[發明專利]一種切向微動摩擦磨損試驗設備

無效

• 申請號: 201210043322.5
• 申請日: 2012-02-24
• 公開（公告）號: CN102590002A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 朱旻昊;蔡振兵;周仲榮;莫繼良;彭金方;石心余;劉啟躍
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56
• 代理公司: 成都博通專利事務所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本發明涉及一種實時觀測與記錄切向微動摩擦磨損的設備。

背景技術

不同于滑動、滾動，微動(Fretting)是指在機械振動、疲勞載荷、電磁振動或熱循環等交變載荷作用下，接觸表面間發生的振幅極小的相對運動，這些接觸表面通常名義上靜止，即微動發生在“緊固”配合的機械部件中。由于機械、流體、熱循環電磁等引起的振動，微動磨損普遍存在于看似靜止的各種間隙或緊配合的接觸界面，它廣泛存在于工業應用領域。微動可以造成接觸面磨損，引起構件咬合、松動或形成污染等；它可以加速裂紋的萌生和擴展，使零部件的疲勞壽命降低。在球-平面接觸條件下，微動可以分為切向、徑向、滾動、扭動等四種基本微動模式。其中切向微動是對磨副在法向載荷的作用下，在接觸面上做小位移直線運動，切向微動的法向載荷方向與其運動方向垂直；它是最普遍存在的微動，也是造成微動磨損的最主要形式，對切向微動進行試驗與分析，以搞清其磨損機理及與相關工況的關系，可為相關零部件的設計、制造與維護提供準確、可靠的試驗依據，以降低裂紋的萌生和擴展，提高零部件的疲勞壽命具有重要的意義。現有的微動磨損試驗設備主要有三類：

1、機械式：通常使用凸輪或偏心輪機構，結構簡單。但其頻率較低，且難改變，難以實現小振幅的運動，精度差。

2、電磁式：最大優點是頻帶寬，可模擬高頻振動，試驗設備體積也較小；但存在激振力和位移振幅不高的缺點。

3、電磁伺服式：激振力、位移、振幅和頻率都適中，能進行實時控制，精度高。但其結構復雜，體積大、維修成本高。

且以上切向微動試驗設備，均不能在可控的高溫、液體介質環境下進行試驗，不方便對切向微動與高溫、液體介質的關系進行試驗分析，從而無法對相關零部件在高溫、液體介質下的切向微動磨損提供較好的實驗依據。

發明內容

本發明的目的是提供一種切向微動摩擦磨損試驗設備，它能有效的模擬切向微動磨損，其結構簡單、維修方便，試驗精度高，并且能在可控高溫、潤滑、液體等介質條件下進行微動磨損試驗，能為相關零部件的設計、制造與維護提供更加準確、可靠的試驗依據。

本發明實現其發明目的所采用的技術方案是，一種切向微動摩擦磨損試驗設備，其組成是：

與數據采集及控制系統相連的橫向液壓活塞的活塞桿與豎向的連桿中上部的鉸軸相連，連桿的上端通過橫桿與上試件夾頭的一側連接；液壓活塞的活塞桿與活塞之間安裝有切向位移傳感器；所述的上試件夾頭為夾持球形試件的夾頭；

夾持平面試件的下試件夾頭設于上試件夾頭的正下方，下試件夾頭固定在實驗介質腔的底部，實驗介質腔的底部與兩個縱向的支撐梁的頂部固定連接，支撐梁的底部固定于底座上；支撐梁的頂部的側面與固定于底座上的形變傳感器相連。

本發明的工作過程和原理是：

將球形試件夾持于上試件夾頭，平面試件夾持于下試件夾頭并使平面試件和球形試件接觸。由于液壓活塞的活塞桿與上試件夾頭是通過豎向連桿中上部的鉸軸相鉸接，上試件夾頭及其球形試件能在一定范圍內以豎向連桿的鉸軸為軸心上下轉動，因此能夠通過上試件夾頭向上、下試件之間的接觸面施加特定的垂向載荷；而上、下試件接觸后，上試件夾頭則不能偏離該鉸軸軸心進行水平移動，因此，液壓活塞能夠驅動上試件夾頭及球形試件進行相應的受控水平往復運動。

對上試件夾頭施加向下的設定垂直載荷，然后數據采集及控制系統控制液壓活塞按設定的往復微動位移，驅動上試件夾頭在水平方向往復微動，使球形試件與固定的平面試件之間產生切向微動；同時，活塞腔與活塞桿之間的切向位移傳感器檢測出球形試件發生的切向位移，形變傳感器通過測量支撐梁的橫向形變而測出兩試件間的摩擦力；測出的數據由數據采集及控制系統進行后續的分析與處理，從而得出荷載、微動位移、頻率及微動次數與微動磨損的關系。

若需進行液體高溫介質條件下的切向微動試驗，則向液壓介質腔內充入相應的液壓介質(如：潤滑油)，使其浸沒球形試件與平面試件間的接觸面，并在液壓介質中設置加熱元件及溫度傳感器，即可進行特定溫度液壓介質條件下的切向微動試驗。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1、通過簡單的連桿鉸接結構，很好的實現了上試件夾頭的垂向運動與水平運動的解耦，從而簡單有效的實現了球形試件與平面試件接觸面間的垂向載荷的施加與切向位移驅動，能較好地模擬設定載荷下的切向微動；結構簡單、制作與試驗成本低。

2、由液壓活塞驅動上試件夾頭的切向微動，其位移和頻率控制精確，試驗精度高。