[發明專利]滾動微動磨損試驗裝置、方法和磨損深度建模方法

有效

• 申請號: 201611169394.9
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN107036921B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 李玲;麻詩韻;康樂;阮曉光
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

1.滾動微動磨損試驗裝置，其特征在于，包括：左底座(1)、緩沖臺(4)、下夾具(6)、對磨球(10)、上夾具(11)、旋轉臺(12)、回轉馬達(13)、右底座(15)、ATI六維F/T傳感器(5)、導向桿(2)、應變片、信號采集系統和計算機；

左底座上沿豎向設置有若干導向桿；緩沖臺安裝于導向桿上；試件與下夾具固定并固定在緩沖臺上；試件的上表面為下凹的圓弧面并于圓弧面上放置有對磨球；

回轉馬達固定在右底座上，回轉馬達的旋轉軸連接旋轉臺；對磨球通過上夾具連接旋轉臺；

ATI六維F/T傳感器置于緩沖臺上，ATI六維F/T傳感器的輸出端連接信號采集系統；沿試件的軸線中心處植有應變片，該應變片連接電橋，電橋通過動態應變儀連接信號采集系統；信號采集系統連接計算機。

2.根據權利要求1所述的滾動微動磨損試驗裝置，其特征在于，緩沖臺的下表面中央設有螺柱(3)。

3.根據權利要求1所述的滾動微動磨損試驗裝置，其特征在于，對磨球通過角接觸球軸承與連接于上夾具的短軸相連。

4.根據權利要求3所述的滾動微動磨損試驗裝置，其特征在于，短軸偏心安裝于上夾具上。

5.根據權利要求1所述的滾動微動磨損試驗裝置，其特征在于，試件上表面的弧面為對磨球滾動軌跡的包絡面。

6.根據權利要求1所述的滾動微動磨損試驗裝置，其特征在于，所述滾動微動磨損試驗裝置的法向載荷范圍處于5～420N之間；滾動的最小角位移幅值為0.36°；角速度控制范圍0.01～5°/s，切向力測量范圍為1.8～180N，扭矩測量范圍10～10000N·mm，測量精度為4N·mm，循環次數1～1000次。

7.滾動微動磨損試驗方法，其特征在于，根據權利要求1至6中任一項所述的滾動微動磨損試驗裝置，包括以下步驟：

首先將試件與下夾具相連，然后將下夾具與沿豎向導向桿置于底座上的緩沖臺栓接在一起；將對磨球置于試件上；回轉馬達驅動通過回轉臺連接的上夾具，從而驅動對磨球；

設定法向載荷、轉動角位移幅值、轉速、循環周次、切向力和扭矩其中之一為變量，進行微動磨損試驗；隨后改變所選的變量，再進行微動磨損試驗，分別提取摩擦力矩、法向力和轉速實驗數據，計算磨損深度。

8.滾動微動磨損深度建模方法，其特征在于，基于權利要求7所述的滾動微動磨損試驗方法所獲得的實驗數據，計算磨損深度，具體包括以下步驟：

1)建立基于修正Archard模型的球-平面滾動微動磨損深度計算公式：

Archard磨損模型的公式如下：

式中，V為磨損體積；P為接觸面的法向壓力；S為對磨球與試件之間的切向相對滑移距離；H為模具硬度；K為磨損因子；

建立磨損體積修正公式：

V＝α∑E???(2)

式中，α為耗損系數；∑E為耗散能量；

二維模型中，某一時刻單點的磨損深度用累計耗散能量來表示，公式如下：

h(x,t)＝αE(x,t)???(3)

式中，x是接觸面中心節點的水平位移，E(x,t)是累計耗散能量：

式中，q(x,t)為局部瞬時切向牽引力，s(x,t)為局部瞬時滑動距離；

2)球-平面滾動微動磨損深度的離散化計算：

接觸節點i的第m次磨損深度用下式表示：

Δh_i,m＝αE_i,m???(5)

式中，E_im是單次滑移增量的耗散能量，E_im＝q_imΔs_im，q_i,m是接觸節點i的第m次作用的切向牽引力，Δs_im是接觸節點i的第m次作用的滑移增量；

接觸節點i一個微動周期內的磨損總深度h_i表示為：

式中，m_max是一個時間步的最大增量步數，N_T為微動周期，ΔN為單個時間步步長。