[发明专利]一种扭转复合微动摩擦磨损的试验方法及其试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种微动摩擦磨损的试验方法及其试验装置。

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，名义上静止的接触表面间发生的振幅极小的相对运动(位移幅度一般为微米量级)，即微动发生在“紧固”配合的机械部件中。微动普遍存在于机械行业、核反应堆、航空航天、桥梁工程、汽车、铁路、船舶、电力工业、武器系统、电讯装备和人工植入器官等领域的紧配合零部件中。紧配合零部件中存在的微动会引起构件咬合、松动、功率损失、噪声增加或形成污染源，或者产生疲劳裂纹并扩展，导致疲劳寿命大大降低。随着高科技机械对高精度、长寿命和高可靠性的要求，以及各种工况条件的日益苛刻，微动损伤的危害日益凸现，已成为引发灾难性事故的主要原因之一，被称为工业界的“癌症”。

在球/平面接触条件下，微动有4种基本模式，即：切向微动、径向微动、扭动微动和转动微动。工业中实际的微动工况十分复杂，往往集两种或两种以上微动基本模式复合的复杂运动也经常出现。

扭转(扭动+转动)复合微动是扭动微动和转动微动两种模式的耦合，是在交变载荷作用下接触副发生微幅扭转的相对运动。扭转复合微动现象大量存在于机械装备和器械中，涉及交通运输、生物医学等众多领域。例如汽车转向系统中球接头与球窝配合面、人体植入器械中的髋关节和膝关节杵臼状接触区、轴承内发生的微动等。扭转复合微动导致的疲劳和磨损大大的缩短了零部件的使用寿命、直接影响了安全生产，同时也带来了巨大的经济损失。由于研究与分析设备及手段的限制，扭转复合微动的相关研究、分析工作一直以来开展的较少。研究扭转复合微动试验的方法及其装置，对减少工程中出现的复杂微动磨损问题，改进机械、生物工程等领域的相关设计，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。

发明内容

本发明的第一个发明目的是提供一种扭转复合微动摩擦磨损试验方法，该试验方法能方便地使材料发生小角度的扭转复合微动摩擦磨损，较真实地模拟构件在复杂应力作用下的复合微动损伤，控制与测试的精度高，实验数据的重现性好；且其自动化程度高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种扭转复合微动摩擦磨损试验方法，其作法是：一种扭转复合微动摩擦磨损的试验方法，其作法是：

a、将平面的上试件夹持在上夹具上，上夹具固定在六维力/力矩传感器上，用下夹具夹持球形的下试件，下夹具固定在倾斜的高精度超低速的回转电机输出轴上的安装盘上，球形的下试件的中心位于回转电机输出轴的轴线上；

b、通过数据采集控制系统控制上夹具及其夹持的上试件的上下、左右移动，使上、下试件接触并使上、下试件间保持设定的法向载荷Fn；同时，数据采集控制系统控制回转电机并带动下夹具及其夹持的下试件以设定的转速ω、回转角位移幅值θ和往复周次N进行往复旋转，上、下试件间即在承受扭动和转动的共同作用下进行扭转复合微动；

c、在上、下试件进行扭转复合微动的同时，与上夹具相连的六维力/力矩传感器测出切向力即摩擦力Ft，并送至数据采集控制系统，数据采集控制系统分析得出设定载荷Fn和转速ω条件下的摩擦力Ft和回转角位移幅值θ的曲线，以表征扭转复合微动的动力学特性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明的方法，将电机倾斜一定角度α，使球形的下试件倾斜旋转，从而实现了球形下试件与平面上试件间同时进行扭动和转动的双重复合微动(倾斜旋转的水平分量对应的微动分量为扭动微动，垂直分量对应的微动分量为转动微动)，从而能更加真实有效地对扭转复合微动进行分析和测试。

二、由于球形下试件的中心与高精度超低速回转电机的旋转轴对中，高精度超低速回转电机能保证球形试件绕电机旋转轴回转，不会发生偏心现象；从而确保扭转复合微动得以实现。

三、通过数据采集控制控制系统控制高精度超低速回转电机的转动，能精确实现下夹具及其下试件按给定的微小转角幅值及超低转速进行往复旋转；也能精确实现上夹具位置的调整和设定法向载荷的试加，从而精确实现给定参数条件下的扭转复合微动摩擦磨损试验。

四、通过与上夹具相连的六维力/力矩传感器测出复合微动时的切向力即摩擦力，并送数据采集控制系统处理，得到设定条件下的摩擦力-角位移曲线，可以准确表征扭转复合微动的动力学特性。并可将试验后的材料进行其它相关分析。