[發明專利]氣動變載荷摩擦磨損試驗機及其試驗方法

無效

• 申請號: 201210270139.9
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102809516A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 劉福才;戰再吉;徐文麗;王加春
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N19/02
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 李合印

技術領域

本發明涉及一種氣動變載荷摩擦磨損試驗機及其試驗方法。

背景技術。

現有的摩擦磨損試驗機的加載形式主要采用靜態方式，而且加載壓力較大，這只能模擬地面機構活動界面的運動行為，而對于空間微重力條件下機構活動界面（相對位置保持高度的隨機性）運動行為的關注則較少，使其應用具有一定的局限性，因此當前的試驗機在測試范圍、測試形式等方面不能滿足當前的科研需要。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種氣動變載荷摩擦磨損試驗機，能模擬地面和空間機構活動界面的運動行為，并可實現重力和微重力環境下多種活動界面間的損耗模擬試驗。

為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：一種氣動變載荷摩擦磨損試驗機，是由機架、托盤、加載機構、伺服電機、傳動機構、樣品臺構成；

所述的加載機構是由二維電動平移臺、氣缸、摩擦連桿和摩擦壓頭組成，所述的二維電動平移臺由x軸向平臺、x軸向步進電機、y軸向平臺和y軸向步進電機組成，x軸向平臺安裝在y軸向平臺的軌道上，且與樣品臺表面相平行，x軸向步進電機安裝在x軸向平臺上，且驅動x軸向平臺在y軸向平臺的導軌上沿x軸滑動，y軸向平臺安裝在機架的垂直導軌上，且與樣品臺表面相垂直，y軸向步進電機安裝在y軸向平臺上，且驅動y軸向平臺在在機架的垂直導軌上沿y軸滑動,氣缸固定安裝在二維電動平移臺的x軸向平臺上，氣缸內的活塞與摩擦連桿的一端連接，摩擦連桿的另一端安裝有摩擦壓頭，摩擦連桿的中間部位安裝一拉壓式傳感器；托盤安裝在機架的下平臺上，樣品臺安裝在氣缸的正下方托盤上，托盤對樣品臺起支撐作用，樣品臺的臺面呈水平面，樣品臺可以沿垂直線方向旋轉，氣缸的軸線垂直于樣品臺的臺面，伺服電機安裝在機架的下平臺上；

所述的傳動機構是由主動輪、同步帶輪和同步帶組成，主動輪安裝固定在伺服電機的軸伸端部，同步帶輪安裝固定在樣品臺的旋轉軸下部，同步帶連接主動輪和同步帶輪；

溫度傳感器安裝固定在機架上；

橫向振動傳感器和縱向振動傳感器安裝在托盤上。

本發明的目的還在于提供一種氣動變載荷摩擦磨損試驗機的試驗方法，其技術方案如下：

一種氣動變載荷摩擦試驗機及其試驗方法，具體過程如下：

a.通過電氣比例閥控制氣缸內活塞兩側的氣壓，進而對試驗時加載在樣品表面的壓力進行調節；

b.通過驅動機構伺服電機使樣品臺旋轉，樣品臺的旋轉速度利用電機的轉速進行調節，使樣品臺與試驗機機架處于水平設置，氣缸和摩擦壓頭垂直于樣品臺；

c.測量加載壓力、摩擦力、摩擦表面溫度以及振動制造過程，通過加載壓力、摩擦力、摩擦表面溫度以及振動試驗參數的檢測與采集，加載壓力利用拉壓式傳感器測量，摩擦力試驗參數通過電機的輸出轉矩根據下面公式計算得到，式中F——摩擦力(N)、T_f——加載時電機輸出轉矩(N*m)、T_l——空載時電機輸出轉矩(N*m)、R——摩擦軌跡半徑(m)；摩擦表面溫度利用非接觸式紅外測溫儀進行測量；振動試驗參數分為橫向振動與縱向振動，測量在最大轉速且空載情況下的橫向振動和縱向振動，如果兩個方向的振動數值都很小，則試驗機在振動方面滿足試驗機的設計要求，同時可測量試驗過程中的振動情況。各試驗參數信號通過數據采集卡送入上位機進行參數的實時控制與顯示；

d.采用氣動加載方式，相比于砝碼加載、電磁加載、液壓加載等加載方式，對于小載荷的精確加載易于實現和易于控制，對于大載荷，通過選用不同的氣缸來實現；加載形式除一般試驗機具有的恒壓加載外，增加了數值連續可變的變載荷加載形式：正弦波、方波、鋸齒波、三角波、隨機波，其變載荷的頻率與峰值可根據要求自由設置；

e.加載控制方式，通過對加載壓力設有PID和模糊自適應逆控制環節，進一步增強載荷信號的抗干擾性、提高試驗數據的精度，使其實驗數據更加準確可靠；

f.試驗參數通過數據采集卡傳送給上位機進行實時顯示與控制，通過測試輸出數據的頻率由上位機調整實現，滿足了加載壓力的無級調整與加載形式的多樣化需求。

附圖說明

圖1為本發明的氣動變載荷摩擦磨損試驗機主視圖；

圖2為本發明的氣動變載荷摩擦磨損試驗機左視圖；

圖3為圖1中加載機構放大主視圖；

圖4為圖1中傳動機構放大左視圖；

圖5為氣動加載PID閉環控制原理圖；

圖6為氣動加載PID閉環控制流程圖；

圖7為氣動加載模糊自適應逆控制原理圖；