[发明专利]一种端面摩擦磨损试验机及其试验方法

权利要求书

1.一种端面摩擦磨损试验机，包括机架组件、测试组件与负荷加载组件；所述测试组件包括第一驱动装置(2)、主轴(8)、夹具底座(35)；其特征在于，

所述第一驱动装置(2)固定在机架组件上并与主轴(8)传动连接，所述主轴(8)绕其自身轴线旋转固定在机架组件上，且主轴(8)底部固定有上试样(12)，所述夹具底座(35)上端内部固定有下试样(37)，所述上试样(12)相对下试样(37)旋转并构成摩擦副；所述夹具底座(35)外侧表面连接固定钢丝绳(38)的一端，钢丝绳(38)的另一端与固定在机架组件上的悬臂测力传感器(39)连接，所述悬臂测力传感器(39)连接计算机；

所述负荷加载组件包括第二驱动装置(16)、升降装置(17)与加载轴(27)；

所述第二驱动装置(16)及升降装置(17)均固定在机架组件上，第二驱动装置(16)与升降装置(17)传动连接，所述升降装置(17)的升降端与加载轴(27)底端之间连接有弹簧加载装置与负荷力传感器(24)，所述负荷力传感器(24)连接所述计算机；所述加载轴(27)与所述主轴(8)同轴，其顶端通过轴承单元抵压所述夹具底座(35)底端。

2.根据权利要求1所述的一种端面摩擦磨损试验机，其特征在于，所述弹簧加载装置包括从下到上同轴心依次设置的弹簧下压板(19)、弹簧、弹簧上压板(22)、加载触头(25)与加载垫块(26)，所述加载触头(25)上端抵压加载垫块(26)到所述加载轴(27)底端的内孔中；所述负荷力传感器(24)上端与加载触头(25)连接固定，底端固定在传感器固定块(23)上，传感器固定块(23)固定在弹簧上压板(22)上。

3.根据权利要求2所述的一种端面摩擦磨损试验机，其特征在于，所述加载触头(25)抵压加载垫块(26)的面为弧面。

4.根据权利要求2所述的一种端面摩擦磨损试验机，其特征在于，所述弹簧包括内外套设的第一弹簧(21)与第二弹簧(20)，其中第二弹簧(20)的内径大于第一弹簧(21)的外径。

5.根据权利要求1所述的一种端面摩擦磨损试验机，其特征在于，所述轴承单元包括加载轴承套(33)，所述加载轴承套(33)的内孔与加载轴(27)上端之间从上到下依次同轴连接有推力关节轴承(34)、第二深沟球轴承(32)与推力球轴承(31)，所述推力关节轴承(34)上端顶压所述夹具底座(35)底部。

6.根据权利要5所述的一种端面摩擦磨损试验机，其特征在于，所述加载轴(27)外侧套设有加载导套(28)，并通过加载导套(28)固定在机架组件上，所述加载轴(27)外壁与加载导套(28)内孔之间同轴连接有加载衬套(29)及油毡(30)。

7.根据权利要求1所述的一种端面摩擦磨损试验机，其特征在于，所述主轴(8)通过主轴箱固定在机架组件上，主轴(8)外壁上侧与主轴箱内孔之间同轴连接有第一深沟球轴承(9)，其外壁下侧与主轴箱内孔之间同轴连接有圆锥滚子轴承(10)以及圆柱滚子轴承(11)。

8.根据权利要求1所述的一种端面摩擦磨损试验机，其特征在于，所述主轴(8)的底部外壁及底端端面上分别设有固定所述上试样(12)的径向销钉与轴向销钉。

9.一种如权利要求1-8任一所述的端面摩擦磨损试验机的试验方法，其特征在于，包括试验步骤：

步骤1：获取下试样(37)与上试样(12)的参数数据及表面温度；

步骤2：在主轴(8)的底部通过销钉固定上试样(12)，在夹具底座(35)上端内部固定下试样(37)，使下试样(37)的竖直中心轴线与夹具底座(35)的中心轴线、加载轴(27)的中心轴线保持重合；

步骤3：判断试验条件：如果为干摩擦条件测试，转为步骤5；如果为油润滑条件测试，转为步骤4；

步骤4：在夹具底座(35)上端内部注入润滑油，使油液完全覆盖在上试样(12)与下试样(37)接触的表面；

步骤5：通过计算机设定第一驱动装置(2)与第二驱动装置(16)的作业时间、作业时间阈值、主轴(8)的旋转线速度以及上试样(12)与下试样(37)的表面温度阈值；

步骤6：启动第一驱动装置(2)与第二驱动装置(16)，计算机控制第二驱动装置(16)的传动速度，使升降装置(17)逐级增加顶压夹具底座(35)的正压力；

步骤7：计算机实时获取悬臂测力传感器(39)检测的钢丝绳(38)被拉动的力、负荷力传感器(24)检测的升降装置(17)顶压弹簧加载装置的力以及温度传感器检测的上试样(12)与下试样(37)之间的表面温度，并实时计算获取摩擦力矩与摩擦系数，计算公式为：

μ＝3M/(2π*σ*(R³-r³))＝3F*L*(R²-r²)/(2*P*(R³-r³))

其中，M为摩擦力矩，N*m；F为悬臂测力传感器检测值，N；L为夹具底座的轴向移动间距，L＝0.0435m；σ为上试样、下试样接触面单位面积的压力，σ＝P/π*(R²-r²)，N/m²；P为负荷力传感器检测的轴向负荷值，N；R为上试样外径，m；r为上试样内径，m；μ为摩擦系数；

步骤8：上试样(12)与下试样(37)的表面温度达到设定的阈值，或者，第一驱动装置(2)与第二驱动装置(16)的作业时间达到设定的阈值，第一驱动装置(2)与第二驱动装置(16)停止作业，试验结束。