[实用新型]转动微动摩擦磨损试验设备

说明书

技术领域

本实用新型属于机械工程的摩擦学技术研究领域，尤其属于一种转动微动摩擦磨损试验设备。

背景技术

微动(Fretting)是指在机械振动、疲劳载荷、电磁振动或热循环等交变载荷作用下，接触表面间发生的振幅极小的相对运动，这些接触表面通常名义上静止，即微动发生在“紧固”配合的机械部件中。微动摩擦学是研究微动运行机理、损伤、测试、监控、预防的一个学科分支，它是一门日益发展的新兴交叉学科，涉及的学科广泛，如机械学、材料学，甚至生物医学、电工学等。微动是一种相对运动幅度很小的摩擦方式，其造成的材料损伤通常表现为两种形式，即：(1)微动导致的磨损：微动可以造成接触面间的表面磨损，产生材料损失和构件尺寸变化，引起构件咬合、松动、功率损失、噪声增加或形成污染源。(2)微动导致的疲劳：微动可以加速裂纹的萌生与扩展，使构件的疲劳寿命大大降低，微动疲劳极限甚至可低于普通疲劳极限的1/3。往往这种损伤形式危险性更大，造成一些灾难性的事故。

在球-平面接触条件下，微动可以分为切向、径向、扭动、转动等四种基本微动模式。切向微动与径向微动均为对磨副在法向载荷的作用下，在接触面上做小位移直线运动，不同之处在于：切向微动的法向载荷方向与其运动方向垂直，径向微动法向载荷方向与运动方向一致。扭动微动与转动微动均为对磨副在法向载荷的作用下，在接触面上做小角度的旋转运动，不同之处在于：扭动微动的旋转轴与接触面垂直；转动微动的旋转轴与接触平面平行。

转动微动是在交变载荷作用下紧配合接触副间发生微幅转动的相对运动。转动微动现象大量存在于各种机械装备和器械中，例如机车车辆的轮轴紧配合面在机车服役过程中、飞机涡轮发动机中的涡轮叶片榫槽配合面在工作时发生的摩擦磨损，各种轭轴机构的紧配合面发生的摩擦磨损，人体植入器械中的髋关节和膝关节杵臼状接触区内发生的摩擦磨损等。转动微动摩擦给工业生产、生活带来了较大的损失与麻烦。由于缺少相应试验设备，其人工控制再现或模拟困难，转动微动的相关研究工作一直以来开展较少。研发转动微动的试验设备，以开展转动微动的试验研究，对减少工程中出现的转动微动磨损问题，改进机械与生物工程的相关设计，提高装备与器械的性能与寿命、节约能源等具有十分重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种转动微动摩擦磨损试验设备，该试验设备能方便地使材料发生小角度转动微动摩擦磨损，且其自动化程度高，控制与测试的精度高，试验数据的重现性好；能够进行不同工况与规格的材料的试验。

本实用新型实现该实用新型目的所采用的技术方案是：一种转动微动摩擦磨损试验设备，包括上、下夹具，安装上、下夹具的机座，其结构特点是：

下夹具安装在机座上的具体结构为：下夹具为夹持球形下试件的夹具，下夹具固定在高精度超低速转动电机旋转轴的安装盘上；转动电机安装在机座底板上的电机座上，且转动电机的转动轴水平；

上夹具安装在机座上的具体结构为：上夹具为夹持平面上试件的夹具，上夹具的上端与六维力/力矩传感器相连，六维力/力矩传感器与能够进行水平与垂向移动的二维移动台相连，二维移动台固定在机座的中上部；

高精度超低速转动电机、二维移动台、六维力/力矩传感器均与数据采集控制系统电连接。

该设备的使用方法及工作过程为：

将上试件固定上夹具上，下试件固定在下夹具上。并使下试件的水平中心线与转动电机的旋转轴对中；通过数据采集控制系统控制二维移动平台的运动，调整上试件在竖直、水平两个方向的位置，使其与下试件接触并施加给定法向载荷。再由数据采集控制系统控制高精度超低速转动电机的转动，使下试件按设定参数以其水平中心线为旋转轴进行往复旋转，实现下、上试件的球-平面转动微动，再用六维力/力矩传感器实时监测转动微动时的切向力(摩擦力)，送数据采集控制系统进行处理，得到摩擦力-角位移曲线。同时，六维力/力矩传感器实时监测转动时的法向载荷，传送给数据采集控制系统，由数据采集的控制系统对二维移动平台的垂向位置进行实时调节控制，确保下试件的法向载荷始终处于恒定的给定值。

给定不同的参数，即可进行不同工况下的转动微动摩擦磨损试验。对于不同形状和尺寸的上、下试件，采用相应的上、下夹具即可完成试验。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：