一種接觸式實時測磨損量的實驗裝置的制造方法
【專利摘要】一種接觸式實時測磨損量的實驗裝置。擦磨損在我們的日常生活中隨處可見，它的存在既有利又有弊，如果能夠很好的理解并掌握材料真實的摩擦磨損機(jī)理，可以避免巨大的社會財富浪費甚至可以引領(lǐng)一個產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，所以對材料摩擦學(xué)性能的研究具有十分重要的意義。為此提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)方便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的接觸式實時估測磨損率的實驗裝置。通過該裝置改進(jìn)后的摩擦磨損試驗機(jī)，可以建立摩擦力與磨損量之間的對應(yīng)關(guān)系，從而通過實驗中測得的實時摩擦力直接求得實時磨損率。
【專利說明】一種接觸式實時測磨損量的實驗裝置 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種使用接觸式實時測量磨損量的實驗裝置。屬于摩擦學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 摩擦磨損在我們的日常生活中隨處可見，它的存在既有利又有弊，如果能夠很好 的理解并掌握材料真實的摩擦磨損機(jī)理，可以避免巨大的社會財富浪費甚至可以引領(lǐng)一個 產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，所以對材料摩擦學(xué)性能的研究具有十分重要的意義。
[0003] 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及電子顯微鏡和各種材料表面微觀分析儀器的商品 化和廣泛使用，摩擦學(xué)探究正朝著廣度和深度發(fā)展。摩擦磨損試驗機(jī)作為研究材料摩擦學(xué) 性能的關(guān)鍵設(shè)備，它的創(chuàng)新與發(fā)展往往能為整個摩擦學(xué)領(lǐng)域帶來許多意想不到的科學(xué)發(fā) 現(xiàn)。而對材料磨損量的測量，以往采用稱重法，以獲得試樣實驗前后總的磨損量。但這種方 法無法獲得實驗過程中磨損率的變化。科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使得磨損量的測量取得了許多突破 性的進(jìn)展，例如德國科學(xué)家使用放射性核素技術(shù)對實驗過程中的磨損量進(jìn)行實時測量，雖 然是實驗結(jié)果精度非常高，但對于一般性院校，研究所和企業(yè)想要進(jìn)行這樣的實驗或者購 買這樣的試驗機(jī)是非常昂貴的。為此提出了一種接觸式實時測量磨損率的實驗裝置，結(jié)構(gòu) 簡單、經(jīng)濟(jì)方便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題為提出一種結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)方便并且能實時測量摩擦磨 損實驗過程中磨損率的實驗裝置。
[0005] 本發(fā)明是采取以下技術(shù)方法來實現(xiàn)的。
[0006] 其基本原理是:通過圖1裝置，在實驗前施加負(fù)載使夾具處于壓緊狀態(tài)，隨著磨痕 深度的加大，銷向下嵌入磨損材料內(nèi)部也就越深，相應(yīng)的原先處于壓緊狀態(tài)的夾具下端會 逐漸放松。因此夾具下端的變形位移差即是材料磨痕深度的變化值，相應(yīng)的由于夾具變形 所產(chǎn)生的力也會去變化，并且與夾具下端的變形位移差間存在對應(yīng)關(guān)系，也就是說變形力 與磨痕深度間存在一一對應(yīng)。從而可以通過實驗中測得的實時摩擦力直接算出實時磨損 率。
[0007] 如圖1所示，該實驗設(shè)備主要由光學(xué)纖維傳感器(F0S)、位移測量鏡、特制夾具和銷 組成。根據(jù)光學(xué)纖維傳感器的工作原理可知，F(xiàn)OS充當(dāng)發(fā)射光源與接收器，與位移測量鏡一 起用于測量特制夾具彈性下端的變形位移量。通過FOS發(fā)出經(jīng)位移測量鏡反射的光線回到 FOS所用的時間不同得到夾具下端的變形位移量。特制夾具由固定上端架和彈性下端組成。 上端架固定不動，彈性下端可以隨著與其相連銷的上下移動產(chǎn)生彈性變形。根據(jù)胡克彈性 定律，不同的彈性變形對應(yīng)不同的彈性力。通過人為施加一組已知力F(可以通過砝碼施 加），可以得到一組力與夾具上下端間的距離L對應(yīng)數(shù)據(jù)，進(jìn)而通過數(shù)值擬合得到力F與間距 L間的函數(shù)關(guān)系為(1)，K為彈性材料已知比例常數(shù)。
[0008] F=K · L (1)
[0009] 另外，由于銷連接夾具彈性下端，因此夾具下端變形力即為實驗中作用在基體材 料上法向摩擦力?"。因此可以通過實驗中測得的法向摩擦力變化量AF n求得對應(yīng)的夾具下 端間的位移變化量AL，而Ah= AL。所以AFn = K · Ah。因為磨痕截面為矩形并且磨痕寬 度d、長度S和材料密度P都可以測量得到。質(zhì)量m = V · P其中V為體積。因此建立磨損量與磨 痕深度之間的對應(yīng)關(guān)系：Amn = d · S · P · Ah，其中Ah = hn_hn-i，hn-i和hn為第n-1和第η次 循環(huán)磨;η!??ι?ρ_·?#而πτυ ?縣丨睡招是互姑白士口"問的革系式為公式（2)。
[0010]
【附圖說明】
[0011] 圖1是實時磨損量測量裝置原理圖（其中1為夾具上端面(FOS)，2為夾具下端面(位 移測量鏡），3為夾具，4為銷，5為基體材料。）；
[0012] 圖2是實時摩擦力； 圖3是力與間距關(guān)系圖； 圖4是實時磨損量。
【具體實施方式】
[0013]已知實驗測得摩擦力F如圖2所示通過F = K · L，（圖3)所示，其中通過數(shù)據(jù)擬合可 知K為-0.297。磨痕寬度d = 3 X 10-3m;磨痕長度S為0.24m;材料密度8.596128kg X 103kg/m3; 根據(jù)磨損量與摩擦力之間的對應(yīng)關(guān)系'單位為mg?？梢郧蟮玫讦谴窝?環(huán)時對應(yīng)的磨損量如圖4所示。
[0014] 通過圖4我們可以看到在3-13次循環(huán)間，材料發(fā)生嚴(yán)重磨損，之后磨損進(jìn)入相對穩(wěn) 定的狀態(tài)。另外，在第23次循環(huán)后材料磨損量增大，但較3-13次循環(huán)處的磨損量小。
[0015] 因此，本專利所發(fā)明的接觸式實時測量磨損量的實驗裝置是行之有效的。
【主權(quán)項】
1. 本方法是一種簡單、經(jīng)濟(jì)、方便的接觸式實時測磨損量的實驗裝置。本發(fā)明由纖維傳 感器、位移測量鏡夾具和銷組成，在保留了原有銷盤式試驗機(jī)工作適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)成本低的 基礎(chǔ)上，通過對夾具的簡單設(shè)計改進(jìn)可以求得實驗過程中的實時磨損量。從而可以探究材 料摩擦磨損實驗過程中的摩擦學(xué)性能。2. 根據(jù)權(quán)利要求1要求所述的用于實時測磨損量的實驗裝置，使用實時摩擦力與磨損 量間的對應(yīng)關(guān)系測量實時磨損量的計算方法。
【文檔編號】G01B11/02GK105890984SQ201610197293
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】劉麟, 張志臣, 詹普杰, 王鳴, 王一鳴, 柯慶航, 談新彥, 魏磊, 張凡介
【申請人】常州大學(xué)