CN220568595U - 可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机，包括装夹装置、加载装置、测试装置、循环加热冷却装置和机架；装夹装置包括上夹具、下夹具；加载装置包括升降平板、电动缸和加载电机；加载电机设置在升降平板的底端，电动缸设置在升降平板内部，加载电机与电动液压缸电连接，电动液压缸控制升降平板的上升下降；循环加热冷却装置包括油箱、润滑油喷嘴、齿轮泵和加热片；测试装置包括电气设备板、旋转电机驱动器、加载电机驱动器、摩擦力传感器和加载力传感器。本实用新型有动态加载装置和循环加热冷却装置，可以实现加载力动态加载，循环加热冷却装置可使摩擦副温度恒定在稳定区间，提高试验精度。

Description

可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机

技术领域

本实用新型涉及测试零件摩擦磨损性能工业领域，更具体地说，涉及一种可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机。

背景技术

北京交通大学王文斌研制出一款多功能旋转式摩擦磨损试验机。该试验机接触方式可在“球-盘”和“销-盘”之间进行切换，可进行在最大载荷为10N、最高转速为1500r／min、最高温度可达300℃下的摩擦磨损试验。针对研制的试验机设计了一款专用的力传感器(“H”型孔悬臂梁式传感器)。该试验机仍存在一些不足之处如：并没有对“H”型孔悬臂梁式传感器在结构尺寸方面进行最优化处理；控制系统只能实现匀速和变速两种工况，面对更复杂的工况无法实现，还需要继续完善。

国外比较知名的摩擦试验机研发公司有美国FALEX、CETR公司、德国WAZAU等公司。其中美国FALEX公司研制的摩擦试验机可以精确测量各种液体如润滑油、燃油、涂料等材料的摩擦磨损性能。摩擦试验机不仅仅应用于工业制造领域，在医疗领域也得到长足发展。德国WAZAU等公司研制了一款假肢摩擦磨损试验用以研究假肢的摩擦磨损性能，摩擦力分辨率可以精确至0.1N。目前市面上的摩擦试验机缺乏动态加载功能和摩擦副循环加热冷却功能，无法使试验条件恒定导致测量精度不高。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机，能够极大程度提高零件磨损量测量精度。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机，包括装夹装置、加载装置、测试装置、循环加热冷却装置和机架；

所述装夹装置包括上夹具、下夹具；所述上夹具包括试样夹、钢球夹具和钢球，所述钢球固定设置在钢球夹具下端，所述钢球夹具固定设置在试样夹下端，所述下夹具包括旋转底座和回转试样盘，所述回转试样盘设置在旋转底座顶端，所述回转试样盘上设置回油口；

所述加载装置包括升降平板、电动缸和加载电机；所述加载电机设置在升降平板的底端，所述电动缸设置在升降平板内部，所述加载电机与电动液压缸电连接，所述电动液压缸控制升降平板的上升下降；

所述循环加热冷却装置包括油箱、润滑油喷嘴、齿轮泵和加热片，所述油箱和齿冷泵设置在机架内部底端，所述润滑油喷嘴设置在升降平板上，所述加热片设置在油箱表面，所述润滑油喷嘴与齿轮泵连接，所述齿轮泵与油箱连接，所述油箱通过管路与回油口连接形成回路；

所述测试装置包括电气设备板、旋转电机驱动器、加载电机驱动器、摩擦力传感器和加载力传感器，所述摩擦力传感器设置在旋转底座内部，所述加载力传感器设置在升降平板的下方；所述电气设备板和加载电机驱动器分别设置在机架内部底端，所述旋转电机驱动器设置在机架外侧顶部，所述旋转电机驱动器控制旋转电机启停，所述加载电机驱动器设置机架内部底端，所述加载电机驱动器控制加载电机启停。

按上述方案，所述电气设备板上设置有电源开关和急停开关。

按上述方案，所述电气设备板上设置有手动旋钮，通过所述手动旋钮控制齿轮泵的开关。

按上述方案，所述机架的下端设有支撑脚。

按上述方案，所述回转试样盘通过螺栓固定试件。

按上述方案，所述旋转底座通过固定圆柱与回转试样盘连接，所述固定圆柱上设有推力轴承。

按上述方案，所述电动缸的上方设有加载弹簧。

实施本实用新型的可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机，具有以下有益效果：

1、本实用新型极大程度提高零件磨损量测量精度，同时内部构造简单、体积小、易于存放运输，生产成本低。弥补了现有市场产品的不足；

2、本实用新型通过动态加载装置和循环加热装置完美解决了现有摩擦磨损试验机缺乏动态加载能力和循环加热冷却功能，在试验过程中，加载力与摩擦副温度波动范围大，试验误差大的技术问题，可以试验条件恒定，可以实现加载力动态加载，循环加热冷却装置可使摩擦副温度恒定在稳定区间，提高试验精度。

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是本实用新型的上夹具的结构示意图；

图2是本实用新型的上夹具的剖视图；

图3是下夹具的结构示意图；

图4是本实用新型的加载装置结构示意图；

图5是可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机的结构示意图；

图6是本实用新型的测试装置的工作原理图；

图7是本实用新型的加载装置的动态加载程序流程图；

图8是本实用新型的循环加热冷却装置的操作流程图；

图9是本实用新型可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机的工作流程图；

图中：1、上夹具，101、试样夹、102、钢球夹具，103、钢球，2、下夹具，201、旋转底座，202、回转试样盘，203、推力轴承，204、固定圆柱，3、加载装置，301、升降平板，302、电动缸，303、加载电机，304、旋转电机，305、加载弹簧，401、油箱，402、齿轮泵，403、润滑油喷嘴，501、电气设备板，502、旋转电机驱动器，503、加载电机驱动器，504、摩擦力传感器，505、加载力传感器。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1-9所示，本实用新型的可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机，包括装夹装置、加载装置3、测试装置、循环加热冷却装置和机架；机架的下端设有支撑脚。支撑脚对整个试验机进行支撑，机架对试验机起保护作用，同时防止试件飞出伤人。

如图1-3所示，装夹装置包括上夹具1、下夹具2；上夹具1包括试样夹101和钢球夹具102，钢球103固定设置在钢球夹具102下端，钢球夹具102固定设置在试样夹101下端，下夹具2包括旋转底座201和回转试样盘202，回转试样盘202设置在旋转底座201顶端，回转试样盘202上设置回油口。旋转底座201通过固定圆柱204与回转试样盘202连接，固定圆柱204上设有推力轴承203。旋转底座201内部设有摩擦力传感器504。回转试样盘202通过螺栓固定试件。装夹装置用来夹紧试样，由上下夹具2两部分组成，上夹具1由试样夹101、钢球夹具102、钢球103组成。将钢球夹具102插入钢球夹具102螺孔，同时将螺栓旋进螺栓螺孔锁死钢球夹具102。下夹具2由旋转底座201和回转试样盘202组成，试件通过螺栓固定于回转试样盘202上。

如图4所示，加载装置3包括升降平板301、电动缸302和加载电机303。电动缸302的上方设有加载弹簧305，升降平板301的下方设有加载力传感器505。加载电机303设置在升降平板301的底端，电动缸302设置在升降平板301内部，加载电机303与电动液压缸电连接，电动液压缸控制升降平板301的上升下降；加载电机303使电动缸302上下运转，升降平板301随之上下运行。

如图5所示，循环加热冷却装置包括油箱401、润滑油喷嘴403、齿轮泵402和加热片，油箱401和齿冷泵设置在机架内部底端，润滑油喷嘴403设置在升降平板301上，加热片设置在油箱401表面，润滑油喷嘴403与齿轮泵402连接，齿轮泵402与油箱401连接，油箱401通过管路与回油口连接形成回路；通过手动旋钮控制齿轮泵402，使润滑油喷嘴403将润滑油输送到摩擦副，对摩擦副温度进行动态调节使其稳定在一个特定区间。贴在油箱401外侧加热片可以对润滑油进行加热。

测试装置包括电气设备板501、旋转电机驱动器502、旋转电机驱动器503、摩擦力传感器504和加载力传感器505；电气设备板501和旋转电机驱动器503分别设置在机架内部底端，旋转电机驱动器502设置在机架外侧顶部，旋转电机驱动器502控制旋转电机304启停，旋转电机驱动器503设置机架内部底端，旋转电机驱动器503控制加载电机303启停。电气设备板501上设置有电源开关和急停开关，电气设备板501上设置有手动旋钮，通过手动旋钮控制齿轮泵402的开关。测试装置用于控制试验机启动、停止。基于Labview实现动态调整加载力大小的功能。测试装置工作原理图如图4所示，通过上位机内Labview程序，向控制板卡发出控制指令，进而控制驱动器来启动停止电机，调节电机转速。加载电机303带动电动缸302对下夹具2施加加载力，旋转电机304带动上夹具1旋转，加载力传感器505将收集的加载力信号传递到控制板卡，上位机Labview程序根据采集到的加载力信号实时改变加载力大小指令实现动态加载。Labview动态加载程序如图5所示，当设定载荷大于实际加载力超过15N时，程序执行条件结构分支1中内容，加载电机303推动电动缸302向上运行增大加载力。当设定载荷小于实际加载力超过15N时，程序执行条件结构分支2中内容，加载电机303带动电动缸302向下运行减小加载力。当设定载荷与实际加载力差值小于等于15N时，程序执行条件结构分支3中内容，加载电机303不转。

本实用新型的工作原理为：

如图6-8所示，摩擦试验机工作原理为通过上位机Labview控制摩擦试验机运行并采集存储试验数据。上夹具1夹紧钢球，下夹具2夹紧试件，旋转电机304带动钢球旋转，加载系统对下夹具2施加加载力，钢球与试件产生滑动摩擦，通过加载力传感器505和摩擦力传感器504，将加载力信号与摩擦力信号传输到上位机，并生成摩擦系数数据保存起来。

试验机采用球-盘接触摩擦副。试验机进行试件摩擦试验全过程通过上位机LABVIEW来控制，上位机通过数据采集卡将控制指令发送至旋转电机驱动器503和旋转电机驱动器502，两电机驱动器分别控制加载电机303与旋转电机304，加载电机303带动电缸向上运行，按照上位机设定载荷对下夹具2施加加载力，当下夹具2加载力达到设定载荷附近时，旋转电机304带动上夹具1做回转运动，钢球与试件接触并相对运动发生滑动摩擦，试件受到的加载力和摩擦力通过传感器转换为电信号，数据采集卡将采集到的传感器信号传递至上位机生成动态摩擦系数曲线，试验结束后，上位机软件自动将数据保存至指定文件夹。试验过程中，循环加热冷却装置向摩擦副喷射润滑油，使摩擦副温度稳定试验设定温度附近。

如图9所示，本实用新型的操作过程为：

①将设备移动到可展开的空间，接通电源。

②启动控制软件进入引导界面开始进入自检模式。

③对电机电缸、传感器、输出自检无误后，进入设置界面对试验机的参数进行设置。

④参数设置完毕后，通过上下夹具固定试件。

⑤点击开始试验按钮，开始对试件进行摩擦磨损试验。

⑥记录摩擦磨损数据，试验结束。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (7)

1.一种可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机，其特征在于，包括装夹装置、加载装置、测试装置、循环加热冷却装置和机架；

所述装夹装置包括上夹具、下夹具；所述上夹具包括试样夹、钢球夹具和钢球，所述钢球固定设置在钢球夹具下端，所述钢球夹具固定设置在试样夹下端，所述下夹具包括旋转底座和回转试样盘，所述回转试样盘设置在旋转底座顶端，所述回转试样盘上设置回油口；

所述加载装置包括升降平板、电动缸和加载电机；所述加载电机设置在升降平板的底端，所述电动缸设置在升降平板内部，所述加载电机与电动液压缸电连接，所述电动液压缸控制升降平板的上升下降；

所述循环加热冷却装置包括油箱、润滑油喷嘴、齿轮泵和加热片，所述油箱和齿冷泵设置在机架内部底端，所述润滑油喷嘴设置在升降平板上，所述加热片设置在油箱表面，所述润滑油喷嘴与齿轮泵连接，所述齿轮泵与油箱连接，所述油箱通过管路与回油口连接形成回路；

所述测试装置包括电气设备板、旋转电机驱动器、加载电机驱动器、摩擦力传感器和加载力传感器，所述摩擦力传感器设置在旋转底座内部，所述加载力传感器设置在升降平板的下方；所述电气设备板和加载电机驱动器分别设置在机架内部底端，所述旋转电机驱动器设置在机架外侧顶部，所述旋转电机驱动器控制旋转电机启停，所述加载电机驱动器设置机架内部底端，所述加载电机驱动器控制加载电机启停。

2.根据权利要求1所述的可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机，其特征在于，所述电气设备板上设置有电源开关和急停开关。

3.根据权利要求1所述的可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机，其特征在于，所述电气设备板上设置有手动旋钮，通过所述手动旋钮控制齿轮泵的开关。

4.根据权利要求1所述的可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机，其特征在于，所述机架的下端设有支撑脚。

5.根据权利要求1所述的可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机，其特征在于，所述回转试样盘通过螺栓固定试件。

6.根据权利要求1所述的可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机，其特征在于，所述旋转底座通过固定圆柱与回转试样盘连接，所述固定圆柱上设有推力轴承。

7.根据权利要求1所述的可变工况动态加载材料润滑摩擦磨损试验机，其特征在于，所述电动缸的上方设有加载弹簧。