[發明專利]一種微動滑動復合摩擦磨損試驗系統及其操作方法

有效

• 申請號: 202010086525.7
• 申請日: 2020-02-11
• 公開（公告）號: CN111272535B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 張坡;李晨;曾良才;盧艷;羅石元;姜浩;陳茜琳;阮崇祿;劉思培;孫煉;張鈞堯
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/56
• 代理公司: 長沙智德知識產權代理事務所(普通合伙) 43207
• 代理人: 盧鐘廷

1.一種微動滑動復合摩擦磨損試驗系統，其特征在于，該系統包括支撐裝置、壓力加載裝置、三維力傳感器、微動及滑動驅動裝置、精密夾持裝置、測量裝置、摩擦副單元、數據采集卡以及計算機控制系統；所述支撐裝置包括下支撐部件和固定在下支撐部件頂部的上支撐部件，下支撐部件由四個下支撐立柱和一個下支撐平臺組成，下支撐平臺固定安裝在四個下支撐立柱的上方，上支撐部件由四根上支撐立柱以及固定安裝在四根上支撐立柱上方的頂板組成，四根上支撐立柱均固定安裝在下支撐平臺的頂面；

所述壓力加載裝置包括液壓加載裝置、液壓加載裝置支架、階梯板、加載塊、導向塊，所述導向塊為空心長方體結構，所述長方體結構由左側面、右側面、前側面、后側面和下底面組成，一端具有開口，所述長方體結構的左側面上設置有左翻板，所述長方體結構的右側面上設置有右翻板，左翻板與左側面之間的夾角為90°，右翻板與右側面之間的夾角也為90°，左翻板與右翻板通過滑動塊與頂板上方的導軌連接，頂板上開設有方形孔，所述長方體結構位于所述方形孔內，所述加載塊呈倒“幾”字形結構，所述加載塊的主體部位于所述導向塊內部，且能夠在所述導向塊內上下滑動；階梯板與左翻板和右翻板固定連接，液壓加載裝置支架通過立柱固定安裝在左翻板和右翻板上，液壓加載裝置固定安裝在液壓加載裝置支架下底面上，液壓加載裝置的輸出軸與階梯板固定連接；

所述摩擦副單元包括塊狀下試樣和鋼球上試樣。

2.如權利要求1所述的一種微動滑動復合摩擦磨損試驗系統，其特征在于，所述精密夾持裝置包括上試樣夾具系統與下試樣夾具，所述上試樣夾具系統安裝在三維力傳感器的下方，所述下試樣夾具置于電動平移臺上，所述上試樣夾具系統用于固定鋼球上試樣，所述下試樣夾具用于固定塊狀下試樣；上試樣夾具系統由上試樣夾具Ι和上試樣夾具Ⅱ組成，兩者通過沉頭螺釘固定相連，上試樣夾具Ι的下表面設置有與鋼球上試樣配合的球面凹槽，上試樣夾具Ⅱ上設置有弧面通孔，弧面通孔的直徑小于鋼球直徑，弧面通孔用于與鋼球上試樣配合。

3.如權利要求2所述的一種微動滑動復合摩擦磨損試驗系統，其特征在于，下試樣夾具為空心塊狀結構，包括左側板、右側板、前側板和后側板，所述前側板和后側板的上表面均開設有兩個螺紋通孔，前側板和后側板的下表面均開設有結構相同的雙層階梯凹槽，塊狀下試樣兩側利用第一層階梯側邊左右固定，下試樣上表面利用第一層梯底面表面壓緊固定，塊狀下試樣垂直高度大于第一層階梯側邊垂直高度，下試樣夾具通過螺栓固定安裝在滑塊上表面。

4.如權利要求3所述的一種微動滑動復合摩擦磨損試驗系統，其特征在于，所述微動及滑動驅動裝置包括電液激振器和高精度電動平移臺，所述電液激振器通過大L形板與頂板固定連接，大L形板的其中一個側板與電液激振器固定連接，另外一個側板與頂板下表面固定連接，電液激振器的輸出軸與所述空心長方體結構的右側面固定連接；所述高精度電動平移臺包括高精度步進電機、減速箱、滾珠絲杠、滑板、滑塊、支撐塊，所述支撐塊呈U型結構，所述支撐塊位于所述四根上支撐立柱之間，所述滑板和滾珠絲杠均與支撐塊兩個側壁相連，高精度步進電機和減速箱固定相連，減速箱的輸出軸伸入所述支撐塊的其中一個側壁且與滾珠絲杠相連接，滑塊上開設有與滾珠絲杠相配合的螺紋通孔和滑槽，所述滑槽與滑板相配合。

5.如權利要求4所述的一種微動滑動復合摩擦磨損試驗系統，其特征在于，所述測量裝置由標尺光柵和光柵讀數頭組成，標尺光柵固定在所述支撐塊的一個側面上，光柵讀數頭通過小L形板固定安裝在所述滑塊的一個側面上，標尺光柵和光柵讀數頭位置相對應。

6.如權利要求1所述的一種微動滑動復合摩擦磨損試驗系統，其特征在于，所述三維力傳感器固定安裝在所述加載塊的下端部。

7.如權利要求1所述的一種微動滑動復合摩擦磨損試驗系統，其特征在于，所述加載塊與導向塊為方形孔軸間隙配合；所述導向塊與頂板上開設的方形孔之間為間隙配合，間隙為175um。

8.一種微動滑動復合摩擦磨損試驗系統的控制方法，該方法采用如權利要求1-7任一項所述的一種微動滑動復合摩擦磨損試驗系統，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：設置液壓加載裝置的加載載荷；對電液激振器驅動軸的運動幅度和頻率進行設置，從而實現對微動幅度和微動頻率的設置；對高精度電動平移臺運動幅度和速度進行設置，從而實現對滑動幅度和頻率的設置；

步驟2：三維力傳感器采集摩擦副承受的由液壓加載裝置沿垂直方向施加的法向載荷以及摩擦副沿水平方向摩擦力，由數據采集卡將采集到的模擬信號轉換為數字信號，計算機控制系統將采集到的法向載荷與預先設置的法向載荷進行對比，根據二者之間的差值，對液壓加載裝置進行反饋調節，保證摩擦副法向載荷的準確性；同時計算機控制系統對摩擦副之間摩擦力進行實時存儲和顯示；利用光柵尺對高精度電動平移臺上下試樣的位移大小進行實時測量，同時對其位移幅度進行閉環反饋調節，保證滑動位移幅度的準確性；

步驟3：通過改變液壓加載裝置輸出載荷大小，改變高精度電動平移臺運動幅度和速度，改變電液激振器驅動軸運動幅度和頻率，可以進行不同載荷、不同滑動幅度和速度、不同微動幅度和頻率下的微動滑動復合磨損試驗；通過在摩擦副下面添加潤滑槽，加入潤滑介質直至淹沒摩擦副接觸界面，可以進行潤滑條件下的磨損試驗；

步驟4：通過既開啟電液激振器又開啟高精度電動平移臺，可以開展微動滑動復合磨損試驗；通過關閉電液激振器而僅開啟高精度電動平移臺，可以開展純滑動磨損試驗；通過關閉高精度電動平移臺而僅開啟電液激振器，可以開展純微動磨損試驗。