[發(fā)明專利]一種實(shí)時動態(tài)觀測摩擦界面的端面扭動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210448675.3
• 申請日: 2012-11-03
• 公開（公告）號: CN102944512A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王世博;滕兵;潘力;李倩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00;G01N19/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于端面扭動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種實(shí)時動態(tài)觀測摩擦界面的端面扭動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)及方法。

背景技術(shù)

端面扭動摩擦是指在一定載荷下接觸副接觸界面圍繞載荷方向發(fā)生往復(fù)旋轉(zhuǎn)的相對運(yùn)動，摩擦界面以面-面形式大面積接觸且發(fā)生較大的相對運(yùn)動(角位移幅值一般為0-30°)，廣泛存在于交通運(yùn)輸中的往復(fù)旋轉(zhuǎn)件如工程機(jī)械中的聚合物平面滑動回轉(zhuǎn)支承、汽車掛車的轉(zhuǎn)向回轉(zhuǎn)盤和火車轉(zhuǎn)向架的心盤等。端面扭動摩擦不同于微動磨損之處在于磨損區(qū)域大且較為嚴(yán)重，磨損機(jī)理更加復(fù)雜。實(shí)驗(yàn)室用于研究滑動摩擦的試驗(yàn)機(jī)主要形式有環(huán)-塊式、銷-盤式、微動磨損形式等。

不同工況下連續(xù)實(shí)時動態(tài)測量摩擦系數(shù)和磨損量是全面評定材料的摩擦學(xué)性能的重要途徑。一般地，我們只能是在設(shè)定周期下做完試驗(yàn)，取出試樣觀測其磨損形貌或者通過實(shí)時記錄的摩擦系數(shù)分析T-θ曲線，分析設(shè)定周期下的摩擦學(xué)性能。特別地，少數(shù)試驗(yàn)機(jī)也采用磨損原位測量，但破壞了摩擦過程的連續(xù)性，無法實(shí)時動態(tài)觀測發(fā)生的微小磨損狀態(tài)。基于小接觸面積的微動實(shí)時觀測試驗(yàn)機(jī)，由于微小的可觀測界面面積和不靈活的可觀測空間，且無法觀測端面接觸界面間的磨屑的實(shí)時運(yùn)動，對大面積接觸的端面扭動試驗(yàn)存在一定的局限性。為此，發(fā)明一種實(shí)時動態(tài)觀測摩擦界面的扭動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，針對端面扭動摩擦磨損具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種實(shí)時動態(tài)觀測摩擦界面的端面扭動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)及方法，旨在解決少數(shù)試驗(yàn)機(jī)采用的磨損原位測量，但破壞了摩擦過程的連續(xù)性，無法實(shí)時動態(tài)觀測發(fā)生的微小磨損狀態(tài)。基于小接觸面積的微動實(shí)時觀測試驗(yàn)機(jī)，由于微小的可觀測界面面積和不靈活的可觀測空間，且無法觀測端面接觸界面間的磨屑的實(shí)時運(yùn)動，對大面積接觸的端面扭動試驗(yàn)存在一定的局限性的問題。

本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)方法：一種實(shí)時動態(tài)觀測端面扭動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，其特征在于：包括壓力加載裝置，回轉(zhuǎn)平臺，摩擦界面觀測裝置，調(diào)節(jié)裝置。所述的壓力加載裝置包括設(shè)在底座上的杠桿支架、以杠桿支架為支點(diǎn)的杠桿、設(shè)于杠桿支點(diǎn)一側(cè)的砝碼及砝碼盤、連接于杠桿另一側(cè)的固定塊；所述的回轉(zhuǎn)平臺包括步進(jìn)電機(jī)、安裝于電機(jī)軸尾端的軸編碼器、蝸桿和蝸輪；摩擦界面觀測裝置包括垂直于摩擦界面的高速攝像機(jī)、螺紋連接于固定塊的豎直調(diào)節(jié)桿件、桿件上端安裝有壓力傳感器和扭矩傳感器、下夾具、下試樣，上試樣安裝在固定于回轉(zhuǎn)平臺的上夾具；底座與上撐板通過四根立柱相連；調(diào)節(jié)裝置包括可左右調(diào)節(jié)的雙頭螺柱、上下豎直調(diào)節(jié)桿件、可前后調(diào)節(jié)的有底座切槽的杠桿支架以及保證杠桿水平放置的水平尺。

所述的杠桿與杠桿支架之間安裝有聚合物PTFE，減小摩擦，增加耐磨性和限制杠桿的左右擺動；所述的雙頭螺柱、底座切槽、豎直調(diào)節(jié)桿件可對應(yīng)地進(jìn)行下試樣的左右、前后、上下調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對心位置調(diào)節(jié)；所述的雙頭螺柱可左右調(diào)節(jié)杠桿，使試樣至偏心位置，開展旋轉(zhuǎn)滑動摩擦磨損試驗(yàn)；所述的回轉(zhuǎn)平臺的內(nèi)孔徑為Φ90mm，固定在自由角度支架上的高速攝像頭安裝空間大，且可通過內(nèi)孔以微小視距觀測摩擦界面。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種實(shí)時動態(tài)觀測的端面扭動摩擦磨損試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

a.將上透明盤、下銷試樣分別螺絲緊固在上夾具和下夾具，上夾具與高精密回轉(zhuǎn)平臺螺紋固定，并安裝好高速攝像機(jī)，使之正對于摩擦界面，調(diào)節(jié)好視距，，開通光源，攝像頭對照亮的摩擦界面攝像；

b.調(diào)節(jié)雙頭螺柱、底座切槽、豎直調(diào)節(jié)桿件使下試樣的垂直中心線與高精密回轉(zhuǎn)平臺旋轉(zhuǎn)軸重合對心。也可使下試樣的垂直中心線與高精密回轉(zhuǎn)平臺旋轉(zhuǎn)軸偏心半徑R，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)滑動摩擦磨損實(shí)驗(yàn)。通過壓力傳感器數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制砝碼的加載，并調(diào)節(jié)水平尺使上、下試樣兩端面水平緊密接觸；

c.根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求對緊密接觸界面的下試樣加減砝碼達(dá)設(shè)定值載荷P，壓力傳感器實(shí)時將不同壓力的信號輸出，經(jīng)USB數(shù)據(jù)采集卡連接電腦顯示壓力值P，同時通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速r和上試樣的往復(fù)扭動次數(shù)n(時間t)、往復(fù)扭動幅值θ；

d.啟動步進(jìn)電機(jī)由聯(lián)軸器驅(qū)動蝸桿轉(zhuǎn)動，渦輪經(jīng)250∶1的大減速比后旋轉(zhuǎn)并帶動固定在回轉(zhuǎn)平面的上夾具，上試樣隨之扭動，在上、下試樣的界面形成端面扭動摩擦磨損；