專利名稱：一種多向微動疲勞試驗機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于摩擦技術研究領域，尤其屬于ー種多向微動疲勞試驗機。
背景技術：
微動是指在機械振動、疲勞載荷、電磁振動或熱循環(huán)等交變載荷作用下，兩個接觸表面之間(如緊配合面)發(fā)生的極小振幅(微米量級)的相對運動，這些接觸表面通常名義上靜止，即微動發(fā)生在“緊固”配合的機械部件中。微動摩擦學是研究微動運行機理、損傷、測試、監(jiān)控、預防的ー個學科分支，它是ー門日益發(fā)展的新興交叉學科，涉及的學科廣泛，如機械學、材料學，甚至生物醫(yī)學、電工學等。微動是一種相對運動幅度很小的摩擦方式，其造成的材料損傷通常表現(xiàn)為兩種形式，即(1)微動導致的磨損微動可以造成接觸面間的表面磨損，產(chǎn)生材料損失和構件尺寸變化，引起構件咬合、松動、功率損失、噪聲增加或形成污染源。(2)微動導致的疲勞微動可以加速裂紋的萌生與擴展，使構件的疲勞壽命大大降 低，微動疲勞極限甚至可低于普通疲勞極限的1/3。往往這種損傷形式危險性更大，造成一些災難性的事故。在球-平面接觸條件下，微動可以分為切向、徑向、滾動、扭動等四種基本微動模式。滾動微動與扭動微動均為對磨副在法向載荷的作用下，在接觸面上做小角度的旋轉運動。切向微動與徑向微動均為對磨副在法向載荷的作用下，在接觸面上做小位移直線運動，不同之處在于切向微動的法向載荷方向與其運動方向垂直，徑向微動法向載荷方向與運動方向一致。多向微動是在交變載荷下接觸副間發(fā)生微幅振動的相對運動，其特征在于它是切向微動與徑向微動的復合。在機械裝置與生物體內存在大量的多向微動，例如機車車輛的輪軸、各種軛軸機構的緊配合面的微動磨損和微動疲勞失效、核反應堆的高溫復合微動損傷。對多向微動進行試驗與分析，以搞清其磨損機理及與相關エ況的關系，可為相關零部件的設計、制造與維護提供準確、可靠的試驗依據(jù)，以降低裂紋的萌生和擴展，提高零部件的疲勞壽命具有重要的意義。而目前尚無多向微動的試驗方法及設備報道。

實用新型內容本實用新型的目的是提供ー種多向微動疲勞試驗機，該試驗機結構簡単，易操作，能夠進行不同エ況與規(guī)格材料的多向微動摩擦磨損試驗，控制與測試的精度高，實驗數(shù)據(jù)更準確、可靠，重現(xiàn)性好。本實用新型為實現(xiàn)其發(fā)明目的，所采用的技術方案是一種ー種多向微動疲勞試驗機，它由電磁激振驅動裝置、壓電激振驅動裝置、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)和機座構成，其中電磁激振驅動裝置的具體組成為上夾具為夾持球形的上試件的夾具，且上夾具的夾持腔的垂向中心線與電磁激振作動器的軸對中并通過測カ傳感器ー相連；電磁激振作動器通過圓柱形凸輪機構與固定在機座的頂板上的電機相連；電機、電磁激振作動器和測力傳感器一均與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接；[0008]壓電激振驅動裝置的具體組成為下夾具為夾持平面下試件的夾具，且下夾具的夾持腔的水平中心線與壓電陶瓷作動器的軸對中并通過測カ傳感器二相連，壓電陶瓷作動器與水平移動臺座的側壁相連；水平移動臺座的ー側與固定在縱向移動板上的直線電機相連；水平移動臺座底部的橫向滑塊嵌合在縱向移動板的橫向滑槽中；縱向移動板底部的縱向滑塊嵌合在機座的底板的縱向滑槽中，并由縱向移動板上的定位螺釘實現(xiàn)定位；直線電機、壓電陶瓷作動器和測カ傳感器ニ均與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接。本實用新型的使用方法及工作過程為將球形上試件固定在上夾具上，平面下試件固定在下夾具上。通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制直線電機驅動水平移動臺座的橫向移動，并通過縱向移動板的縱向滑塊位置的移動來調整縱向移動板的縱向位置，使下試件的試驗點與上試件的中心垂向對齊。然后，通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制電機驅動圓柱形凸輪機構中的圓柱形凸輪的旋轉位置，使上試件向下移動與下試件接觸，并在測力傳感器一的反饋作用下，向上試件施加給定的垂向載荷。再由數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制電磁激振器使上試件按設定的參數(shù)(振幅、頻率)進行上下(徑向)往復微動；同時數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制壓電陶瓷作動器使下試件按設定的參數(shù)(振幅、頻率)進行橫向(切向)往復微動。實現(xiàn)下、上試件的球-平面多向微動，在此過程中，力傳感器ニ實時監(jiān)測多向微動時的切向力(摩擦力)，送數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)進行處理，得到摩擦力-位移幅值(Ft-D)曲線。同時，力傳感器一也將實時監(jiān)測到的垂向(徑向)載荷，反饋給數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)對上夾具的垂向位置進行實時反饋調節(jié)控制，確保上試件的法向載荷始終處于恒定的給定值。給定不同的參數(shù)(徑向微動和切向微動的參數(shù)可分別獨立給出)，即可進行不同エ況下的多向微動摩擦磨損試驗。對于不同尺寸的上、下試件，采用相應規(guī)格的上、下夾具即可。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是一、本實用新型由電磁激振器驅動球形上試件作徑向(垂向)微動，同時由壓電陶瓷作動器驅動平面下試樣作切向(水平)微動，從而實現(xiàn)了球形上試件與平面下試件間同時進行徑向和切向的雙重多向微動，能更加真實有效地對多向微動進行分析和測試。ニ、由于驅動球形上試件的電磁激振器與驅動平面下試樣的壓電陶瓷作動器定位準確，作動幅度小，頻率高(300Hz)，精度高，且各自獨立；從而能精確實現(xiàn)上試件及下試件按各自設定的微小位移幅值(最小可達IOOnm)進行切向與徑向的多向復合微動；在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制下，也能精確施加設定的法向載荷，從而精確實現(xiàn)給定參數(shù)條件下的扭轉復合微動摩擦磨損試驗。三、驅動球形上試件作垂向微動的電磁激振器與驅動平面下試件作水平微動的壓電陶瓷作動器各自獨立；試驗時，垂向微動與水平微動的振幅及頻率均能獨立設定而可完全不同，從而可實現(xiàn)現(xiàn)有設備上無法實現(xiàn)的振幅及頻率均不同的垂向微動與水平微動構成的多向復合微動，能進行各種復雜的多向復合微動的模擬。四、與上夾具相連的カ傳感器一與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)結合準確設定與輸出多向微動時的垂向載荷；與下夾具相連的カ傳感器ニ則可準確測出多向微動時的切向カ即摩擦力，從而可以準確表征多向微動的動力學特性。并可將試驗后的材料進行其它相關分析?？梢?，采用以上裝置可以方便的、自動的按設定條件，實現(xiàn)本實用新型的試驗方法，能夠進行不同エ況與規(guī)格材料的多向微動摩擦磨損試驗，較真實地模擬出構件在交變載荷作用下的多向微動損傷，控制與測試的精度高，實驗數(shù)據(jù)更準確、可靠，重現(xiàn)性好?？傊?，該試驗機能方便的使材料發(fā)生精確的微小位移值的各種多向微動摩擦磨損，試驗直接由數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制給定相應測試參數(shù)，且切線位移與垂向位移相互獨立，能較真實地模擬不同規(guī)格材料的構件在各種復雜エ況下的多向微動摩擦磨損，實驗結果更準確、可靠；控制與測試的精度高，實驗數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性好，且自動化程度高?？朔爽F(xiàn)有實驗機結果単一性，重現(xiàn)性差、垂向位移與切向位移相互關聯(lián)、模擬的エ況少等缺陷。

圖I是本實用新型實施例的主視結構示意圖。圖2是本實用新型實施例的左視結構示意圖。
具體實施方式
圖I、圖2示出，本實用新型的ー種具體具體實施方式
是一種多向微動疲勞試驗機，它由電磁激振驅動裝置、壓電激振驅動裝置、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)和機座15構成，其中電磁激振驅動裝置的具體組成為上夾具5為夾持球形的上試件6的夾具，且上夾具5的夾持腔的垂向中心線與電磁激振作動器3的軸對中并通過測カ傳感器ー 4相連；電磁激振作動器3通過圓柱形凸輪機構2與固定在機座15的頂板15A上的電機I相連；電機I、電磁激振作動器3和測カ傳感器ー 4均與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接。壓電激振驅動裝置的具體組成為下夾具9為夾持平面下試件7的夾具，且下夾具9的夾持腔的水平中心線與壓電陶瓷作動器11的軸對中并通過測カ傳感器ニ 10相連，壓電陶瓷作動器11與水平移動臺座12的側壁12A相連；水平移動臺座12的ー側與固定在縱向移動板13上的直線電機8相連；水平移動臺座12底部的橫向滑塊12B嵌合在縱向移動板13的橫向滑槽中；縱向移動板13底部的縱向滑塊13A嵌合在機座15的底板15B的縱向滑槽中，并由縱向移動板13上的定位螺釘實現(xiàn)定位；直線電機8、壓電陶瓷作動器11和測カ傳感器ニ 10均與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接。本例采用的電磁激振作動器3的最大載荷3000N，精度0. 5級；測力傳感器4 3000N(x/y/z向載荷)；位移范圍0.ト200 y m ;精度不低于0. I y m ;伺服頻率不低于IOOHz。本例采用的壓電陶瓷作動器11的最大載荷1000N，精度0.5級；位移范圍
0.I-IOOum ；，精度不低于0. Ium;伺服頻率不低于300Hz。本例采用的直線電機8平移位移范圍0. I-IOmm ;位移精度1 U m。
權利要求1.一種多向微動疲勞試驗機，它由電磁激振驅動裝置、壓電激振驅動裝置、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)和機座(15)構成，其中 電磁激振驅動裝置的具體組成為上夾具(5)為夾持球形的上試件(6)的夾具，且上夾具(5)的夾持腔的垂向中心線與電磁激振作動器(3)的軸對中并通過測力傳感器一(4)相連；電磁激振作動器⑶通過圓柱形凸輪機構⑵與固定在機座(15)的頂板(15A)上的電機⑴相連；電機(I)、電磁激振作動器⑶和測力傳感器一⑷均與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接； 壓電激振驅動裝置的具體組成為下夾具(9)為夾持平面下試件(7)的夾具，且下夾具(9)的夾持腔的水平中心線與壓電陶瓷作動器(11)的軸對中并通過測力傳感器二(10)相連，壓電陶瓷作動器(11)與水平移動臺座(12)的側壁(12A)相連；水平移動臺座(12)的一側與固定在縱向移動板(13)上的直線電機(8)相連；水平移動臺座(12)底部的橫向滑塊(12B)嵌合在縱向移動板(13)的橫向滑槽中；縱向移動板(13)底部的縱向滑塊(13A)嵌合在機座(15)的底板(15B)的縱向滑槽中，并由縱向移動板(13)上的定位螺釘實現(xiàn)定位；直線電機(8)、壓電陶瓷作動器(11)和測力傳感器二(10)均與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接。
專利摘要一種多向微動疲勞試驗機，由電磁激振驅動裝置、壓電激振驅動裝置、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)和機座構成，其中上夾具夾持球形上試件，上夾具夾持腔與電磁激振作動器通過測力傳感器一相連；電磁激振作動器通過凸輪機構與電機相連；電機、電磁激振作動器和測力傳感器一與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接；下夾具夾持平面下試件，下夾具夾持腔與壓電陶瓷作動器通過測力傳感器二相連，壓電陶瓷作動器與水平移動臺座側壁相連；水平移動臺座一側與直線電機相連；直線電機、壓電陶瓷作動器和測力傳感器二與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接。該試驗機結構簡單，易操作，能進行不同工況、規(guī)格材料的多向微動摩擦磨損試驗，控制與測試精度高，實驗數(shù)據(jù)更準確、可靠，重現(xiàn)性好。
文檔編號G01N3/56GK202522493SQ20122006210
公開日2012年11月7日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權日2012年2月24日
發(fā)明者周仲榮, 宋川, 彭金方, 朱旻昊, 石心余, 莫繼良, 蔡振兵 申請人:西南交通大學