材料摩擦磨損性能測試裝置及測試方法
【專利說明】材料摩擦磨損性能測試裝置及測試方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明屬于材料性能測試技術領域，具體講是涉及材料摩擦磨損性能測試裝置及測試方法。
【背景技術】
[0003]材料的摩擦磨損性能是衡量材料使用性能的重要指標之一，兩種材料之間的摩擦系數及磨損性能對其組成的摩擦副的可靠性具有重要影響。材料之間的摩擦磨損性能對密封、機械加工等多個領域具有重要的研究意義。現有的摩擦磨損測試裝置中，根據摩擦副可分為球盤摩擦磨損試驗機，銷盤摩擦磨損試驗機，盤盤摩擦磨損試驗機，環塊摩擦磨損試驗機，四球摩擦磨損試驗機，缸套活塞環摩擦磨損試驗機，高頻摩擦磨損試驗機，高溫摩擦磨損試驗機，真空摩擦磨損試驗機。現有的摩擦磨損試驗裝置進行摩擦磨損性能測試時，摩擦形式以線摩擦和面摩擦為主。摩擦磨損試驗中應盡量采用面摩擦的方式，從而保證測量結果的準確性和可靠性。同時，現有檢測方法中兩種材料之間的相對運動軌跡主要為圓形。
[0004]對兩種材料的形狀、尺寸等幾何結構要求較低的為銷盤摩擦磨損試驗方法，但由于兩種材料接觸位置無法進行調整，因此銷盤摩擦磨損試驗方法為線摩擦。另外，現有測試方法中兩種材料的摩擦運動通常為圓周運動，無法實現對摩擦軌跡的有效調整，因此無法滿足在指定運動軌跡等特殊條件下兩種材料摩擦磨損性能的測試。同時，許多新型材料難以滿足諸多幾何結構要求，如人造或天然單晶金剛石的尺寸通常較小，測量單晶金剛石與其他材料之間的面摩擦磨損性能時，現有的測量裝置及方法難以使用。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了解決目前面摩擦磨損性能測試過程中面摩擦難以實現、摩擦運動軌跡難以有效控制、測試過程中的溫度及作用力無法實時調整的問題，導致在一定條件下如直線或曲線軌跡摩擦、溫度時時變化、作用力時時變化及面接觸時的摩擦磨損性能測試無法實現。
[0006]本發明提供了材料摩擦磨損性能測試裝置，包括工作臺、測力裝置、可加熱夾具、萬向節及機床主軸；工作臺上設置測力裝置，在測力裝置上方設置可加熱夾具，機床主軸與萬向節連接。機床主軸下方設置連接塊，連接塊與圓筒連接，彈簧位于圓筒內部，彈簧一端與連接塊固定連接，彈簧另一端與滑塊固定連接，滑塊進入圓筒內部，滑塊下端連接所述萬向節。機床主軸為數控機床主軸。
[0007]材料摩擦磨損性能測試裝置，其測試方法為：
(1)、將測力裝置設置在工作臺上，在測力裝置上方設置可加熱夾具，將材料II放置在可加熱夾具內，利用機床主軸對材料II的摩擦區域進行加工，實現材料II表面的平坦化；
(2)、將材料I與萬向節固定連接，萬向節與機床主軸連接；(3)、利用機床控制主軸的上下運動，實現材料I在材料II表面的接觸，通過測力裝置實時測量材料I與材料II之間的作用力；通過調整機床主軸或工作臺的位置，結合測力裝置對材料I與材料II之間作用力的實時檢測，實現兩種材料作用力的實時調整和控制；
(4)、利用可加熱夾具對材料II進行加熱，并采用測溫裝置對夾具中的溫度進行檢測，從而實現兩種材料之間溫度的實時調整和控制；
(5)、利用萬向節實現材料I與材料II之間的面接觸；
(6)、利用機床控制主軸的運動軌跡，實現材料I在材料II表面的相對運動，且相對運動軌跡為直線、往復、圓周或曲線；通過測力裝置測量材料I與材料II之間的法向力及切向力，采用傳統摩擦系數計算方法對摩擦系數進行計算。
[0008]上述技術方案中，步驟（6)中，摩擦系數計算方法為：摩擦系數A切向力凡/法向力/? ;步驟（2)中，材料I與萬向節固定連接為夾持連接或膠粘接。
[0009]本發明的有益效果是：采用萬向節保證了兩種材料之間的面接觸，從而實現了采用面摩擦的方式對摩擦磨損性能進行檢測，使檢測結果更準確可靠；采用機床數控系統控制兩種材料之間的運動軌跡，實現了對復雜運動軌跡時兩種材料之間的摩擦磨損性能測試；采用可加熱夾具實現了材料的接觸區域溫度的控制，并利用測力裝置實現了摩擦力的檢測，從而可以對作用力及溫度均動態變化時兩種材料之間的摩擦磨損性能進行測試。
【附圖說明】
[〇〇1〇]圖1是材料摩擦磨損性能測試裝置的結構示意圖；
圖2是材料I與材料II接觸俯視圖；
圖中：1、工作臺，2、測力裝置，3、可加熱夾具，4、材料1，5、萬向節，6、數控機床主軸，7、連接塊，8、圓筒，9、彈簧，10、滑塊，11、材料II。
【具體實施方式】
[〇〇11]本發明提供了材料摩擦磨損性能測試裝置，其特征在于：包括工作臺1、測力裝置
2、可加熱夾具3、萬向節5及數控機床主軸6 ;工作臺1上設置測力裝置2,在測力裝置2上方設置可加熱夾具3,數控機床主軸6與萬向節5連接。數控機床主軸6下方設置連接塊7,連接塊7與圓筒8連接，彈簧9位于圓筒8內部，彈簧9 一端與連接塊7固定連接，彈簧9另一端與滑塊10固定連接，滑塊10進入圓筒8內部，滑塊10下端連接所述萬向節5。
[0012]材料14為單晶金剛石片，尺寸為5mmX5mmX 2mm ;材料1111為碳纖維復合材料板，尺寸為lOOmmX 80mmX 5mm ;測力裝置2為Kistler 9257B六分量力/力矩測量系統；數控機床主軸6為數控加工中心VMC 850B的主軸；工作臺1為數控加工中心VMC 850B的工作臺。
[0013]材料摩擦磨損性能測試裝置，其測試方法為：
(1)、將測力裝置設置在工作臺上，在測力裝置上方設置可加熱夾具，將材料II放置在可加熱夾具內，利用機床主軸對材料II的摩擦區域進行加工，實現材料II表面的平坦化，使摩擦區域的表面粗糙度小于Ra5 μ m，表面的高低誤差小于10 μ m ;
(2)、將材料I與萬向節膠粘結連接，萬向節與機床主軸連接；
(3)、利用機床主軸的上下運動，實現材料I在材料II表面的接觸，通過測力裝置實時測量材料I與材料II之間的作用力；通過調整機床主軸或工作臺的位置，結合測力裝置對材料I與材料II之間作用力的實時檢測，實現兩種材料作用力的實時調整和控制；
(4)、利用可加熱夾具對材料II進行加熱，并采用測溫裝置對夾具中的溫度進行檢測，從而實現兩種材料之間溫度的實時調整和控制；
(5)、利用萬向節實現材料I與材料II之間的面接觸；
(6)、利用數控機床控制主軸的運動軌跡，實現材料I在材料II表面的相對運動，且相對運動軌跡為直線、往復、圓周或曲線；通過測力裝置測量材料I與材料II之間的法向力及切向力，采用傳統摩擦系數計算方法對摩擦系數進行計算，摩擦系數A切向力凡/法向力
Ri〇
【主權項】
1.材料摩擦磨損性能測試裝置，其特征在于:包括工作臺、測力裝置、可加熱夾具、萬向節及機床主軸；工作臺上設置測力裝置，在測力裝置上設置可加熱夾具，機床主軸與萬向節連接。2.根據權利要求1所述的材料摩擦磨損性能測試裝置，其特征在于:機床主軸下方設置連接塊，連接塊與圓筒連接，彈簧位于圓筒內部，彈簧一端與連接塊固定連接，彈簧另一端與滑塊固定連接，滑塊進入圓筒內部，滑塊下端連接所述萬向節。3.根據權利要求1所述的材料摩擦磨損性能測試裝置，其特征在于:機床主軸為數控機床主軸。4.根據權利要求1所述的材料摩擦磨損性能測試裝置，其測試方法為: (1)、將測力裝置設置在工作臺上，在測力裝置上方設置可加熱夾具，將材料II放置在可加熱夾具內，利用機床主軸對材料II的摩擦區域進行加工，實現材料II表面的平坦化； (2)、將材料I與萬向節固定連接，萬向節與機床主軸連接； (3)、利用機床主軸的上下運動，實現材料I在材料II表面的接觸，通過測力裝置實時測量材料I與材料II之間的作用力；通過調整機床主軸或工作臺的位置，結合測力裝置對材料I與材料II之間作用力的實時檢測，實現兩種材料作用力的實時調整和控制； (4)、利用可加熱夾具對材料II進行加熱，并采用測溫裝置對夾具中的溫度進行檢測，從而實現兩種材料之間溫度的實時調整和控制； (5)、利用萬向節實現材料I與材料II之間的面接觸； (6)、利用數控機床控制主軸的運動軌跡，實現材料I在材料II表面的相對運動，且相對運動軌跡為直線、往復、圓周或曲線；通過測力裝置測量材料I與材料II之間的法向力及切向力，采用傳統摩擦系數計算方法對摩擦系數進行計算。5.根據權利要求4所述的材料摩擦磨損性能測試裝置，其測試方法為:所述傳統摩擦系數計算方法為:摩擦系數色切向力Ft/法向力A。6.根據權利要求4所述的材料摩擦磨損性能測試裝置，其測試方法為:所述材料I與萬向節固定連接為夾持連接或膠粘接。
【專利摘要】本發明涉及材料摩擦磨損性能測試裝置及測試方法，其特征在于：包括工作臺、測力裝置、可加熱夾具、萬向節、機床主軸、連接塊、圓筒、彈簧及滑塊；工作臺上設置測力裝置，在測力裝置上方設置可加熱夾具，機床主軸下方設置連接塊，連接塊與圓筒連接，彈簧位于圓筒內部，彈簧一端與連接塊固定連接，彈簧另一端與滑塊固定連接，滑塊進入圓筒內部，滑塊下端連接萬向節。采用機床數控系統控制兩種材料之間的運動軌跡，實現了對復雜運動軌跡時兩種材料之間的摩擦磨損性能測試；采用可加熱夾具實現了材料的接觸區域溫度的控制，并利用測力裝置實現了摩擦力的檢測。
【IPC分類】G01N3/56
【公開號】CN105352834
【申請號】CN201510707778
【發明人】王奔, 王明海, 邵晨峰, 莊鑫, 張志勇
【申請人】沈陽航空航天大學
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年10月27日