[发明专利]正面冲击摩擦测试装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量正面冲击摩擦特性的装置及方法，具体涉及一种可直接测量材料正面冲击过程中冲击力、冲击扭矩、冲击速度、冲击加速度和摩擦因数的装置及方法。

背景技术

冲击摩擦是两个个固体表面动态撞击所造成的表面摩擦。在各类机械中，许多零部件都承受着不同程度的冲击摩擦，如煤矿领域球磨机工作过程中，钢球和滚筒、物料之间都存在着动态的冲击摩擦。针对材料正面撞击过程中冲击摩擦特性的测试装置尚未发现，给正面冲击摩擦测试带来很大的不便。

因此，开发一种方便操作、能够直接测定材料表面正面撞击过程中冲击摩擦特性的装置，为更好的评价材料正面冲击摩擦特性提供实验方法。

发明内容

本发明为解决现有测量装置不能直接测量材料正面冲击过程中冲击力、冲击扭矩、冲击速度、冲击加速度和摩擦因数，进而提出一种可直接测量材料正面冲击摩擦特性的装置及方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种正面冲击摩擦测试装置，包括气压泵(01)、气动冲击装置(02)、入射杆(03)、支座(04)、加速度传感器(05)、速度传感器(06)、第一应变计(07)、第二应变计(08)、第一试样(09)、第二试样(10)、透射杆(11)、皮带轮(12)、减震器(13)、皮带(14)、变频电机(15)、计算机(16)以及信号采集装置(17)；气动冲击装置(02)、入射杆(03)、第一试样(09)、第二试样(10)、透射杆(11)同轴设置；通过调节气动冲击装置(02)的冲击强度，给入射杆(03)不同强度的加载；入射杆(03)上从左到右依次附有带磁性的加速度传感器(05)、速度传感器(06)、第一应变计(07)、第二应变计(08)；加速度传感器(05)、速度传感器(06)分别用来测量第一试样(09)正面冲击的加速度、速度；第一应变计(07)用来测量试样正面冲击摩擦过程的正向应变，第二应变计(08)用来测量试样正面冲击摩擦过程中的切应变；第一应变计(07)靠近入射杆(03)的左侧，第二应变计(08)靠近入射杆(03)的右侧，用来提高测量结果的准确度；入射杆(03)和透射杆(11)的末端通过型面连接分别连接需要测试的摩擦试样，两个试样接头组成正面冲击摩擦副；透射杆(11)由变频电机(15)驱动，通过传送带传递给透射杆(11)角速度；入射杆(03)和支座(04)通过滑动轴承连接使得其有轴向和圆周方向两个自由度，透射杆(11)和支座(04)通过滚动轴承连接使得其只有圆周方向一个自由度；透射杆(11)转动的角速度可以通过调节变频电机(15)的转速来调节。

所述的正面冲击摩擦测试装置，入射杆(03)和透射杆(11)的末端可以通过型面连接来连接包括圆形、圆环形在内的多种形状的试样组成不同形式的正面冲击摩擦副。

所述的正面冲击摩擦测试装置，入射杆(03)和透射杆(11)相邻的末端圆柱面上拧有四个螺钉阻止第一试样(09)、第二试样(10)的轴向松动。

所述的正面冲击摩擦测试装置，第一试样(09)与第二试样(10)之间存在间隙，以便模拟正面冲击过程。

所述的正面冲击摩擦测试装置，第一试样(09)、第二试样(10)表面还可以涂抹一些润滑材料来模拟湿摩擦的工况。

所述的正面冲击摩擦测试装置，入射杆(03)上面吸附有带磁性的加速度传感器(05)、速度传感器(06)可以测量第一试样(09)正面冲击的加速度、速度；

所述的正面冲击摩擦测试装置，透射杆(11)右端和减震器(13)之间的设有1mm到3mm间隙。

根据牛顿第三定律(作用力与反作用力的关系)，在同一界面上入射杆(03)与试样(09)所受力大小相等方向相反。若第一试样(09)在实验过程中没有发生损坏，则可以认为入射杆(03)所受扭矩等于第一试样(09)所受扭矩，入射杆(03)所受压力等于第一试样(09)所受压力。第一试样(09)所受摩擦力等于切应力，利用库伦摩擦理论，第一试样(09)所受切应力与压应力的比值即为界面的摩擦因数。

本发明所述的正面冲击摩擦测试方法的具体步骤如下：

步骤一、实验前要对试样冲击摩擦副表面做一定的抛光预处理，使其表面粗糙度达到Ra＝0.07μm，以便判定正面冲击过程中是否产生相对滑动，是否存在动摩擦。