[发明专利]一种端面扭动摩擦磨损试验机及方法

说明书

技术领域

本发明涉及摩擦磨损试验机及方法，尤其是一种适用于扭动摩擦工况下的摩擦副性能测试的端面扭动摩擦磨损试验机及方法。

背景技术

两相互接触物体在外力P作用下发生相对运动或有相对运动的趋势时，接触面上产生的切向阻力F称为摩擦力，这种阻抗现象称为摩擦。按运动副的运动形式可以分为滑动摩擦和滚动摩擦。在实验室中，用于研究滑动摩擦的试验机非常多，其主要形式有环－块式、销－盘式、端面对摩形式、微动磨损形式等。扭动摩擦是指在一定载荷下接触副接触界面发生往复旋转的相对运动，在生产和生活中广泛存在，从常用的球阀到人体中的髋关节、膝关节和脊柱关节等置换关节，以及交通运输中大量存在的往复旋转件如工程机械中的聚合物平面滑动回转支撑、汽车挂车的转向回转盘和火车转向架的心盘等。

针对不同的磨损形式，实验室已经有多种试验机。如M2000摩擦磨损试验机，立式万能试验机，销-盘摩擦磨损试验机，CETR实验机等。但这些试验机多为单一磨损试验机，如CETR试验机可以实现不同振幅的往复直线运动和转动形式，不能实现扭动运动形式。目前还没有一种可用于实现端面接触的扭动摩擦磨损试验机。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种端面扭动摩擦磨损试验机及方法，通过设置正压力、电机转速和往复频率可以准确模拟工况中的扭动摩擦条件，测试扭动摩擦副的摩擦系数，从而能够准确模拟不同扭动工况的端面扭动摩擦磨损试验。

技术方案：本发明的端面扭动摩擦磨损试验机，包括传动装置和压力加载装置，所述的传动装置包括竖直布设在底座上的伺服电机、与伺服电机相连并固定在电机机架上的减速器，减速器上设有偏心轮，偏心轮上设有连杆；所述的压力加载装置包括对称设在底箱上的立柱和设在立柱上的顶梁构成的固定架，固定架的顶梁上依次连接有力传感器、推力球轴承、套装在立柱内的固定件、主轴和转盘，转盘上设有与连杆相连接的转盘连接板；底箱内设有竖直布设的液压缸，液压缸的柱塞穿过底箱连接有提升轴，提升轴上连接有扭矩传感器，扭矩传感器上连接有与转盘相扣合的托盘；提升轴的外壁上设有套装在立柱上的滑动套。

所述相扣合的转盘和托盘内端面对称开有放置上、下试件的凹槽；所述的转盘连接板呈扇形。

本发明的端面扭动摩擦磨损试验方法，包括以下步骤：

a．将半径R均相同的上、下试件分别固定在转盘和托盘内；

b．通过数据采集控制系统控制液压缸动作，液压缸的柱塞推动提升轴向上运动，使固定在转盘和托盘内的上、下试件相对端面紧密接触；

c．根据实验要求对相对端面紧密接触的上、下试件施加压力达设定值载荷P，设在上试件上方的力传感器实时将不同压力的信号输出，经数据采集控制系统显示压力值G；

d．当压力值达到实验要求设定的压力值G时，停止加压，并保压，根据实验要求设定伺服电机的转速r和上试件的扭动次数n、扭动角度θ；

e．启动伺服电机驱动偏心轮转动，偏心轮带动连杆传动转盘连接板，与转盘连接板相连的转盘扭动带动上试件随之扭动，使上、下试件的接触面形成扭动摩擦；

f．设在下试件下方的扭矩传感器实时测出摩擦扭矩M_f，并送至数据采集控制系统，通过数据采集控制系统得出摩擦系数值f以及在设定载荷和转速下的摩擦系数-角位移曲线，从而考察正压力、扭动角度和频率对端面扭动摩擦磨损行为的影响，揭示聚合物扭动摩擦系数变化规律和扭动磨损机理。

所述设定伺服电机的转速r=1000~1500r/min，上试件的扭动次数n=800~1200，其扭动角度θ=1~30°。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明能够实现端面接触的扭动摩擦磨损试验和疲劳状态下的扭动摩擦磨损试验；可以通过设置不同的正压力，不同的扭动频率等模拟不同的工况条件；通过调整四连杆传动机构各杆件的长度就可方便调整试验所需的扭动角度；动力源部分采用伺服电机，输出启动力矩大，并便于控制扭动频率；采用静态扭矩传感器测量摩擦扭矩，摩擦扭矩测量精确；压力采用液压加载和力传感器测量的闭环控制方式，加载平稳精度，冲击小，并且可实现动态加载。其结构简单，操作方便，试验效果好，对研发构件的端面扭动摩擦磨损，减少工程中出现的扭动摩擦磨损问题，提高装备与器械的性能和寿命，节约能源，具有十分重要的意义。

附图说明

图1 为本发明端面扭动摩擦磨损试验机结构主视图。