[發明專利]正面沖擊摩擦測試裝置及測試方法

在審

• 申請號: 201410042644.7
• 申請日: 2014-01-29
• 公開（公告）號: CN103760101A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 彭玉興;朱真才;于永立;陳國安;曹國華;李偉;周公博;盧昊;王大剛
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N19/02
• 分類號: G01N19/02;G01L5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種正面沖擊摩擦測試裝置，其特征在于：包括氣壓泵(01)、氣動沖擊裝置(02)、入射桿(03)、支座(04)、加速度傳感器(05)、速度傳感器(06)、第一應變計(07)、第二應變計(08)、第一試樣(09)、第二試樣(10)、透射桿(11)、皮帶輪(12)、減震器(13)、皮帶(14)、變頻電機(15)、計算機(16)以及信號采集裝置(17)；氣動沖擊裝置(02)、入射桿(03)、第一試樣(09)、第二試樣(10)、透射桿(11)同軸設置；通過調節氣動沖擊裝置(02)的沖擊強度，給入射桿(03)不同強度的加載；入射桿(03)上從左到右依次附有帶磁性的加速度傳感器(05)、速度傳感器(06)、第一應變計(07)、第二應變計(08)；加速度傳感器(05)、速度傳感器(06)分別用來測量第一試樣(09)正面沖擊的加速度、速度；第一應變計(07)用來測量試樣正面沖擊摩擦過程的正向應變，第二應變計(08)用來測量試樣正面沖擊摩擦過程中的切應變；第一應變計(07)靠近入射桿(03)的左側，第二應變計(08)靠近入射桿(03)的右側，用來提高測量結果的準確度；入射桿(03)和透射桿(11)的末端通過型面連接分別連接需要測試的摩擦試樣，兩個試樣接頭組成正面沖擊摩擦副；透射桿(11)由變頻電機(15)驅動，通過傳送帶傳遞給透射桿(11)角速度；入射桿(03)和支座(04)通過滑動軸承連接使得其有軸向和圓周方向兩個自由度，透射桿(11)和支座(04)通過滾動軸承連接使得其只有圓周方向一個自由度；透射桿(11)轉動的角速度可以通過調節變頻電機(15)的轉速來調節。?

2.如權利要求1所述的正面沖擊摩擦測試裝置，其特征在于：入射桿(03)和透射桿(11)的末端可以通過型面連接來連接包括圓形、圓環形在內的多種形狀的試樣組成不同形式的正面沖擊摩擦副。?

3.如權利要求1所述的正面沖擊摩擦測試裝置，其特征在于：入射桿(03)和透射桿(11)相鄰的末端圓柱面上擰有四個螺釘阻止第一試樣(09)、第二試樣(10)的軸向松動。?

4.如權利要求1所述的正面沖擊摩擦測試裝置，其特征在于：第一試樣(09)與第?二試樣(10)之間存在間隙，以便模擬正面沖擊過程。?

5.如權利要求1所述的正面沖擊摩擦測試裝置，其特征在于：第一試樣(09)、第二試樣(10)表面還可以涂抹一些潤滑材料來模擬濕摩擦的工況。?

6.如權利要求1所述的正面沖擊摩擦測試裝置，其特征在于：入射桿(03)上面吸附有帶磁性的加速度傳感器(05)、速度傳感器(06)可以測量第一試樣(09)正面沖擊的加速度、速度。?

7.如權利要求1所述的正面沖擊摩擦測試裝置，其特征在于：透射桿(11)右端和減震器(13)之間的設有1mm到3mm間隙。?

8.一種應用權利要求1-7任一所述正面沖擊摩擦測試裝置的正面沖擊摩擦測試方法，包括以下步驟：以圓環形沖擊表面為例說明，r₁、r₂分別表示圓環形的小徑、大徑；?

1)實驗前要對試樣摩擦副表面做一定的拋光預處理，使其表面粗糙度達到Ra＝0.07μm，以便判定正面沖擊過程中是否產生相對滑動，是否存在動摩擦；?

2)安裝第一試樣(09)和第二試樣(10)，啟動變頻電機(15)，氣動沖擊裝置(02)沖擊入射桿(03)，信號采集裝置記錄實驗過程中加速度傳感器(05)、速度傳感器(06)、第一應變計(07)和第二應變計(08)的變化；第一應變計(07)測得正應變ε，第二應變計(08)測得切應變γ；?

3)沖擊速度、加速度由速度傳感器、加速度傳感器直接測得；沖擊力、沖擊扭矩和摩擦因數通過正應變ε、切應變γ公式推導得到；計算機(16)采集正面沖擊過程中所得數據，根據理論推導擬合出正面沖擊過程中沖擊力、沖擊扭矩、沖擊速度、加速度和摩擦因數的變化曲線；?

入射桿正應力：σ＝Eε，其中E表示入射桿彈性模量；?

入射桿表面切應力：τ＝Gγ，其中G表示入射桿的切變模量；?

沖擊力：F＝σA，其中A＝πR²，R表示入射桿半徑；?

沖擊扭矩：其中I_R表示入射桿橫截面對圓心的極慣性矩；?

摩擦因數通過正應變ε、切應變γ由以下理論公式推導得到：?

試樣沖擊截面正應力：其中S_a表示試樣沖擊截面面積；?

試樣沖擊截面平均切應力：其中τ_r表示沖擊截面上距圓心為r的任意點的切應力，I_a表示試樣沖擊橫截面對圓心的極慣性矩；?

試樣所受平均切應力等于摩擦力，摩擦因數：