專利名稱：鋼絲表面微動摩擦學性能試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及微動摩擦學性能試驗裝置，具體涉及鋼絲表面微動摩擦學性能試驗裝置。
工程上迫切需要發展系列化的鋼絲繩纜，構成繩纜的鋼絲在使用中存在微動失效的問題。對鋼絲表面微動摩擦和磨損特性的評價和改善是解決金屬繩纜損傷問題的關鍵，而研制鋼絲微動磨損試驗裝置又是解決問題的前提。例如斜拉橋拉索鋼絲表面在微動作用下的摩擦學性能評價是這種高強鋼絲微動疲勞及其防護研究中不可缺少的內容，離不開鋼絲微動磨損試驗裝置。國內外至今尚無對鋼絲進行微動摩擦學性能試驗的設備。而目前一般的用于非鋼絲類的微動磨損試驗裝置亦都存在自身微動磨損的問題。
本實用新型的目的在于提供一種鋼絲表面微動摩擦學性能試驗裝置。
本實用新型的鋼絲表面微動摩擦學性能試驗裝置包括試驗臺，該試驗臺通過杠桿與偏心機構連接，所述偏心機構通過轉動圓軸與一驅動裝置剛性連接，所述試驗臺由四個葉片彈簧支承，所述試驗臺上安裝有帶有放置下試樣的下試樣夾具的試樣座，位于下試樣夾具上方的上試樣夾具與一曲臂加載機構連接，在所述曲臂加載機構中，加載芯軸通過鎖緊螺釘固定在安裝有摩擦力傳感器的橫梁上的導向軸套中，上試樣與下試樣之間的交角可調，加載橫梁的另一端連接磨損量傳感器。整個試驗裝置安裝在一個氣密罩之內，并在其中裝有濕度傳感器。
本實用新型試驗裝置中的偏心機構是用以獲得所需的試驗振幅，性能極其平穩、連續可調，精度達到微米級。所述偏心機構由一根轉動圓軸和二個偏心盤組成。偏心盤的輪廓線均為圓形，但內圓與外圓偏心。二個偏心盤均具有相同的偏心距。
本實用新型試驗裝置中的試樣夾具具有以下性能(1)可裝夾直徑為0.35-7.0mm的鋼絲；(2)對磨的試驗鋼絲之間的軸線夾角可調，以模擬鋼絲繩纜中相鄰接觸鋼絲的相對夾角；(3)可預置試驗鋼絲的拉應力。
在本實用新型試驗裝置中，所述驅動裝置是指能使轉動軸轉動的各種電動、氣動或液壓等驅動的裝置。在本實用新型的一個較好實例中所用的驅動裝置為轉速連續可調的直流電機。
另外，在該裝置的外面可帶有透明密閉的罩子，以維護一定的環境氣氛，可在腐蝕性氣氛或可控濕度的大氣環境下進行試驗。該裝置還可在加熱或腐蝕性溶液條件下進行試驗。
下面將結合附圖對本實用新型進行更詳細的描述。
圖1為本實用新型鋼絲表面微動摩擦學性能試驗裝置較好實例的結構示意圖。
圖2為本實用新型試驗裝置中的偏心機構的示意圖。
圖3為本實用新型試驗裝置中的曲臂加載系統結構的示意圖。
圖1中1表示上試樣；2表示下試樣；3表示試驗臺；4表示偏心機構；5表示直流電機；6表示負載；7表示摩擦力傳感器；8表示磨損量傳感器；9表示葉片彈簧；10表示試樣座；11表示鎖緊螺釘；12表示罩子；13表示濕度傳感器。
如圖1所示，作為本實用新型較好實例的鋼絲表面微動摩擦學性能試驗裝置是由轉速連續可調的直流電機5驅動。與該電機軸剛性連接的偏心機構4隨著電機的旋轉而等速旋轉。偏心機構使與其相連的垂直杠桿作上下方向的往復式運動，該杠桿推動直角傳動桿，該傳動桿另一端的緊固螺釘繞著支撐軸作小角度的擺動。由于螺釘緊壓著試驗臺3，而試驗臺由葉片彈簧9提供反向支承力，從而螺釘的擺動驅使試驗臺作水平方向的振動。固定安裝在試驗臺上的試樣座10連同下試樣2一起振動。上試樣1安裝在與加載芯軸剛性連接的上試樣夾具中，軸的頂端加砝碼。通過鎖緊螺釘將軸固定在安裝有摩擦力傳感器7的曲臂橫梁上的導向軸套中。負載6則由加載芯軸、橫梁和砝碼形成，由砝碼調節載荷。當試樣安裝和加載完畢，鎖緊橫梁的轉動軸的鎖緊螺釘11，確保上試樣相對下試樣固定不動，然后開始試驗。上試樣與下試樣的交角可以調節。摩擦力由傳感器7測量，傳感器8則記錄上試樣和下試樣系統的線磨損量。兩傳感器均接入應變儀與X-Y記錄儀或計算機。濕度傳感器接入計算機作測量演示。
本實用新型試驗裝置中的偏心機構是用以獲得所需的試驗振幅，性能極其平穩、連續可調，精度達到微米級。如圖2所示，所述偏心機構由一根轉動圓軸(R1)和二個偏心盤(R2,R3)組成。偏心盤的輪廓線均為圓形，但內圓與外圓偏心。二個偏心盤均具有相同的偏心距，因而調整二個偏心盤的相對位置，即可獲得對旋轉中心o(亦即轉動圓軸R1的中心)而言從o(圖2A)至max(圖2B)的升程h。max的數值由所設計的偏心距決定。
由于偏心盤的輪廓線為圓形，因而進行精密加工十分方便。由此可以制得微動振幅很小(可調至微米級)且很穩定的試驗裝置，這對普通的微動磨損試驗機是很難達到的。
本實用新型試驗裝置采用專門的結構設計，克服了普通微動磨損試驗裝置難以避免的試驗裝置結構自身產生微動磨損的二個問題(1)加載系統結構的自身微動磨損。加載系統要保證負載自由傳至上、下試樣，加載芯軸與其導向支承面之間必然要有間隙。于是在試驗過程中，上、下試樣的摩擦力將傳至加載芯軸，使之與導向支承面產生相對微動，不但影響到試驗參數振幅的大小，而且芯軸與支承面也同時產生微動磨損。如將其中間隙全部消除，則負載將不能自由傳至試樣。
本實用新型試驗裝置采用了一個曲臂加載機構(參見圖3)，用鎖緊螺釘將間隙A全部消除，同時又用鎖緊螺釘B將曲臂的橫向振動間隙全部消除，以保持試驗振幅數值的穩定。由于鎖緊螺釘的頂部C以及芯軸E的襯套D均系采用摩擦系數極小的自潤滑材料制成，因此在螺釘處于鎖緊狀態下，加載曲臂仍可繞芯軸自如活動，以確保負載自由傳遞至試樣。這是因為由負載P所引起的轉動力矩PL遠遠大于支反力矩(F1+F2)R，其中F1為由鎖緊力N所引起的螺釘頂部與芯軸之間的摩擦力，F2則是芯軸與襯套之間的摩擦力。由于鎖緊力N的存在，必然引起加載數值P產生誤差，但誤差小于0.5％，這是完全可以接受的。
(2)試驗臺結構的自身微動磨損。試驗時，試驗臺上裝有試樣，需要進行小振幅的往復運動，亦即微動。試驗臺必須要有支承。一般的試驗裝置采用導軌或滾針等作支承。因此隨著試驗的進行，試驗臺與支承面之間的微動磨損也同時發生。
本實用新型試驗裝置采用葉片彈簧支承試驗臺(參見圖1)，由彈簧的支反力保證了對微振幅運動的響應，并不存在與試驗臺有相對運動的支承面，因而從結構上消除了試驗臺系統產生自身微動磨損的可能性。
本實用新型試驗裝置可用以對各種鋼絲在大氣或腐蝕性氣氛的環境中在不同潤滑條件下進行微動摩擦學性能測試。由于微動磨損是造成和引發鋼絲繩纜失效的一個重要原因，而本實用新型試驗裝置可用以研究在微動作用下各種參數、環境條件、介質及鋼絲繩纜的材料和處理工藝對鋼絲磨損及其摩擦性能的影響，從而開發具有良好的抗微動磨損性能的鋼絲，為制造優質鋼絲繩纜提供有力手段。
將本實用新型的試驗裝置用于連續測量鋼絲在整個試驗過程中的摩擦力變化和系統的線磨損量。將摩擦力與負載以及應變儀和X-Y記錄儀的使用參數進行標定，即可換算出摩擦系數μ。同樣可以得到系統線磨損量W1的標定曲線，其具有良好的線性關系，能分辨出微米級的磨損。
為了考察本實用新型試驗裝置測量數據的準確性和重現性，用市售的直徑為0.7mm的不銹鋼絲的光絲進行了14次重復試驗，試驗條件均相同，即振幅為200μm，頻率為27Hz，微動周數為5×104次，載荷為20N，表面用丙酮去油，測得的摩擦系數值及相對偏差列于表1，其中μ=0.657，為14次重復試驗的平均摩擦系數。<
上述偏差范圍完全能符合國際上對摩擦學試驗的要求。
由此可見，本實用新型試驗裝置的重現性好，測得的摩擦系數值準確性和可靠性均能滿足技術要求。線磨損量的數據(此處未列出)可用于評判鋼絲表面耐磨性優劣。因此，本實用新型試驗裝置可用于對鋼絲表面在微動作用下的摩擦學性能評價。
權利要求1．鋼絲表面微動摩擦學性能試驗裝置，它包括試驗臺，該試驗臺通過杠桿與偏心機構連接，所述偏心機構通過轉動圓軸與一驅動裝置剛性連接，所述試驗臺由四個葉片彈簧支承，所述試驗臺上安裝有帶有放置下試樣的下試樣夾具的試樣座，位于下試樣夾具上方的上試樣夾具與一曲臂加載機構連接，在所述曲臂加載機構中，加載芯軸通過鎖緊螺釘固定在安裝有摩擦力傳感器的橫梁上的導向軸套中，上試樣與下試樣之間的交角可調，加載橫梁的另一端連接磨損量傳感器。
2．如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述的偏心機構由一根轉動圓軸和二個偏心盤組成，偏心盤的輪廓線均為圓形，但內圓與外圓偏心。二個偏心盤均具有相同的偏心距。
3．如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于在該裝置的外面帶有透明密閉的氣密罩，并在其中裝有濕度傳感器。
專利摘要本實用新型涉及一種鋼絲表面微動摩擦學性能試驗裝置,它包括試驗臺,該試驗臺通過杠桿與偏心機構連接,所述偏心機構通過轉動圓軸與一驅動裝置剛性連接,所述試驗臺由四個葉片彈簧支承,所述試驗臺上安裝有帶有放置下試樣的下試樣夾具的試樣座,位于下試樣夾具上方的上試樣夾具與一曲臂加載機構連接,在所述曲臂加載機構中,加載軸通過鎖緊螺釘固定在安裝有摩擦力傳感器的橫梁上的導向軸套中,上試樣與下試樣之間的交角可調,加載橫梁的另一端連接磨損量傳感器。
文檔編號G01N3/56GK2348377SQ9821641
公開日1999年11月10日 申請日期1998年7月16日 優先權日1998年7月16日
發明者羅唯力, 郭強, 鄧允淑, 仉寶玉 申請人:機械工業部上海材料研究所