CN102539264A - 高聚物复合材料摩擦学性能评价实验机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高聚物复合材料摩擦学性能评价实验机，包括一个密闭的箱体，其特征是：箱体壁上设有传动轴，传动轴的伸出箱体外的轴端部，通过用联轴器顺序与安全轴、扭矩仪、伺服电机相连，在安全轴上安装有回转角度圆盘；传动轴的伸入箱体内一端通过万向十字联轴器与试样轴相连，围绕试样轴设有上试样夹具和下试样夹具，上试样夹具连接一个传力杆，传力杆一端伸出箱体外，端部连接隔热轴、压力传感器、液压缸，传力杆伸出部安装有与位移传感器接触的位移测量杆。其优点是：能够模拟高聚物复合材料的真实工况条件，进行高聚物复合材料摩擦学性能评价实验实时检测高聚物复合材料的磨损量、摩擦系数随时间的变化。

Description

高聚物复合材料摩擦学性能评价实验机
技术领域
本发明涉及机械领域，特别涉及一种高聚物复合材料摩擦学性能评价实验机，其可在不同载荷、不同摆动速度、不同环境温度检测高聚物复合材料摩擦学性能。
背景技术
应用于自润滑关节轴承、自润滑轴套及自润滑导轨的功能性高聚物复合材料，依靠其表面的聚合物（如聚四氟乙烯）与对偶副（金属）形成转移膜实现减摩，依靠其基体（如酚醛树脂、聚酰亚胺树脂）与掺杂在基体中的高聚物增强材料（如芳纶纤维、玻璃纤维、碳纤维）的协同作用实现耐磨。
针对高聚物复合材料的实验机如《低速重载纤维编织复合物自润滑衬垫性能试验机》（中国专利ZL200810079552.0）公开的是一种应用于低速重载工况的纤维编织复合物自润滑衬垫性能试验机，《高速轻载纤维编织复合物自润滑衬垫性能试验机》（中国专利ZL200810079554.X）公开的是一种应用于高速轻载工况的纤维编织复合物自润滑衬垫性能试验机，上述专利中作为对偶副的外球体固联在两端简支于箱体的转轴中部，在更换对偶副时需将轴承、转轴从箱体一端拆出，实验时间耗费大，同时，试样制备过程中需将纤维编织复合物粘接到夹具内球面上，工艺复杂，粘接质量难以保证。针对自润滑关节轴承等零部件的实验机，如文献《轴承磨损试验机的研制》中，提出了一种关节轴承实验机，如《直升机主旋翼球铰轴承疲劳试验机》（中国专利ZL200810079553.5）中公开的是一种应用于直升机主旋翼***的疲劳试验机。
目前，以功能性高聚物复合材料为摩擦副的零部件多在特殊工况使用，如高速轻载、低速重载、往复摆动、高温、低温等，在常规商用试验机难以实现或接近于零部件的使用工况，功能性高聚物复合材料摩擦学性能评价及其实验装置研发受到越来越多的关注。
发明内容
本发明的目的是为了满足工程应用以及高聚物复合材料的开发及评价，改善高聚物复合材料摩擦磨损性能，提供一种用于测试高聚物复合材料摩擦学性能的实验机，通过改变载荷、摆动速度、环境温度等工况条件，检测高聚物复合材料的摩擦学性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明包括一个密闭的箱体，在箱体壁上通过轴承组支撑着一根传动轴，传动轴的伸出箱体外一端的轴端部，通过一个联轴器与安全轴输出端相连，安全轴输入端通过一个联轴器与扭矩仪输出轴相连，扭矩仪的输入轴通过一个联轴器与伺服电机输出轴相连，在安全轴上安装有回转角度圆盘，回转角度圆盘的盘面上对称地开有两个圆弧槽，在两个圆弧槽中分别设有第一挡铁和第二挡铁，在回转角度盘的两侧安装有第一行程开关和第二行程开关；传动轴的伸入箱体内一端的轴端部，通过一个万向十字联轴器与试样轴相连，围绕试样轴设有上试样夹具和下试样夹具，上试样夹具连接一个传力杆，传力杆一端伸出箱体外，且传力杆与箱体壁间有轴承组支撑，传力杆伸出箱体的端部安装隔热轴，隔热轴与一个压力传感器测力端接触，压力传感器固联在一个液压缸活塞上，传力杆伸出部安装有位移测量杆，位移测量杆与位移传感器接触。
所述传动轴与传力杆的轴线位于同一平面内，且互相垂直；
所述传动轴与密闭箱体壁之间有密封件密封，传力杆与密闭箱体壁之间有密封件密封；
在所述箱体内设有高温加热器、低温制冷器以及环境箱温度传感器。
本发明的有益效果是：本发明能够模拟高聚物复合材料的真实工况条件，包括载荷、摆动速度、温度等；能够进行高聚物复合材料摩擦学性能评价实验，能够实时检测高聚物复合材料的磨损量、摩擦系数随时间的变化。同时具有试样制备简单，易于标准化，拆装方便，实验效率高等优点。   
附图说明
图1为高聚物复合材料摩擦学性能评价实验机的结构示意图；
图2为图1的A—A向视图；
图3为试样图。
在图中：1.伺服电机，2.第一联轴器，3.扭矩仪，4.第二联轴器，5.回转角度圆盘，6.第一行程开关，7.第三联轴器，8.密闭箱体，9.传动轴，10.第一密封件，11. 第一箱体孔，12.第一轴承组，13. 十字轴式万向联轴器，14.安全轴，15.传力杆，16.上试样夹具，17.上试样，18.试样轴，19.下试样夹具，20. 支撑座，21.下试样，22.下试样温度传感器，23. 上试样温度传感器，24.第二密封件，25.第二轴承组，26.第二箱体孔，27.隔热轴，28.位移传感器，29.压力传感器，30.加载液压缸，31.高温加热器，32.低温制冷器，33.环境箱温度传感器，34.第一挡铁，35.位移测量杆，36.第二挡铁，37.第二行程开关。
具体实施方式
图1、图2和图3是本发明公开的一个实施例，在密闭箱体8上开有二个孔：第一箱体孔11和第二箱体孔26。第一箱体孔11与第二箱体孔26轴线位于一个平面内，且互相垂直。第一箱体孔11通过第一轴承组12支承着传动轴9，传动轴9一端伸到密闭箱体8外面，在传动轴9的伸出端的端部通过第三联轴器7与安全轴14输出端相连，安全轴14输入端通过第二联轴器4与扭矩仪3的输出轴相连，扭矩仪3的输入轴通过第一联轴器2与伺服电机1输出轴相连。回转角度圆盘5安装固联在安全轴14输出端，在回转角度圆盘的盘面上对称地开有两个圆弧槽，第一挡铁34和第二挡铁36分别固定在回转角度圆盘5的两个弧形槽内，在回转角度圆盘5的两侧安装第一行程开关6和第二行程开关37。传动轴9与密闭箱体8的第一箱体孔11之间用第一密封件10密封。传动轴9一端伸入密闭箱体8内，在传动轴9的伸入端的轴端部固联十字轴式万向联轴器13输入端，十字轴式万向联轴器13输出端与试样轴18之间为可拆卸连接，这里的可拆卸连接是指两个被连接件连接到一起后，两者之间相互固定，不会产生任何相对运动，当需要时可以将两被连接件拆开分离。与试样轴18相配合的是上试样17和下试样21，上试样17和下试样21材料、尺寸和制造工艺完全相同，两者的上下面都是与试样轴18同心的内圆弧形，内部材料是纤维编织复合材料，外部材料是不锈钢（也可以选择其它金属材料），纤维编织复合材料用树脂粘接在外部材料的内壁。上试样17和下试样21的侧面中部加工孔，分别安装上试样温度传感器23和下试样温度传感器22。上试样17和下试样21分别安装固定在上试样夹具16和下试样夹具19的弧形凹槽中。下试样夹具19固定在支撑座20上，支撑座20固定在箱体底壁上。上试样夹具16与传力杆15之间为可拆卸连接，传力杆15由第二轴承组25径向支承通过第二箱体孔26伸出密闭箱体8上部，传力杆15与密闭箱体8的第二箱体孔26用第二密封件24密封。传力杆15伸出端与隔热轴27的下轴端固联，隔热轴27的上轴端与压力传感器29测力端接触，压力传感器29与加载液压缸30活塞固联。在传力杆15伸出端右侧固联位移测量杆35，位移传感器28测量头与位移测量杆35接触。在密闭箱体8中，安装有高温加热器31和低温制冷器32以及环境箱温度传感器33。
加载时，给加载液压缸30通入高压油，加载液压缸30活塞通过压力传感器29、隔热轴27、传力杆15、上试样夹具16、上试样17、试样轴18、下试样21、下试样夹具19、支撑座20，最终将载荷传递给封闭箱体8底壁，从而实现了上试样17与试样轴18，和试样轴18与下试样21之间的加载。 
伺服电机1启动，通过第一联轴器2、扭矩仪3、第二联轴器4，带动安全轴14及固联于安全轴14的回转角度圆盘5逆时针转动，当转动至回转角度圆盘5上的第一挡铁34与第一行程开关6接触时，通过控制***使伺服电机1反向回转，即顺时针转动，当伺服电机1通过第一联轴器2、扭矩仪3、第二联轴器4，带动安全轴14及固联于安全轴14的回转角度圆盘5顺时针转动，当转动至回转角度盘5上的第二挡铁36与行程开关37接触时，通过控制***使伺服电机1逆时针转动，此处所说顺时针和逆时针都是从伺服电机1一侧向回转角度圆盘5方向看。通过控制***调整伺服电机转速可以实现调整试样轴18摆动频率，通过调整回转角度圆盘5的第一挡铁34和第二挡铁36的位置可以实现试样轴18摆动频率和摆动角度调整，实现聚合物复合材料摩擦学性能评价的运动方式模拟。
当上试样17与试样轴18产生磨损时，上试样17、上试样夹具16、传力杆15会产生向下的位移量，通过位移测量杆35传递给位移传感器28，当试样轴18与下试样21之间产生磨损时，试样轴18、上试样17、上试样夹具16、传力杆15会产生向下的位移量，通过位移测量杆35传递给位移传感器28，即位移传感器28所检测磨损量数据为上试样17与试样轴18、试样轴18与下试样21产生磨损量之和。当试样轴18与下试样21之间产生磨损导致试样轴18产生向下的位移量时，由于试样轴18与回转轴9之间用十字轴式万向联轴器13连接，试样轴18在上试样17和下试样21夹持约束下保持水平。
实验前，通过控制***设定摩擦扭矩极限值，当上试样17或下试样21发生严重磨损，摩擦扭矩超过设定的摩擦扭矩极限值时，实验机停止运行。当上试样17与试样轴18之间、或试样轴18与下试样21之间突然发生扭矩瞬间增大超过扭矩仪检测量程时，安全轴将被剪断，这样可以起到保护扭矩仪作用。
当需要模拟环境温度时，高温时，通过控制***设定目标温度，运行高温加热器31，当环境箱温度传感器33检测环境温度到达目标温度时，高温加热器31停止运行。低温时，通过控制装置设定目标温度，运行低温制冷器32，当环境箱温度传感器33检测环境温度到达目标温度时，低温制冷器32停止运行。

Claims (4)

1.一种高聚物复合材料摩擦学性能评价实验机，包括一个密闭的箱体，其特征是：在箱体壁上通过轴承组支撑着一根传动轴，传动轴的伸出箱体外一端的轴端部，通过一个联轴器与安全轴输出端相连，安全轴输入端通过一个联轴器与扭矩仪输出轴相连，扭矩仪的输入轴通过一个联轴器与伺服电机输出轴相连，在安全轴上安装有回转角度圆盘，回转角度圆盘的盘面上对称地开有两个圆弧槽，在两个圆弧槽中分别设有第一挡铁和第二挡铁，在回转角度盘的两侧安装有第一行程开关和第二行程开关；传动轴的伸入箱体内一端的轴端部，通过一个万向十字联轴器与试样轴相连，围绕试样轴设有上试样夹具和下试样夹具，上试样夹具连接一个传力杆，传力杆一端伸出箱体外，且传力杆与箱体壁间有轴承组支撑，传力杆伸出箱体的端部安装隔热轴，隔热轴与一个压力传感器测力端接触，压力传感器固联在一个液压缸活塞上，传力杆伸出部安装有位移测量杆，位移测量杆与位移传感器接触。
2.根据权利要求1所述的高聚物复合材料摩擦学性能评价实验机，其特征是：所述传动轴与传力杆的轴线位于同一平面内，且互相垂直。
3.根据权利要求1所述的高聚物复合材料摩擦学性能评价实验机，其特征是：所述传动轴与密闭箱体壁之间有密封件密封，传力杆与密闭箱体壁之间有密封件密封。
4.根据权利要求1所述的高聚物复合材料摩擦学性能评价实验机，其特征是：在所述箱体内设有高温加热器、低温制冷器以及环境箱温度传感器。
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