一種往復式微動摩擦磨損試驗的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種往復式微動摩擦磨損試驗機，屬一種微動摩擦及磨損試驗裝置，所述試驗機包括底板以及置于底板上的支架、驅(qū)動裝置、加載裝置、定位夾緊裝置與信號調(diào)理與數(shù)據(jù)采集裝置，所述支架至少由縱向固定在底板上的兩個側(cè)板構(gòu)成，所述兩個側(cè)板之間至少安裝有下滑軌座與頂缸座；通過采用激振器作為動力源，設備體積小，有較大驅(qū)動力，振幅、頻率變動范圍廣，信號由信號發(fā)生卡提供，有多種驅(qū)動信號，頻率、振幅調(diào)節(jié)方便，易于被計算機程序控制。同時用于固定試驗的夾具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、夾持可靠、安裝方便，且通過更換夾具可以實現(xiàn)多種摩擦副接觸形式的試驗。所設計的試驗機精度高、操作方便，為微動磨損的研究提供了一種可靠的實驗儀器。
【專利說明】一種往復式微動摩擦磨損試驗機
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種微動摩擦及磨損試驗裝置，更具體的說，本實用新型主要涉及一種往復式微動摩擦磨損試驗機。
【背景技術】
[0002]微動磨損發(fā)生在有極小振幅運動的配合的機械零件中一種損傷方式，由于運動的幅度非常小，不易被察覺，其破壞具有隱蔽性，不僅可以導致接觸表面間的摩擦磨損，而且會加速裂紋的產(chǎn)生和擴展，最終使得構(gòu)件的疲勞壽命大大降低。微動磨損根據(jù)不同的相對運動方向可分為四種模式:1)切向微動；2)徑向微動:3)滾動微動；4)扭向微動。其中，切向微動是研究最普遍的微動方式，后三者在工業(yè)中雖然經(jīng)常出現(xiàn)，但研究報道的卻極少。
[0003]中國專利CN202522494U公開的“切向微動摩擦磨損試驗裝置”和中國專利CN201689023U公開的“一種小位移往復式滾動摩擦磨損試驗機”都是采用液壓伺服系統(tǒng)作為微動的驅(qū)動源，這種驅(qū)動方式驅(qū)動力大，振幅和頻率變化范圍廣，精度高，易控制，但其技術復雜，設備體積大，成本高，維修不方便。
[0004]中國專利CN2348377Y公開的“鋼絲表面微動摩擦學性能試驗裝置”是一種采用杠桿和偏心機構(gòu)組成的機械式微動驅(qū)動系統(tǒng)，它可以有較大振幅，負載范圍較寬，但頻率通常較低且不易實現(xiàn)自動化控制，并且這是一種專門用來研究鋼絲的微動摩擦磨損試驗機，試驗范圍具有局限性。
[0005]目前，絕大多數(shù)試驗機的摩擦副都是先固定，后加載，這樣可能導致摩擦副間的載荷不均勻，不能正確反映摩擦副間的摩擦特征。中國專利CN201555762U公開的“一種滑動摩擦試驗自適應夾頭”通過球缺結(jié)構(gòu)固定試樣,使摩擦副表面保持完全接觸,結(jié)構(gòu)簡單成本低，但是，專利只是公開了一種自適應夾頭，沒有涉及試驗機的結(jié)構(gòu)，另外，這種機構(gòu)只適用于面-面接觸的摩擦副，使用上有局限性。因此有必要基于現(xiàn)有技術中的微動摩擦及磨損試驗裝備的結(jié)構(gòu)以及試驗方式做進一步的改進和研究。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的之一在于針對上述不足，提供一種往復式微動摩擦磨損試驗機，以期望解決現(xiàn)有技術中結(jié)構(gòu)復雜、體積大、使用存在局限性，且無法實現(xiàn)自動化控制等技術問題。
[0007]為解決上述的技術問題，本實用新型采用以下技術方案:
[0008]本實用新型所提供的一種往復式微動摩擦磨損試驗機，所述試驗機包括底板以及置于底板上的支架、驅(qū)動裝置、加載裝置、定位夾緊裝置、信號調(diào)理與數(shù)據(jù)采集裝置，所述支架至少由縱向固定在底板上的兩個側(cè)板構(gòu)成，所述兩個側(cè)板之間至少安裝有下滑軌座與頂缸座；所述驅(qū)動裝置中至少包括動力源部件、滑臺與直線導軌，所述動力源部件與滑臺動力連接，滑臺與直線導軌上的滑塊相連接，直線導軌固定在下滑軌座上，用于在動力源部件的作用下，使滑臺在直線導軌上做直線往復運動；所述加載裝置中至少包括安裝在頂缸座上的電動缸，所述電動缸的輸出軸與連接螺母的一端相連，所述連接螺母的另一端與力傳感器上聯(lián)板相連，所述連接螺母的下端還設有第一鋼珠，所述第一鋼珠穿過力傳感器上聯(lián)板并與力傳感器定位板相接觸，且力傳感器定位板還與力傳感器相連，所述力傳感器上聯(lián)板還通過升降裝置安裝在側(cè)板上；所述定位夾緊裝置中包括上試樣夾具系統(tǒng)與試樣下試樣夾具系統(tǒng)，所述上試樣夾具系統(tǒng)安裝在力傳感器的下方，所述試樣下試樣夾具系統(tǒng)安裝在滑臺的上部，用于分別固定上試樣與下試樣；所述信號調(diào)理與數(shù)據(jù)采集裝置中包括中控裝置以及接入力傳感器與位移傳感器的數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡還接入中控裝置，用于由中控裝置通過控制程序按照預設值控制動力源部件的動力輸出量，進而由多通道數(shù)據(jù)采集卡通過力傳感器以及底板上的位移傳感器采集相應數(shù)據(jù)，提供給中控裝置作為控制動力源部件以及電動缸運轉(zhuǎn)的依據(jù)。
[0009]作為優(yōu)選，進一步的技術方案是:所述動力源部件為激振器，所述激振器安裝在底板上，并通過連接螺桿與滑臺相連接。
[0010]更進一步的技術方案是:所述力傳感器為二維力傳感器，且力傳感器定位板與第一鋼珠的接觸面上設有與其相配合的球面凹陷。
[0011]更進一步的技術方案是:所述升降裝置為分別安裝在兩個側(cè)板上的側(cè)直線導軌以及其上部的導軌滑塊，所述力傳感器上聯(lián)板分別通過側(cè)滑軌連接板與兩個側(cè)板上的導軌滑塊相連接。
[0012]更進一步的技術方案是:所述上試樣夾具系統(tǒng)與力傳感器均固定在力傳感器定位板上，力傳感器定位板吊掛在力傳感器上聯(lián)板上；所述力傳感器定位板的兩側(cè)設有對稱的兩個圓柱孔，孔內(nèi)放置第二鋼珠，定位夾緊板通過定位轉(zhuǎn)銷螺釘與力傳感器上聯(lián)板相連，定位夾緊板的中部設置有階梯孔，套有小彈簧的鎖緊頂銷安裝在階梯孔內(nèi)，鎖緊頂銷的端面有與第二鋼珠相配合的球面凹陷；定位夾緊板的另一端有可以容納螺母的槽；所述上試樣夾具系統(tǒng)中還包括定位夾緊螺桿，定位夾緊螺桿的兩端分別有一段正牙和反牙螺柱；所述正牙螺母與反牙螺母安裝在定位夾緊螺桿上，且正牙螺母與反牙螺母之間還安裝有一大彈簧；所述上試樣夾具系統(tǒng)固定于二維力傳感器的底部。
[0013]更進一步的技術方案是:所述的中控裝置為計算機；所述電動缸為伺服電動缸，所述計算機根據(jù)力傳感器反饋的正壓力值、摩擦力值與預設值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果判斷是否控制伺服電動缸向上試樣夾具系統(tǒng)提供相應的加載壓力。
[0014]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的期望達到的有益效果如下:
[0015]I)采用激振器作為動力源，設備體積小，有較大驅(qū)動力，振幅、頻率變動范圍廣，信號由信號發(fā)生卡提供，有多種驅(qū)動信號(正弦，三角，長方形)，頻率、振幅調(diào)節(jié)方便，易于被計算機程序控制。電渦流位移傳感器測得位移信號反饋調(diào)節(jié)激振器的振動幅度，振幅穩(wěn)定;
[0016]2)本實用新型利用伺服電動缸加載，加載精度和控制精度高，通過大鋼球與球窩配合的方式加載，使正壓力的中心與上試樣夾具系統(tǒng)的幾何中心重合，保證加載的穩(wěn)定性。上試樣夾具系統(tǒng)采用先加載后定位夾緊的方法，使摩擦副保持全面接觸，保證載荷的均勻性。
[0017]3)本實用新型電動缸施加給摩擦副間的載荷與數(shù)據(jù)采集裝置接收到二維力傳感器反饋的正壓力信號組成一個閉環(huán)的反饋系統(tǒng)，保持加載載荷的恒定，在摩擦副相互運動過程中，加載方向會有微小的位移變化，這一變化的位移量用來表征材料的磨損量。
[0018]4)本實用新型所述的夾具系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、夾持可靠、安裝方便，且通過更換夾具可以實現(xiàn)多種摩擦副接觸形式的試驗，例如:點接觸、線接觸、面接觸等。
[0019]5)本實用新型的試驗機可以同時在線檢測頻率、振幅、正壓力、摩擦力、磨損量等參數(shù)，試驗機的運行由計算機自動控制，選用的設備的運動精度和控制精度都非常高，保證了試驗機的精度，為微動磨損的研究提供了一種可靠的實驗儀器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為用于說明本實用新型一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為圖1的A向示意圖；
[0022]圖3為用于說明本實用新型一個實施例中的加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為用于說明本實用新型一個實施例中的定位夾緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為用于說明本實用新型另一個實施例中的控制原理框圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步闡述。
[0026]參考圖1及圖2所示，本實用新型的一個實施例是一種往復式微動摩擦磨損試驗機，所述試驗機包括底板2以及置于底板2上的支架、驅(qū)動裝置、加載裝置、定位夾緊裝置、信號調(diào)理與數(shù)據(jù)采集裝置，所述支架至少由縱向固定在底板2上的兩個側(cè)板4構(gòu)成，所述兩個側(cè)板4之間至少安裝有下滑軌座5與頂缸座13 ；
[0027]所述驅(qū)動裝置中至少包括動力源部件、滑臺17與直線導軌16，所述動力源部件與滑臺17動力連接，滑臺17與直線導軌16上的滑塊相連接，直線導軌16固定在下滑軌座5上，用于在動力源部件的作用下，使滑臺17在直線導軌16上做直線往復運動；
[0028]所述加載裝置中至少包括安裝在頂缸座13上的電動缸12，所述電動缸12的輸出軸與連接螺母24的一端相連，所述連接螺母24的另一端與力傳感器上聯(lián)板9相連，所述連接螺母24的下端還設有第一鋼珠35，所述第一鋼珠35穿過力傳感器上聯(lián)板9并與力傳感器定位板32相接觸，且力傳感器定位板32還與力傳感器6相連，所述力傳感器上聯(lián)板9還通過升降裝置安裝在側(cè)板4上；
[0029]所述定位夾緊裝置中包括上試樣夾具系統(tǒng)與試樣下試樣夾具系統(tǒng)，所述上試樣夾具系統(tǒng)安裝在力傳感器6的下方，所述試樣下試樣夾具系統(tǒng)安裝在滑臺17的上部，用于分別固定上試樣與下試樣；
[0030]參考圖5所示，所述信號調(diào)理與數(shù)據(jù)采集裝置中包括中控裝置以及接入力傳感器與位移傳感器的數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡還接入中控裝置，用于由中控裝置通過控制程序按照預設值控制動力源部件的動力輸出量，進而由多通道數(shù)據(jù)采集卡通過力傳感器以及底板2上的位移傳感器采集相應數(shù)據(jù)，提供給中控裝置作為控制動力源部件以及電動缸12運轉(zhuǎn)的依據(jù)。
[0031]再參考圖1所示，在本實用新型用于解決技術問題的一個或多個實施例中，所述的往復式微動摩擦磨損試驗機由設置在底板2上的由支架、驅(qū)動裝置、加載裝置、定位夾緊裝置、信號調(diào)理與數(shù)據(jù)采集裝置等構(gòu)成。支架采用框架式結(jié)構(gòu)，底板2連接地腳螺栓I放置在工作臺上，兩塊側(cè)板4通過側(cè)板連接條3固定在底板2上，下滑軌座5和頂缸座13分別固定在兩側(cè)板4間。驅(qū)動裝置由激振器27、激振器連接螺桿26、滑臺17、下直線導軌16構(gòu)成。
[0032]參考圖2所示，在本實用新型的另一實施例中，上述激振器27固定在底板上2，通過連接螺桿26與滑臺17相連，滑臺17與直線導軌16上的滑塊連接，下試樣夾具系統(tǒng)固定在滑臺17上，直線導軌固定在下滑軌連接座5上。激振器27推動連接螺桿26，使與滑臺17相連的下試驗夾具系統(tǒng)在直線導軌上16做往復直線運動。
[0033]結(jié)合圖3所示，在根據(jù)本實用新型的另一實施例，上述的加載裝置中，伺服電動缸12固定在頂缸座13上，電動缸12的軸與連接螺母24的一端相連，連接螺母24的另一端與力傳感器上聯(lián)板9相連，連接螺母24下端放置第一鋼珠35，第一鋼珠35與帶有球窩的力傳感器定位板32接觸，二維力傳感器6與力傳感器定位板32相連，力傳感器上聯(lián)板9通過側(cè)滑軌連接板11與固定在側(cè)板4上的側(cè)直線導軌的滑塊14相連，構(gòu)成了升降裝置，保證加載運動的平穩(wěn)性。
[0034]參考圖4所示，在本實用新型的另一實施例中，所述定位夾緊裝置中的上試樣夾具系統(tǒng)和二維力傳感器6都是固定在力傳感器定位板32上，力傳感器定位板32通過吊掛螺釘15吊掛在力傳感器上聯(lián)板9上，力傳感器定位板32的兩側(cè)有對稱的兩個圓柱孔，孔內(nèi)放置小鋼球33，定位夾緊板8通過定位轉(zhuǎn)銷螺釘7與力傳感器上聯(lián)板9相連，定位夾緊板8的中部設置有階梯孔，套有小彈簧35的鎖緊頂銷34安裝在階梯孔內(nèi)，鎖緊頂銷34的端面有與小鋼球33配合的球窩；定位夾緊板8的另一端有可以容納螺母的槽；定位夾緊螺桿的兩端分別有一段正牙和反牙螺柱；正牙螺母31、反牙螺母21安裝在定位夾緊螺桿22上，再在兩螺母間安裝一大彈簧20 ;然后，將這個整體安裝在定位夾緊板8的槽中；當定位夾緊螺桿22旋緊的時候，夾緊力通過螺母傳遞給定位夾緊板8，夾緊板8再傳遞給鎖緊頂銷34，力通過小鋼球33將力傳感器定位板32定位、夾緊，也即是對整個上試樣夾具系統(tǒng)進行了定位、夾緊。上試樣夾具系統(tǒng)固定于二維力傳感器6的底部，上試樣A呈圓柱狀、球狀或塊狀；所述的下試樣夾具系統(tǒng)固定于滑臺17的上部，下試樣呈平板狀。
[0035]參考圖5所示，上述提到的信號調(diào)理與數(shù)據(jù)采集裝置包括計算機、數(shù)據(jù)采集卡、信號發(fā)生卡、運動控制卡、控制程序、力傳感器、位移傳感器。根據(jù)實驗要求設定加載的載荷，伺服電動缸推動加載裝置沿側(cè)直線導軌向下運動，當上、下試樣接觸后，數(shù)據(jù)采集裝置采集到二維力傳感器檢測出的正壓力信號，二者形成閉環(huán)反饋控制，到達設定值后，伺服電動缸停止運動，保持加載力不變。加載完成后，旋緊定位夾緊螺桿，上試樣夾具系統(tǒng)被定位、夾緊；根據(jù)實驗要求設定激振器控制信號的波形、頻率，信號經(jīng)功率放大器放大后驅(qū)動激振器運動，激振器往復振動的幅值，由固定在底板上的位移傳感器測得的信號反饋調(diào)節(jié)波形輸入信號，到達設定值后，信號保持不便；實驗中，二維力傳感器測量正壓力和摩擦力，水平位移幅度由位移傳感器測量；實驗過程中，由于摩擦副間的磨損，加載方向會有微小的位移變化，這一位移量由伺服電機脈沖變化量換算得到，這個量用來表征試樣的磨損量。
[0036]除上述以外，還需要說明的是在本說明書中所談到的“一個實施例”、“另一個實施例”、“實施例”等，指的是結(jié)合該實施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現(xiàn)同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結(jié)合任一實施例描述一個具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點時，所要主張的是結(jié)合其他實施例來實現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu)或者特點也落在本實用新型的范圍內(nèi)。
[0037]盡管這里參照本實用新型的多個解釋性實施例對本實用新型進行了描述，但是，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內(nèi)。更具體地說，在本申請公開、附圖和權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對于本領域技術人員來說，其他的用途也將是明顯的。
【權(quán)利要求】
1.一種往復式微動摩擦磨損試驗機，其特征在于:所述試驗機包括底板(2)以及置于底板(2)上的支架、驅(qū)動裝置、加載裝置、定位夾緊裝置、信號調(diào)理與數(shù)據(jù)采集裝置，所述支架至少由縱向固定在底板(2)上的兩個側(cè)板(4)構(gòu)成，所述兩個側(cè)板(4)之間至少安裝有下滑軌座(5)與頂缸座(13)； 所述驅(qū)動裝置中至少包括動力源部件、滑臺(17)與直線導軌(16)，所述動力源部件與滑臺(17)動力連接，滑臺(17)與直線導軌(16)上的滑塊相連接，直線導軌(16)固定在下滑軌座(5)上，用于在動力源部件的作用下，使滑臺(17)在直線導軌(16)上做直線往復運動； 所述加載裝置中至少包括安裝在頂缸座(13)上的電動缸(12)，所述電動缸(12)的輸出軸與連接螺母(24)的一端相連，所述連接螺母(24)的另一端與力傳感器上聯(lián)板(9)相連，所述連接螺母(24)的下端還設有第一鋼珠(35)，所述第一鋼珠(35)穿過力傳感器上聯(lián)板(9)并與力傳感器定位板(32)相接觸，且力傳感器定位板(32)還與力傳感器(6)相連，所述力傳感器上聯(lián)板(9 )還通過升降裝置安裝在側(cè)板(4 )上； 所述定位夾緊裝置中包括上試樣夾具系統(tǒng)與下試樣夾具系統(tǒng)，所述上試樣夾具系統(tǒng)安裝在力傳感器(6)的下方，所述下試樣夾具系統(tǒng)安裝在滑臺(17)的上部，用于分別固定上試樣與下試樣； 所述信號調(diào)理與數(shù)據(jù)采集裝置中包括中控裝置以及接入力傳感器與位移傳感器的數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡還接入中控裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復式微動摩擦磨損試驗機,其特征在于:所述動力源部件為激振器，所述激振器安裝在底板(2)上，并通過連接螺桿與滑臺(17)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復式微動摩擦磨損試驗機，其特征在于:所述力傳感器為二維力傳感器，且力傳感器定位板(32)與第一鋼珠(35)的接觸面上設有與其相配合的球面凹陷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的往復式微動摩擦磨損試驗機，其特征在于:所述升降裝置為分別安裝在兩個側(cè)板(4)上的側(cè)直線導軌以及其上部的導軌滑塊，所述力傳感器上聯(lián)板(9)分別通過側(cè)滑軌連接板與兩個側(cè)板(4)上的導軌滑塊相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復式微動摩擦磨損試驗機,其特征在于:所述上試樣夾具系統(tǒng)與力傳感器均固定在力傳感器定位板(32)上，力傳感器定位板(32)吊掛在力傳感器上聯(lián)板(9)上；所述力傳感器定位板(32)的兩側(cè)設有對稱的兩個圓柱孔，孔內(nèi)放置第二鋼珠，定位夾緊板通過定位轉(zhuǎn)銷螺釘與力傳感器上聯(lián)板(9)相連，定位夾緊板的中部設置有階梯孔，套有小彈簧的鎖緊頂銷安裝在階梯孔內(nèi)，鎖緊頂銷的端面有與第二鋼珠相配合的球面凹陷；定位夾緊板的另一端有可以容納螺母的槽；所述上試樣夾具系統(tǒng)中還包括定位夾緊螺桿，定位夾緊螺桿的兩端分別有一段正牙和反牙螺柱；所述正牙螺母與反牙螺母安裝在定位夾緊螺桿上，且正牙螺母與反牙螺母之間還安裝有一大彈簧；所述上試樣夾具系統(tǒng)固定于二維力傳感器的底部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復式微動摩擦磨損試驗機，其特征在于:所述的中控裝置為計算機；所述電動缸(12)為伺服電動缸，所述計算機根據(jù)力傳感器反饋的正壓力值、摩擦力值與預設值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果判斷是否控制伺服電動缸向上試樣夾具系統(tǒng)提供相應的加載壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復式微動摩擦磨損試驗機，其特征在于:所述的底板(2)下方還設有在底部在 同一水平線上的地腳螺栓。
【文檔編號】G01N3/56GK203561566SQ201320253374
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月12日
【發(fā)明者】戴振東 申請人:南京神源生智能科技有限公司