样(为了与旋转机构3的块试样进行区分，此处的块试样标识为第一块试样203)被往复摩擦时的表面温度并在一定程度上减少第一块试样203的氧化。第一试块样盒201固定在第一液氮盒204顶上，第一试块样盒201的中心有一方形槽，用于固定第一块试样203。方形槽四个角为圆槽，方便第一块试样203的放入与拿出。方形槽中有一个键孔，液氮通过此孔与第一块试样203进行接触，方形槽周围还有一个传感器槽，在此槽中安装有一第一热电偶传感器202。借助此第一热电偶传感器202可以实时获取第一块试样203在进行往复摩擦时表面的温度场变化。

所述往复机构2在伺服电机208的驱动之下，伺服电机208的传动轴206通过偏心轮213带动第一轴承212做偏心运动，由于第一轴承212被轴承挡板211所遮挡，运动起来的第一轴承212又周期性的推动着轴承挡板211，从而使固定于轴承挡板211和底板501的第一块试样203沿着第一导轨209进行往复运动，该第一导轨209具体可以为直线导轨。往复运动的频率可通过电机转轴转速控制，因此该往复结构具有行程及速度的连续可调性，在允许的调节范围内，可以任意改变其往复行程和往复频率的大小，为开展摩擦试验研究提供便利。

整体上，本实用新型所采用的往复机构2通过曲柄和偏心轮213实现往复试样固定座在直线导轨的往复运动。

其中，传动轴206的上半轴穿过机架顶板506与偏心轮213(或称凸轮)配合，凸轮安装在轴承中，轴承安装在轴承挡板211和试样盒固定板之间。经伺服电机208的驱动，传动轴206带动曲柄转动，轴承与曲柄在轴承挡板211和试样盒固定板之间做偏心转动，带动试样固定板做水平方向的往复运动，往复运动的行程根据凸轮的偏心距离而定，其具体数值本申请在此并不做具体限定。

具体的，第一块试样203即往复摩擦试样固定于截面为方形第一液氮盒204中，液氮可实现试样在摩擦时的降温，第一液氮盒204固定于试样固定板上，试样尺寸要求为：90毫米(长)*14毫米(宽)*8毫米(高)。

如图2、图9a和图9b所示，所述旋转机构3与往复机构2使用同一伺服电机208作为驱动源，可实现在同一摩擦磁化试验机进行复合式摩擦试验。伺服电机208的传动轴206通过第二轴承306固定在轴承座305中，轴承座305安装在第二固定板304之下，圆柱形液氮盒固定在第二固定板304之上，第二块试样302盒安装在第二液氮盒307之上，圆形块试样放置于第二块试样302盒的试样凹槽中，第二热电偶传感器303安装在第二块试样302附近的传感器安装槽中。所述的旋转机构3在伺服电机208的驱动之下，传动轴206带动第二固定板304与第二液氮盒307中的圆形块试样进行旋转运动，旋转运动的转速可通过电机转轴转速控制，因此该旋转结构的速度具有连续可调性。

本实用新型所采用的旋转机构3以伺服电机208作为驱动，伺服电机208输出轴通过连接头与旋转盘相连。所述旋转机构3还包括第二液氮盒307、第二试块样盒301，所述第二试块样盒301置于第二液氮盒307之上且与所述旋转盘相连接，在所述驱动装置驱动下进行旋转运动。

具体的，第二块试样302即旋转摩擦试样与截面为圆形的液氮盒固定在旋转盘上，试样尺寸要求为：60毫米(直径)。

如图1和图10所示，所述检测机构4主要可以包括两种传感器，用于检测块试样摩擦表面的形貌的第一传感器以及用于检测块试样摩擦表面磁场的第二传感器。其中，该第一传感器具体可以为激光位移传感器406，该第二传感器具体可以为巨磁阻传感器405。激光位移传感器406用于精确可靠地检测块试样摩擦表面的形貌，巨磁阻传感器405用于精确可靠地检测块试样摩擦表面的磁场。在说明书的实施方式中，该检测机构4以设置有激光位移传感器406和巨磁阻传感器405为例进行举例说明。

所述检测机构4还可以包括传感器夹具407。该传感器夹具407可以包括套筒和固定板。激光位移传感器406固定在传感器夹具407的固定板上，巨磁阻传感器405安装在传感器夹具407的套筒结构中。传感器夹具407通过螺纹与传感器固定梁408连接，使传感器与试块样盒保持一定的距离。传感器固定梁408固定在丝杠导轨404上。该丝杠导轨404通过丝杠导轨固定板403固定。

所述检测机构4主要通过移动光学平台401控制丝杠导轨404固定板在第二导轨402(该第二导轨402具体也可以为直线导轨)上进行Y轴方向的移动进而实现检测机构4在Y轴上对试样的检测，又通过丝杠导轨404实现检测机构4在X轴上对试样的检测，其中移动光学平台401和丝杠导轨404都可以高精度控制传感器在X、Y轴上的高精度移动。因此该检测机构4的检测范围可以覆盖块试样摩擦过程中整个表面。

如图10和图11所示，所述外磁场施加模块5可以包括机架和磁场发生装置。其中，机架主要包括安装底板501、中间板503、导轨固定板504、顶板506和底板垫脚508。磁场发生装置包括：一维亥姆霍兹线圈507。所述旋转机构3和往复机构2均处于所述亥姆霍兹线圈507之中，所述亥姆霍兹线圈507用于为提供尺寸为100毫米×100毫米×100毫米且均匀度至少为0.1％的磁场环境，磁场强度高至10高斯，磁场强度大小连续可调节。

底板501底面安装有垫脚用以保证整个机架的稳定，安装底板501与中间板503依靠支撑柱502进行连接。导轨固定板504和顶板506通过支撑板505固定在中间板503上方，顶板506用于固定往复摩擦机构，导轨固定板504用于固定检测机构4。支撑板505、中间板503、顶板506是通过螺纹连接，便于拆除以进行旋转摩擦磁化试验。亥姆霍兹线圈507安装在中间板503上，整个摩擦磁化在线圈范围中进行，该线圈可以为试样摩擦磁化提供均匀磁场。

本实用新型在采用一对位于加载梁112中部的扭矩传感器121检测摩擦过程中试块载荷大小；在压头座侧面，通过一传感器支架固定有金属磁记忆检测传感器(巨磁阻传感器405)和激光位移传感器406，传感器支架固定在丝杠滑轨上，丝杠滑轨又通过滑块安装在另一导轨上，可实现传感器的左右和前后移动，可检测试样摩擦表面的磁场和形貌变化。此外，通过在液氮盒顶上的试块样盒上安装热电偶传感器可检测摩擦表面温度场的变化。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下特点和优点：

1、本实用新型提供了一种可提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机，实用新型人对该试验机进行了巧妙地设计，使其拥有两种工作模式，往复机构2和旋转机构3使用同一伺服电机208作为驱动，通过伺服控制器控制伺服电机208的旋转速度(往复频率)，经过拆卸安装可实现两种摩擦的转换。如此设计，试验机的摩擦试验区域体积会比现有的复合式摩擦试验机大幅度减小，也即缩减了需要提供磁场环境的区域，有效减小了亥姆霍兹线圈的尺寸，(亥姆霍兹线圈尺寸与价格正相关)，在极大地减小了试验机的造价成本的同时，也保留了一定的便利性。

2、本实用新型一种可提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机的摩擦加载机构1采用滑轮组配合固定砝码的加载形式；

3、本实用新型一种可提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机的摩擦加载机构1设有一扭矩传感器121，该传感器可准确的测量出旋转或往复摩擦过程中摩擦副间的摩擦阻力。

4、本实用新型一种可提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机的摩擦加载机构1的加载梁112可通过调节处于加载梁112后端的游码110的位置，保证压头始终垂直于摩擦试件表面。

5、本实用新型一种可提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机摩擦加载机构1下部有一可拆卸式的直线导轨，摩擦加载机构1可凭此调节摩擦时压头的初始位置，如此便可以轻松实现摩擦试样摩擦痕迹的改变，为摩擦试验研究提供便利。

6、本实用新型一种可提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机设有一亥姆霍兹线圈507，该线圈结构简单、操作方便，能为摩擦磁化提供可调的均匀外磁场环境，并且该磁场均匀性较好，使试验可靠性提高，磁场均匀区体积大，有足够空间用于摩擦磁化试验。

7、本实用新型一种可提供不同外磁场环境的复合式摩擦磁化试验机设有一个二维移动平台，平台上有一金属磁记忆传感器(巨磁阻传感器405)和激光位移传感器406，可以高精度的调整传感器位置并检测试样摩擦表面的形貌和磁场变化，实现对试样表面形貌和磁场的2D扫描。

请参阅图12，基于本申请上述实施方式中所提供的复合式摩擦磁化试验机，本申请还提供一种复合式摩擦磁化试验机的试验方法，该试验方法包括：

步骤S1：根据试验需求选用并组装旋转机构或往复机构，在液氮盒中盛入一定量的液氮，将对应的实验试样预装到试块样盒中；

步骤S2：在未加固定砝码的情况下，调节游码位置，使得加载梁保持平衡，使得压头组件底部的销试样紧贴摩擦试样表面；

步骤S3：根据实验要求选择挂载固定砝码的规格及加载工位，然后再调节游码的位置，同时观察压头组件内的载荷传感器显示值，以便将载荷调整到实验要求的载荷；

步骤S4：调节亥姆霍兹线圈，以提供符合需求的外磁场环境；

步骤S5：调节移动光学平台和丝杠导轨使检测机构处在适当的位置，启动旋转机构或往复机构开展摩擦试验；

步骤S6：在试验过程中，测量磨痕区域地表面磁场和磨痕形貌，实现二维信号图形的表征。

在进行试验时，首先，根据试验需求选用并组装旋转机构或往复机构，后续将实验试样预装到旋转机构3或往复机构2上。在进行试样预转时，可以在液氮盒中盛入一定量的液氮，将对应的实验试样预装到试块样盒中，再将实验试样预装到旋转机构3或往复机构2上。当选用旋转机构3时，需要调整旋转摩擦加载机构1到所需要的摩擦工位。

在未加固定砝码的情况下，调节游码110位置，使得加载梁112保持平衡，使得压头组件113底部的销试样1133紧贴摩擦试样表面。根据实验要求选择挂载固定砝码的规格及加载工位，然后再调节游码110的位置，同时观察压头组件113内的载荷传感器显示值，以便将载荷调整到实验要求的载荷。

在载荷调整好后，再调节亥姆霍兹线圈507，以提供符合需求的外磁场环境；

调节移动光学平台401和丝杠导轨404使检测机构4处在适当的位置。启动旋转机构3或往复机构2即可开展摩擦试验。

在摩擦试验进行过程中，可通过调节检测机构4的位置实现对摩擦试样整个表面形貌和磁场的在线检测，通过测量磨痕区域地表面磁场和磨痕形貌，实现二维信号图形的表征。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本实用新型进行解释，以便于能够更好地理解本实用新型，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本实用新型的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

以上仅为本实用新型的几个实施方式，虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用于限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种复合式摩擦磁化试验机，其特征在于，所述复合式摩擦磁化试验机包括：外磁场施加模块，以及在所述外磁场施加模块所覆盖范围内的摩擦加载机构、往复机构、旋转机构、检测机构；用于驱动所述旋转机构、所述往复机构的驱动装置；

所述外磁场施加模块包括：机架和能提供可变磁场的磁场发生装置；

所述旋转机构与所述往复机构能共用所述驱动装置，所述驱动装置的工作参数可调；

所述往复机构与所述机架可拆卸连接并能在所述驱动装置驱动下往复移动；

所述旋转机构与所述机架可拆卸连接，所述旋转机构包括旋转盘，所述旋转盘能被所述驱动装置驱动进行旋转运动；

所述摩擦加载机构包括加载组件及支撑架；

所述检测机构包括用于检测试样表面温度的温度传感器，用于检测块试样摩擦表面的形貌的第一传感器以及用于检测块试样摩擦表面磁场的第二传感器。

2.如权利要求1所述的复合式摩擦磁化试验机，其特征在于，所述磁场发生装置包括亥姆霍兹线圈，所述旋转机构和往复机构均处于所述亥姆霍兹线圈之中，所述亥姆霍兹线圈用于为提供尺寸为100毫米×100毫米×100毫米且均匀度至少为0.1％的磁场环境，磁场强度高至10高斯，磁场强度大小连续可调节。

3.如权利要求2所述的复合式摩擦磁化试验机，其特征在于，所述机架包括：顶板、中间板以及底板，所述中间板与所述底板之间通过支撑杆相连接，所述中间板与所述亥姆霍兹线圈相连接，所述中间板与所述顶板之间安装有支撑立板。

4.如权利要求3所述的复合式摩擦磁化试验机，其特征在于，所述驱动装置包括一伺服电机，所述伺服电机固定于所述机架的中间板，所述伺服电机的输出轴呈竖直放置并经联轴器与传动轴相连接，所述传动轴固定在所述机架的顶板下。

5.如权利要求4所述的复合式摩擦磁化试验机，其特征在于，所述支撑架包括：顶面板、侧立板、传感器安装底板、底座、滑块与导轨，所述滑块与导轨安装在所述底座之下，并可拆卸连接；

所述加载组件包括：游码、平衡导杆、加载梁、压头组件、拉杆、定滑轮、滑轮导杆、钢丝绳、砝码固定杆、砝码托盘、扭矩传感器；所述扭矩传感器安装在所述传感器安装底板上，所述加载梁与所述扭矩传感器相连接，所述加载梁的前端设置有钳口，所述压头组件固定在所述钳口处，所述加载梁的后端设置所述平衡导杆，所述游码连接在所述平衡导杆上，所述游码在所述平衡导杆上的位置可调；

所述定滑轮安装在所述滑轮导杆中间位置，所述钢丝绳的一端与所述拉杆相连，穿过所述定滑轮与所述砝码固定杆相连，所述砝码托盘安装在所述砝码固定杆的末端。

6.如权利要求5所述的复合式摩擦磁化试验机，其特征在于，所述往复机构包括：第一液氮盒、第一试块样盒、第一导轨与第一滑块，所述第一试块样盒置于所述第一液氮盒之上，通过所述第一滑块与所述第一导轨，在所述驱动装置的驱动下实现水平方向的往复移动；

所述旋转机构还包括第二液氮盒、第二试块样盒，所述第二试块样盒置于第二液氮盒之上且与所述旋转盘相连接，在所述驱动装置驱动下进行旋转运动。

7.如权利要求6所述的复合式摩擦磁化试验机，其特征在于，所述往复机构还包括：第一轴承、轴承挡板和偏心轮，所述第一轴承被所述轴承挡板所遮挡，在所述驱动装置的驱动之下，所述驱动装置的传动轴通过所述偏心轮带动所述第一轴承做偏心运动，且周期性的推动所述轴承挡板。

8.如权利要求7所述的复合式摩擦磁化试验机，其特征在于，所述滑块与导轨可拆卸地设置在所述摩擦加载机构下部，所述摩擦加载机构通过所述滑块和导轨调节摩擦时压头的初始位置。

9.如权利要求2至8任一所述的复合式摩擦磁化试验机，其特征在于，所述复合式摩擦磁化试验机还包括：二维移动平台，所述检测机构设置在所述二维移动平台上，所述第一传感器和第二传感器的位置能通过所述二维移动平台进行调整。

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