一種沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)裝置及其方法
【專利摘要】一種沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)裝置及其方法是：將球形上試件夾持在上夾具上，用下夾具夾持平面下試件；通過精密螺桿升降臺(tái)控制下夾具的上下移動(dòng)，使上、下試件接觸；伺服電機(jī)依次通過偏心盤、上關(guān)節(jié)軸承、下關(guān)節(jié)軸承、沖擊軸、彈簧片、上夾具帶動(dòng)上試件以設(shè)定的頻率f、次數(shù)N和位移S進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并對(duì)下試件進(jìn)行往復(fù)沖擊；在沖擊過程中，彈簧片受力變形，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)上、下試件間的沖滑復(fù)合摩擦磨損；同時(shí)，與下夾具相連接的三維動(dòng)態(tài)壓電傳感器測(cè)出下試件所承受的力，并送至數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，分析得出摩擦系數(shù)?循環(huán)次數(shù)曲線。該試驗(yàn)裝置及其方法能方便的使材料發(fā)生剛度可調(diào)節(jié)的沖滑復(fù)合摩擦磨損，其自動(dòng)化程度高，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性好。
【專利說明】
一種沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械工程的摩擦學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械零件的失效主要有磨損、斷裂和腐蝕三種形式，而據(jù)統(tǒng)計(jì)磨損失效高達(dá)60%?80%。磨損是相互接觸的物體在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中表層材料不斷損失、產(chǎn)生殘余變形或其他損傷的過程，它是伴隨著摩擦而產(chǎn)生的必然結(jié)果。磨損會(huì)導(dǎo)致零部件尺寸發(fā)生變化，喪失精度、縮短壽命，并使機(jī)械系統(tǒng)加劇振動(dòng)、出現(xiàn)噪聲、污染潤(rùn)滑，大幅度降低系統(tǒng)的可靠性，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重事故。
[0003]在實(shí)際應(yīng)用工況中，摩擦副之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)十分復(fù)雜，產(chǎn)生的磨損往往是多種磨損形式復(fù)合作用的結(jié)果，沖滑磨損就是一種典型的復(fù)合磨損形式。沖滑磨損在運(yùn)動(dòng)形式上是沖擊與滑動(dòng)兩種接觸運(yùn)動(dòng)形式的復(fù)合，但在磨損機(jī)理上并不是簡(jiǎn)單的沖擊磨損與滑動(dòng)磨損的疊加，沖擊與滑動(dòng)的耦合作用使得沖滑復(fù)合磨損機(jī)理十分復(fù)雜。沖滑復(fù)合摩擦磨損過程中切向位移較大，使得磨肩更易于排出接觸區(qū)，常使材料發(fā)生快速的嚴(yán)重磨損，很多情況下是導(dǎo)致零件快速、異常失效的直接原因。
[0004]沖滑復(fù)合摩擦磨損現(xiàn)象大量存在于各種機(jī)械裝備和器械中，例如電氣化鐵路接觸網(wǎng)支撐結(jié)構(gòu)中定位器的定位鉤與定位支座鉤環(huán)連接部位在工作時(shí)發(fā)生的摩擦磨損，車鉤緩沖裝置的車鉤牽引臺(tái)、鉤尾銷孔和從板配合面在工作時(shí)發(fā)生的摩擦磨損，軸承的保持架和內(nèi)引導(dǎo)面在工作過程中的摩擦磨損等。由于沖滑復(fù)合摩擦磨損人工控制再現(xiàn)或模擬困難，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究主要集中在單一的沖擊磨損和滑動(dòng)磨損上，沖滑復(fù)合摩擦磨損相關(guān)研究工作一直以來開展較少。研發(fā)沖滑復(fù)合摩擦試驗(yàn)的新方法及其裝置，對(duì)減少工程中出現(xiàn)的沖滑復(fù)合磨損問題，改進(jìn)機(jī)械工程相關(guān)設(shè)計(jì)，提高裝備與器械的安全可靠性、節(jié)約能源等具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的第一目的是提供一種沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置能方便的使材料發(fā)生沖滑復(fù)合摩擦磨損，且能實(shí)現(xiàn)沖滑接觸剛度的可調(diào)節(jié)，自動(dòng)化程度高，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性好。
[0006]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其第一發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是:一種沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于:
[0007]一種沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于:
[0008]機(jī)架中下部的工作臺(tái)上安裝有精密螺桿升降臺(tái)，精密螺桿升降臺(tái)的頂部安裝有三維動(dòng)態(tài)壓電傳感器，三維動(dòng)態(tài)壓電傳感器的上面安裝有下夾具；
[0009 ]所述的機(jī)架上部的背板安裝有縱向的伺服電機(jī)，伺服電機(jī)的軸與偏心盤的內(nèi)側(cè)中心連接，偏心盤外側(cè)偏心連接上關(guān)節(jié)軸承的內(nèi)圈，上關(guān)節(jié)軸承的關(guān)節(jié)與下關(guān)節(jié)軸承的關(guān)節(jié)連接，下關(guān)節(jié)軸承的內(nèi)圈與沖擊軸的上端連接，沖擊軸的下端通過可左右彎曲的彈簧片與上夾具相連;沖擊軸的中部通過直線軸承安裝在與背板的橫梁相連的連接板上；
[0010]所述的伺服電機(jī)、三維動(dòng)態(tài)壓電傳感器均與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接。
[0011]本發(fā)明的第二目的是提供一種使用上述的沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)裝置進(jìn)行沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)的方法，該方法能方便的使材料發(fā)生沖滑復(fù)合摩擦磨損，且能實(shí)現(xiàn)沖滑接觸剛度的可調(diào)節(jié)，自動(dòng)化程度高，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性好。
[0012]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其第二發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種使用上述述的試驗(yàn)裝置進(jìn)行沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)的方法，其作法是:
[0013]a、將球形上試件夾持在上夾具上，用下夾具夾持平面下試件;通過精密螺桿升降臺(tái)控制下夾具的上下移動(dòng)，使球形上試件與平面下試件接觸；
[0014]b、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制伺服電機(jī)以設(shè)定的頻率f和次數(shù)N進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)依次通過偏心盤、上關(guān)節(jié)軸承、下關(guān)節(jié)軸承、沖擊軸、彈簧片、上夾具帶動(dòng)上試件以設(shè)定的頻率f、次數(shù)N進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并對(duì)下試件進(jìn)行往復(fù)沖擊;在沖擊過程中，彈簧片受力變形，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)上試件、下試件間的沖滑復(fù)合摩擦磨損；
[0015]C、在上試件、下試件間的沖滑復(fù)合摩擦磨損的同時(shí)，與下夾具相連接的三維動(dòng)態(tài)壓電傳感器測(cè)出下試件所承受的力，并送至數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)分析得出設(shè)定沖滑位移、剛度和頻率條件下的摩擦系數(shù)-循環(huán)曲線，以表征沖滑復(fù)合摩擦的動(dòng)力學(xué)特性。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0017]—、通過改變下試件的被夾持角度，可以方便的實(shí)現(xiàn)沖滑角度的改變;下夾具結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，加工成本較低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，能保證試件在多次循環(huán)沖滑過程中沖滑角度不改變。
[0018]二、調(diào)節(jié)精密螺桿升降臺(tái)高度，實(shí)現(xiàn)試件間沖滑位移的調(diào)節(jié)，精密螺桿升降臺(tái)的重復(fù)定位精度高，能精確的控制升降位移，自鎖性能良好能保證實(shí)驗(yàn)過程中沖滑位移不發(fā)生改變。
[0019]三、伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速能實(shí)現(xiàn)O?3000r/min的大范圍無級(jí)調(diào)節(jié)，從而使試驗(yàn)機(jī)沖滑頻率在O?50Hz大范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)。
[0020]四、較激振器、彈簧等提供沖擊載荷的沖滑試驗(yàn)機(jī)，本發(fā)明中采用伺服電機(jī)通過連桿機(jī)構(gòu)與沖擊軸相連，能提供更大的沖擊載荷和沖滑行程。
[0021]五、更換彈簧片厚度可以改變?cè)囼?yàn)機(jī)的接觸剛度，能實(shí)現(xiàn)沖滑剛度的調(diào)節(jié)。
[0022]六、通過與下夾具相連的三維動(dòng)態(tài)壓電傳感器測(cè)出來的平面下試件受力，并送數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)處理，得出設(shè)定條件下的摩擦系數(shù)-循環(huán)次數(shù)曲線，可以表征沖滑復(fù)合摩擦的動(dòng)力學(xué)特性;并可將試驗(yàn)后的材料進(jìn)行其它相關(guān)的磨損分析。
[0023]總之，本發(fā)明提供的沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，能方便的使材料發(fā)生接觸剛度可調(diào)的沖滑復(fù)合摩擦磨損，能夠進(jìn)行不同工況與規(guī)格材料的沖滑摩擦磨損試驗(yàn)，可以精確控制試驗(yàn)參數(shù)，并測(cè)出摩擦力進(jìn)行自動(dòng)分析處理，自動(dòng)化程度高，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性好。
[0024]進(jìn)一步，本發(fā)明的彈簧片緊套有彈簧片調(diào)節(jié)架，彈簧片調(diào)節(jié)架上端的調(diào)節(jié)桿伸入沖擊軸的內(nèi)腔，且在沖擊軸設(shè)有調(diào)節(jié)桿定位螺釘;所述的彈簧片由60Si2Mn材料或65Mn材料制成。
[0025]這樣，彈簧片調(diào)節(jié)架可調(diào)節(jié)彈簧片的實(shí)際有效工作長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)機(jī)整體接觸剛度的可調(diào)節(jié)，其調(diào)整方便、簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好。
[0026]進(jìn)一步，本發(fā)明的伺服電機(jī)的軸與偏心盤的內(nèi)側(cè)中心連接的具體結(jié)構(gòu)是:伺服電機(jī)的軸依次通過膜片聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸與偏心盤的內(nèi)側(cè)中心連接，且傳動(dòng)軸通過軸承座安裝于背板的縱梁上。
[0027]伺服電機(jī)軸與傳動(dòng)軸通過膜片聯(lián)軸器連接，這種連接方式能避免沖擊載荷傳到伺服電機(jī)上，能防止伺服電機(jī)過載。傳動(dòng)軸通過軸承座安裝于背板上，可進(jìn)一步避免伺服電機(jī)受到?jīng)_擊，且保證了傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)精度。
[0028]進(jìn)一步，本發(fā)明的機(jī)架中下部的工作臺(tái)上安裝精密螺桿升降臺(tái)的具體結(jié)構(gòu)是:工作臺(tái)的上表面開有縱向的T型槽，T型槽中嵌有安裝螺母，二維升降臺(tái)調(diào)節(jié)板上開有橫向的安裝槽，安裝螺栓穿過安裝槽與T型槽中的安裝螺母連接。
[0029]這樣，通過安裝螺栓在橫向的安裝槽的橫向位置調(diào)整;并通過安裝螺母在縱向的T型槽的縱向向位置調(diào)整，能方便的實(shí)現(xiàn)精密螺桿升降臺(tái)水平面上的二維位置調(diào)整，使下試件與上試件更易精確對(duì)準(zhǔn)。
[0030]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]實(shí)施例
[0034]圖1、圖2示出，本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】是，一種沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于:
[0035]機(jī)架I中下部的工作臺(tái)2上安裝有精密螺桿升降臺(tái)4，精密螺桿升降臺(tái)4的頂部安裝有三維動(dòng)態(tài)壓電傳感器21，三維動(dòng)態(tài)壓電傳感器21的上面安裝有下夾具5;
[0036]所述的機(jī)架I上部的背板Ia安裝有縱向的伺服電機(jī)10，伺服電機(jī)10的軸與偏心盤13的內(nèi)側(cè)中心連接，偏心盤13外側(cè)偏心連接上關(guān)節(jié)軸承14a的內(nèi)圈，上關(guān)節(jié)軸承14a的關(guān)節(jié)與下關(guān)節(jié)軸承14b的關(guān)節(jié)連接，下關(guān)節(jié)軸承14b的內(nèi)圈與沖擊軸15的上端連接，沖擊軸15的下端通過可左右彎曲的彈簧片6與上夾具18相連;沖擊軸15的中部通過直線軸承8安裝在與背板Ia的橫梁Ib相連的連接板Ic上；
[0037]所述的伺服電機(jī)10、三維動(dòng)態(tài)壓電傳感器21均與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接。
[0038]本例的彈簧片6緊套有彈簧片調(diào)節(jié)架17，彈簧片調(diào)節(jié)架17上端的調(diào)節(jié)桿伸入沖擊軸15的內(nèi)腔，且在沖擊軸15設(shè)有調(diào)節(jié)桿定位螺釘7 ；所述的彈簧片6由60Si2Mn材料或65Mn材料制成。
[0039 ]本例的伺服電機(jī)1的軸與偏心盤13的內(nèi)側(cè)中心連接的具體結(jié)構(gòu)是:伺服電機(jī)1的軸依次通過膜片聯(lián)軸器11、傳動(dòng)軸12與偏心盤13的內(nèi)側(cè)中心連接，且傳動(dòng)軸12通過軸承座9安裝于背板Ia的縱梁Ib上。
[0040]本例的機(jī)架I中下部的工作臺(tái)2上安裝精密螺桿升降臺(tái)4的具體結(jié)構(gòu)是:工作臺(tái)2的上表面開有縱向的T型槽2a，T型槽中嵌有安裝螺母，二維升降臺(tái)調(diào)節(jié)板3上開有橫向的安裝槽，安裝螺栓22穿過安裝槽與T型槽2a中的安裝螺母連接。
[0041 ] 一種使用本例的試驗(yàn)裝置進(jìn)行沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)的方法，其作法是:
[0042]a、將球形上試件19夾持在上夾具18上，用下夾具5夾持平面下試件20;通過精密螺桿升降臺(tái)4控制下夾具5的上下移動(dòng)，使球形上試件19與平面下試件20接觸；
[0043]b、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制伺服電機(jī)10以設(shè)定的頻率f和次數(shù)N進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)10依次通過偏心盤13、上關(guān)節(jié)軸承14a、下關(guān)節(jié)軸承14b、沖擊軸15、彈簧片6、上夾具18帶動(dòng)上試件19以設(shè)定的頻率f、次數(shù)N進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并對(duì)下試件20進(jìn)行往復(fù)沖擊;在沖擊過程中，彈簧片6受力變形，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)上試件19、下試件20間的沖滑復(fù)合摩擦磨損；
[0044]c、在上試件19、下試件20間的沖滑復(fù)合摩擦磨損的同時(shí)，與下夾具5相連接的三維動(dòng)態(tài)壓電傳感器21測(cè)出下試件20所承受的力，并送至數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)分析得出設(shè)定沖滑位移、剛度和頻率條件下的摩擦系數(shù)-循環(huán)曲線，以表征沖滑復(fù)合摩擦的動(dòng)力學(xué)特性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于: 機(jī)架(I)中下部的工作臺(tái)(2)上安裝有精密螺桿升降臺(tái)(4)，精密螺桿升降臺(tái)(4)的頂部安裝有三維動(dòng)態(tài)電壓傳感器(21)，三維動(dòng)態(tài)電壓傳感器(21)的上面安裝有下夾具(5); 所述的機(jī)架(I)上部的背板(Ia)安裝有縱向的伺服電機(jī)(10)，伺服電機(jī)(10)的軸與偏心盤(13)的內(nèi)側(cè)中心連接，偏心盤(13)外側(cè)偏心連接上關(guān)節(jié)軸承(14a)的內(nèi)圈，上關(guān)節(jié)軸承(14a)的關(guān)節(jié)與下關(guān)節(jié)軸承(14b)的關(guān)節(jié)連接，下關(guān)節(jié)軸承(14b)的內(nèi)圈與沖擊軸(15)的上端連接，沖擊軸(15)的下端通過可左右彎曲的彈簧片(6)與上夾具(18)相連;沖擊軸(15)的中部通過直線軸承(8)安裝在與背板(Ia)的橫梁(Ib)相連的連接板(Ic)上； 所述的伺服電機(jī)(10)、三維動(dòng)態(tài)壓電傳感器(21)均與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的彈簧片(6)緊套有彈簧片調(diào)節(jié)架(17)，彈簧片調(diào)節(jié)架(17)上端的調(diào)節(jié)桿伸入沖擊軸(15)的內(nèi)腔，且在沖擊軸(15)設(shè)有調(diào)節(jié)桿定位螺釘(7);所述的彈簧片(6)由60Si2Mn材料或65Mn材料制成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的伺服電機(jī)(10)的軸與偏心盤(13)的內(nèi)側(cè)中心連接的具體結(jié)構(gòu)是:伺服電機(jī)(10)的軸依次通過膜片聯(lián)軸器(U)、傳動(dòng)軸(12)與偏心盤(13)的內(nèi)側(cè)中心連接，且傳動(dòng)軸(12)通過軸承座(9)安裝于背板(Ia)的縱梁(Ib)上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的機(jī)架(I)中下部的工作臺(tái)(2)上安裝精密螺桿升降臺(tái)(4)的具體結(jié)構(gòu)是:工作臺(tái)(2)的上表面開有縱向的T型槽(2a)，T型槽(2a)中嵌有安裝螺母，二維升降臺(tái)調(diào)節(jié)板(3)上開有橫向的安裝槽，安裝螺栓(22)穿過安裝槽與T型槽(2a)中的安裝螺母連接。5.—種使用權(quán)利要求1所述的一種沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)裝置進(jìn)行沖滑復(fù)合摩擦磨損試驗(yàn)的方法，其作法是: a、將球形上試件(19)夾持在上夾具(18)上，用下夾具(5)夾持平面下試件(20);通過精密螺桿升降臺(tái)(4)控制下夾具(5)的上下移動(dòng)，使球形上試件(19)與平面下試件(20)接觸； b、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制伺服電機(jī)(10)以設(shè)定的頻率f和次數(shù)N進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)(10)依次通過偏心盤(13)、上關(guān)節(jié)軸承(14a)、下關(guān)節(jié)軸承(14b)、沖擊軸(15)、彈簧片(6)、上夾具(18)帶動(dòng)上試件(19)以設(shè)定的頻率f、次數(shù)N進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并對(duì)下試件(20)進(jìn)行往復(fù)沖擊;在沖擊過程中，彈簧片(6)受力變形，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)上試件(19)、下試件(20)間的沖滑復(fù)合摩擦磨損； c、在上試件(19)、下試件(20)間的沖滑復(fù)合摩擦磨損的同時(shí)，與下夾具(5)相連接的三維動(dòng)態(tài)壓電傳感器(21)測(cè)出下試件(20)所承受的力，并送至數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)分析得出設(shè)定沖滑位移、剛度和頻率條件下的摩擦系數(shù)-循環(huán)曲線，以表征沖滑復(fù)合摩擦的動(dòng)力學(xué)特性。
【文檔編號(hào)】G01N3/56GK105891036SQ201610347481
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】朱旻昊, 譚德強(qiáng), 莫繼良, 賀繼樊, 彭金方, 蔡振兵, 劉曦洋, 羅健
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)