一種沖滑復合摩擦磨損試驗裝置及其方法
【專利摘要】一種沖滑復合摩擦磨損試驗裝置及其方法是：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控制下夾具的上下移動，使上、下試件接觸；伺服電機依次通過偏心盤、上關節軸承、下關節軸承、沖擊軸、彈簧片、上夾具帶動上試件以設定的頻率f、次數N和位移S進行上下往復運動，并對下試件進行往復沖擊；在沖擊過程中，彈簧片受力變形，進而實現上、下試件間的沖滑復合摩擦磨損；同時，與下夾具相連接的三維動態壓電傳感器測出下試件所承受的力，并送至數據采集控制系統，分析得出摩擦系數?循環次數曲線。該試驗裝置及其方法能方便的使材料發生剛度可調節的沖滑復合摩擦磨損，其自動化程度高，實驗數據的重現性好。
【專利說明】
一種沖滑復合摩擦磨損試驗裝置及其方法
技術領域
[0001]本發明屬于機械工程的摩擦學技術領域，尤其涉及一種沖滑復合摩擦磨損試驗裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]機械零件的失效主要有磨損、斷裂和腐蝕三種形式，而據統計磨損失效高達60%?80%。磨損是相互接觸的物體在相對運動中表層材料不斷損失、產生殘余變形或其他損傷的過程，它是伴隨著摩擦而產生的必然結果。磨損會導致零部件尺寸發生變化，喪失精度、縮短壽命，并使機械系統加劇振動、出現噪聲、污染潤滑，大幅度降低系統的可靠性，甚至出現嚴重事故。
[0003]在實際應用工況中，摩擦副之間的相對運動十分復雜，產生的磨損往往是多種磨損形式復合作用的結果，沖滑磨損就是一種典型的復合磨損形式。沖滑磨損在運動形式上是沖擊與滑動兩種接觸運動形式的復合，但在磨損機理上并不是簡單的沖擊磨損與滑動磨損的疊加，沖擊與滑動的耦合作用使得沖滑復合磨損機理十分復雜。沖滑復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，常使材料發生快速的嚴重磨損，很多情況下是導致零件快速、異常失效的直接原因。
[0004]沖滑復合摩擦磨損現象大量存在于各種機械裝備和器械中，例如電氣化鐵路接觸網支撐結構中定位器的定位鉤與定位支座鉤環連接部位在工作時發生的摩擦磨損，車鉤緩沖裝置的車鉤牽引臺、鉤尾銷孔和從板配合面在工作時發生的摩擦磨損，軸承的保持架和內引導面在工作過程中的摩擦磨損等。由于沖滑復合摩擦磨損人工控制再現或模擬困難，國內外學者研究主要集中在單一的沖擊磨損和滑動磨損上，沖滑復合摩擦磨損相關研究工作一直以來開展較少。研發沖滑復合摩擦試驗的新方法及其裝置，對減少工程中出現的沖滑復合磨損問題，改進機械工程相關設計，提高裝備與器械的安全可靠性、節約能源等具有十分重要的現實意義和工程應用價值。
【發明內容】
[0005]本發明的第一目的是提供一種沖滑復合摩擦磨損試驗裝置，該試驗裝置能方便的使材料發生沖滑復合摩擦磨損，且能實現沖滑接觸剛度的可調節，自動化程度高，試驗數據的重現性好。
[0006]本發明實現其第一發明目的所采用的技術方案是:一種沖滑復合摩擦磨損試驗裝置，其特征在于:
[0007]一種沖滑復合摩擦磨損試驗裝置，其特征在于:
[0008]機架中下部的工作臺上安裝有精密螺桿升降臺，精密螺桿升降臺的頂部安裝有三維動態壓電傳感器，三維動態壓電傳感器的上面安裝有下夾具；
[0009 ]所述的機架上部的背板安裝有縱向的伺服電機，伺服電機的軸與偏心盤的內側中心連接，偏心盤外側偏心連接上關節軸承的內圈，上關節軸承的關節與下關節軸承的關節連接，下關節軸承的內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、三維動態壓電傳感器均與數據采集控制系統電連接。
[0011]本發明的第二目的是提供一種使用上述的沖滑復合摩擦磨損試驗裝置進行沖滑復合摩擦磨損試驗的方法，該方法能方便的使材料發生沖滑復合摩擦磨損，且能實現沖滑接觸剛度的可調節，自動化程度高，試驗數據的重現性好。
[0012]本發明實現其第二發明目的所采用的技術方案是，一種使用上述述的試驗裝置進行沖滑復合摩擦磨損試驗的方法，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控制下夾具的上下移動，使球形上試件與平面下試件接觸；
[0014]b、數據采集控制系統控制伺服電機以設定的頻率f和次數N進行運動，伺服電機依次通過偏心盤、上關節軸承、下關節軸承、沖擊軸、彈簧片、上夾具帶動上試件以設定的頻率f、次數N進行上下往復運動，并對下試件進行往復沖擊;在沖擊過程中，彈簧片受力變形，進而實現上試件、下試件間的沖滑復合摩擦磨損；
[0015]C、在上試件、下試件間的沖滑復合摩擦磨損的同時，與下夾具相連接的三維動態壓電傳感器測出下試件所承受的力，并送至數據采集控制系統，數據采集控制系統分析得出設定沖滑位移、剛度和頻率條件下的摩擦系數-循環曲線，以表征沖滑復合摩擦的動力學特性。
[0016]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0017]—、通過改變下試件的被夾持角度，可以方便的實現沖滑角度的改變;下夾具結構形式簡單，加工成本較低，結構穩定性好，能保證試件在多次循環沖滑過程中沖滑角度不改變。
[0018]二、調節精密螺桿升降臺高度，實現試件間沖滑位移的調節，精密螺桿升降臺的重復定位精度高，能精確的控制升降位移，自鎖性能良好能保證實驗過程中沖滑位移不發生改變。
[0019]三、伺服電機轉速能實現O?3000r/min的大范圍無級調節，從而使試驗機沖滑頻率在O?50Hz大范圍內可調節。
[0020]四、較激振器、彈簧等提供沖擊載荷的沖滑試驗機，本發明中采用伺服電機通過連桿機構與沖擊軸相連，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試驗機的接觸剛度，能實現沖滑剛度的調節。
[0022]六、通過與下夾具相連的三維動態壓電傳感器測出來的平面下試件受力，并送數據采集處理系統處理，得出設定條件下的摩擦系數-循環次數曲線，可以表征沖滑復合摩擦的動力學特性;并可將試驗后的材料進行其它相關的磨損分析。
[0023]總之，本發明提供的沖滑復合摩擦磨損試驗裝置及試驗方法，能方便的使材料發生接觸剛度可調的沖滑復合摩擦磨損，能夠進行不同工況與規格材料的沖滑摩擦磨損試驗，可以精確控制試驗參數，并測出摩擦力進行自動分析處理，自動化程度高，試驗數據的重現性好。
[0024]進一步，本發明的彈簧片緊套有彈簧片調節架，彈簧片調節架上端的調節桿伸入沖擊軸的內腔，且在沖擊軸設有調節桿定位螺釘;所述的彈簧片由60Si2Mn材料或65Mn材料制成。
[0025]這樣，彈簧片調節架可調節彈簧片的實際有效工作長度，實現試驗機整體接觸剛度的可調節，其調整方便、簡單、穩定性好。
[0026]進一步，本發明的伺服電機的軸與偏心盤的內側中心連接的具體結構是:伺服電機的軸依次通過膜片聯軸器、傳動軸與偏心盤的內側中心連接，且傳動軸通過軸承座安裝于背板的縱梁上。
[0027]伺服電機軸與傳動軸通過膜片聯軸器連接，這種連接方式能避免沖擊載荷傳到伺服電機上，能防止伺服電機過載。傳動軸通過軸承座安裝于背板上，可進一步避免伺服電機受到沖擊，且保證了傳動軸的旋轉精度。
[0028]進一步，本發明的機架中下部的工作臺上安裝精密螺桿升降臺的具體結構是:工作臺的上表面開有縱向的T型槽，T型槽中嵌有安裝螺母，二維升降臺調節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整;并通過安裝螺母在縱向的T型槽的縱向向位置調整，能方便的實現精密螺桿升降臺水平面上的二維位置調整，使下試件與上試件更易精確對準。
[0030]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的描述。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發明實施例的主視結構示意圖。
[0032]圖2是本發明實施例的側視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033]實施例
[0034]圖1、圖2示出，本發明的一種【具體實施方式】是，一種沖滑復合摩擦磨損試驗裝置，其特征在于:
[0035]機架I中下部的工作臺2上安裝有精密螺桿升降臺4，精密螺桿升降臺4的頂部安裝有三維動態壓電傳感器21，三維動態壓電傳感器21的上面安裝有下夾具5;
[0036]所述的機架I上部的背板Ia安裝有縱向的伺服電機10，伺服電機10的軸與偏心盤13的內側中心連接，偏心盤13外側偏心連接上關節軸承14a的內圈，上關節軸承14a的關節與下關節軸承14b的關節連接，下關節軸承14b的內圈與沖擊軸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10、三維動態壓電傳感器21均與數據采集控制系統電連接。
[0038]本例的彈簧片6緊套有彈簧片調節架17，彈簧片調節架17上端的調節桿伸入沖擊軸15的內腔，且在沖擊軸15設有調節桿定位螺釘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1的軸與偏心盤13的內側中心連接的具體結構是:伺服電機1的軸依次通過膜片聯軸器11、傳動軸12與偏心盤13的內側中心連接，且傳動軸12通過軸承座9安裝于背板Ia的縱梁Ib上。
[0040]本例的機架I中下部的工作臺2上安裝精密螺桿升降臺4的具體結構是:工作臺2的上表面開有縱向的T型槽2a，T型槽中嵌有安裝螺母，二維升降臺調節板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裝置進行沖滑復合摩擦磨損試驗的方法，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4控制下夾具5的上下移動，使球形上試件19與平面下試件20接觸；
[0043]b、數據采集控制系統控制伺服電機10以設定的頻率f和次數N進行運動，伺服電機10依次通過偏心盤13、上關節軸承14a、下關節軸承14b、沖擊軸15、彈簧片6、上夾具18帶動上試件19以設定的頻率f、次數N進行上下往復運動，并對下試件20進行往復沖擊;在沖擊過程中，彈簧片6受力變形，進而實現上試件19、下試件20間的沖滑復合摩擦磨損；
[0044]c、在上試件19、下試件20間的沖滑復合摩擦磨損的同時，與下夾具5相連接的三維動態壓電傳感器21測出下試件20所承受的力，并送至數據采集控制系統，數據采集控制系統分析得出設定沖滑位移、剛度和頻率條件下的摩擦系數-循環曲線，以表征沖滑復合摩擦的動力學特性。
【主權項】
1.一種沖滑復合摩擦磨損試驗裝置，其特征在于: 機架(I)中下部的工作臺(2)上安裝有精密螺桿升降臺(4)，精密螺桿升降臺(4)的頂部安裝有三維動態電壓傳感器(21)，三維動態電壓傳感器(21)的上面安裝有下夾具(5); 所述的機架(I)上部的背板(Ia)安裝有縱向的伺服電機(10)，伺服電機(10)的軸與偏心盤(13)的內側中心連接，偏心盤(13)外側偏心連接上關節軸承(14a)的內圈，上關節軸承(14a)的關節與下關節軸承(14b)的關節連接，下關節軸承(14b)的內圈與沖擊軸(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(10)、三維動態壓電傳感器(21)均與數據采集控制系統電連接。2.根據權利要求1所述的一種沖滑復合摩擦磨損試驗裝置，其特征在于，所述的彈簧片(6)緊套有彈簧片調節架(17)，彈簧片調節架(17)上端的調節桿伸入沖擊軸(15)的內腔，且在沖擊軸(15)設有調節桿定位螺釘(7);所述的彈簧片(6)由60Si2Mn材料或65Mn材料制成。3.根據權利要求1所述的一種沖滑復合摩擦磨損試驗裝置，其特征在于:所述的伺服電機(10)的軸與偏心盤(13)的內側中心連接的具體結構是:伺服電機(10)的軸依次通過膜片聯軸器(U)、傳動軸(12)與偏心盤(13)的內側中心連接，且傳動軸(12)通過軸承座(9)安裝于背板(Ia)的縱梁(Ib)上。4.根據權利要求1所述的一種沖滑復合摩擦磨損試驗裝置，其特征在于:所述的機架(I)中下部的工作臺(2)上安裝精密螺桿升降臺(4)的具體結構是:工作臺(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，二維升降臺調節板(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.—種使用權利要求1所述的一種沖滑復合摩擦磨損試驗裝置進行沖滑復合摩擦磨損試驗的方法，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(4)控制下夾具(5)的上下移動，使球形上試件(19)與平面下試件(20)接觸； b、數據采集控制系統控制伺服電機(10)以設定的頻率f和次數N進行運動，伺服電機(10)依次通過偏心盤(13)、上關節軸承(14a)、下關節軸承(14b)、沖擊軸(15)、彈簧片(6)、上夾具(18)帶動上試件(19)以設定的頻率f、次數N進行上下往復運動，并對下試件(20)進行往復沖擊;在沖擊過程中，彈簧片(6)受力變形，進而實現上試件(19)、下試件(20)間的沖滑復合摩擦磨損； c、在上試件(19)、下試件(20)間的沖滑復合摩擦磨損的同時，與下夾具(5)相連接的三維動態壓電傳感器(21)測出下試件(20)所承受的力，并送至數據采集控制系統，數據采集控制系統分析得出設定沖滑位移、剛度和頻率條件下的摩擦系數-循環曲線，以表征沖滑復合摩擦的動力學特性。
【文檔編號】G01N3/56GK105891036SQ201610347481
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月23日
【發明人】朱旻昊, 譚德強, 莫繼良, 賀繼樊, 彭金方, 蔡振兵, 劉曦洋, 羅健
【申請人】西南交通大學