CN103954497B - 一种用于在线测量材料摩擦磨损试验机的多功能对磨夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在线测量材料摩擦磨损试验机的多功能对磨夹具，包括夹持杆、套接板、装球板、矩形平面可换块、平底圆销可换块、调节螺杆和对磨球。本发明的对磨夹具采用模块化设计，通过七种简单的零件便可组装成三种用于不同类型摩擦磨损性能测试的对磨夹具，结构简单，功能多样，同时七种基本零件的加工过程简单，易于制造，造价相对便宜，具有良好的经济效益；三种不同类型的对磨夹具的对磨部件（对磨矩形平面、对磨球、对磨销）均可进行拆卸，当对磨部件因摩擦磨损发生损坏时，方便对对磨部件进行更换，同时还可通过更换不同尺寸的对磨部件，研究摩擦副接触面积这一变量对摩擦磨损试验结果的影响，对磨部件的可变动尺寸范围广。

Description

一种用于在线测量材料摩擦磨损试验机的多功能对磨夹具

技术领域

本发明属于夹具夹头设计研究技术领域，特别是涉及一种用于在线测量材料摩擦磨损试验机的多功能对磨夹具。

背景技术

摩擦磨损广泛应用于各种机械设备中，据统计世界上每年约有1/3-1/2的能源消耗于各种形式的摩擦中。随着机械摩擦学研究的深入，国内外市场对于多功能传动件摩擦学试验***的需求日趋显著，美国RTEC公司生产的MFT-5000型多功能在线测量材料摩擦磨损试验机就是一种能够同时进行多种摩擦学性能试验的集成***，该***设备主要用于对各种薄膜/涂层通过压/划/磨等测试其结合强度、表面粗糙度、断裂韧性、蠕变、润滑/抗磨特性、抗冲击能力、抗划痕能力、抗腐蚀能力、失效以及疲劳等；对固态或液态的润滑油（脂）的润滑特性和粘滑特性进行评价；对各种材料的电接触进行评价，同时它还可以提供各种理想的检测模式，比如经典摩擦学中的各种工况模拟测试，如球对球、球对盘、销对盘、环对块和盘对盘等；另外它还可以实现多种信号的同时原位检测：摩擦力、摩擦***、负载、扭矩、临界载荷、表面接触电阻、电容、表面声波、温度和磨损量等。这种试验机的测试下试样平台可同时在XY方向移动，也可绕Z轴旋转，实现XYZ三轴的复合运动，检测三种运动同时进行下的复合摩擦磨损运动轨迹。

虽然该设备***功能多样，可测信号种类繁多，但是其每一种夹具只能进行一种摩擦磨损试验，功能单一，而且每一种夹具能够夹持的对磨部件尺寸范围狭窄，此外，作为进口设备，该***的夹具十分昂贵，单单一个球头夹具价格甚至高达5000美元，鉴于该***夹具存在的功能单一、对磨部件尺寸范围狭窄、价格高昂等缺点，有必要设计一种功能多样、对磨部件尺寸范围广、价格相对低廉的对磨夹具。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种功能多样、对磨部件尺寸范围广、价格相对低廉的对磨夹具，用于弥补多功能在线测量材料摩擦磨损试验机上使用的传统夹具存在的功能单一、对磨部件尺寸范围狭窄、价格高昂等缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种用于在线测量材料摩擦磨损试验机的多功能对磨夹具，包括夹持杆、套接板、装球板、矩形平面可换块、平底圆销可换块、调节螺杆和对磨球；所述夹持杆的一端为带有外螺纹的螺纹头；

所述套接板上靠近边缘的位置具有若干个沿周向分布的第一螺纹孔，套接板上表面的中心具有向上凸起的套接杆，所述套接杆的顶部具有与螺纹头相配合的第二螺纹孔；套接板下表面的中间具有定位卡槽，所述定位卡槽的两端具有第三螺纹孔；套接杆内具有第四螺纹孔，所述第四螺纹孔与定位卡槽连通；

所述装球板上具有若干个与第一螺纹孔一一对应的沉头螺栓孔，装球板的中心具有定位孔，所述定位孔的直径大于对磨球的直径；定位孔的底部具有与对磨球配合的收口，所述收口的口径小于对磨球的直径；

所述矩形平面可换块包括与定位卡槽相配合的底板以及位于底板的中部并形成凸起的矩形块，所述底板的两端具有与第三螺纹孔对应的第五螺纹孔；

所述平底圆销可换块包括与定位卡槽相配合的底座、位于底座的中心并形成凸起的销座以及可拆卸连接在销座顶部的圆柱销，所述底座的两端具有与第三螺纹孔对应的第六螺纹孔；

所述调节螺杆与第四螺纹孔相配合，调节螺杆能够穿过定位卡槽伸入到定位孔中，并且调节螺杆的下端具有与对磨球配合的球形凹槽。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的对磨夹具采用模块化设计，通过七种简单的零件便可组装成三种用于不同类型摩擦磨损性能测试的对磨夹具，结构简单，功能多样，同时七种基本零件的加工过程简单，易于制造，造价相对便宜，具有良好的经济效益。

2、三种不同类型的对磨夹具的对磨部件（对磨矩形平面、对磨球、对磨销）均可进行拆卸，当对磨部件因摩擦磨损发生损坏时，方便对对磨部件进行更换，同时还可通过更换不同尺寸的对磨部件，研究摩擦副接触面积这一变量对摩擦磨损试验结果的影响，对磨部件的可变动尺寸范围广。

附图说明

图1a为本发明中夹持杆的主视图；图1b为本发明中夹持杆的仰视图；

图2a为本发明中套接板的主视图；图2b为本发明中套接板的侧视图；

图2c为本发明中套接板的俯视图；图3a为本发明中装球板的主视图；

图3b为本发明中装球板的俯视图；图4a为本发明中矩形平面可换块的主视图；

图4b为本发明中矩形平面可换块的仰视图；

图5a为本发明中平底圆销可换块的主视图；

图5b为本发明中平底圆销可换块的仰视图；

图6为本发明中调节螺杆的主视图；图7为本发明中对磨球的主视图；

图8为组装后具有矩形平面对磨部件的结构示意图；

图9为组装后具有球形对磨部件的结构示意图；

图10为组装后具有平底圆销对磨部件的结构示意图。

注：图中连接各零件的螺纹连接件未画出。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

参见附图，一种用于在线测量材料摩擦磨损试验机的多功能对磨夹具，包括夹持杆1、套接板2、装球板3、矩形平面可换块4、平底圆销可换块5、调节螺杆6和对磨球7，其中，夹持杆1可以是方形杆或圆杆，在本实施例中，夹持杆1为阶梯形的圆杆，夹持杆1下端的直径小于上端的直径，并且夹持杆1的下端为带有外螺纹的螺纹头1a。

套接板2的形状可以是长方形、正方形或圆形中的任意一种，在本实施例中，套接板2为正方形，并且套接板2的四个角上各具有一个第一螺纹孔2a；套接板2上表面的中心具有向上凸起的套接杆21，套接杆21的顶部具有与螺纹头1a相配合的第二螺纹孔21a，套接杆21可以是方形杆或圆杆，在本实施例中，为了与夹持杆1保持对应，套接杆21为圆杆，并且套接杆21的直径与夹持杆1上端的直径相同；套接板2下表面的中间具有定位卡槽2b，定位卡槽2b的两端各具有一个第三螺纹孔2c，定位卡槽2b是为了与矩形平面可换块4和平底圆销可换块5的底板相配合，因此定位卡槽2b可根据需要设计成矩形、圆形或椭圆形等任意形状；套接杆21内具有第四螺纹孔2d，第四螺纹孔2d与定位卡槽2b连通，在本实施例中，定位卡槽2b为矩形，并且定位卡槽2b的宽度大于调节螺杆6的外径，调节螺杆6与第四螺纹孔2d相配合，调节螺杆6能够穿过定位卡槽2b伸入到装球板3中心的定位孔3b中，并且调节螺杆6的下端具有与对磨球配合的球形凹槽。

装球板3的形状可以是长方形、正方形或圆形中的任意一种，在本实施例中，装球板3的形状与套接板2的形状保持一致，并且装球板3和套接板2的长宽相等；装球板3的四个角上各具有一个与第一螺纹孔2a对应的沉头螺栓孔3a，装球板3的中心具有定位孔3b，定位孔3b的直径大于对磨球7的直径；定位孔3b的底部具有与对磨球7配合的收口3c，收口3c的口径小于对磨球7的直径。

矩形平面可换块4包括与定位卡槽2b相配合的底板4a以及位于底板4a下表面的中部并形成凸起的矩形块4b，矩形块4b与底板4a为一体结构，在本实施例中，底板4a为矩形，并且底板4a的尺寸与定位卡槽2b的尺寸一致，底板4a的两端各具有一个与第三螺纹孔2c对应的第五螺纹孔4c。

平底圆销可换块5包括与定位卡槽2b相配合的底座5a、位于底座5a下表面的中心并形成凸起的销座51以及可拆卸连接在销座51顶部的圆柱销52，底座5a为矩形，并且底座5a的尺寸与定位卡槽2b的尺寸一致，底座5a的两端各具有一个与第三螺纹孔2c对应的第六螺纹孔5b；销座51为圆柱形结构，并且销座51上具有一个螺纹孔，圆柱销52的一端带有外螺纹，并且圆柱销52通过端部的螺纹连接在销座51的螺纹孔中。

通过对七种零件的不同部分进行组合，可以组装成三种不同类型的夹具，分别是用于直线往复面面或旋转面盘摩擦磨损试验的具有矩形平面对磨部件的夹具、用于直线往复球面或旋转球盘摩擦磨损试验的具有球形对磨部件的夹具和用于直线往复销面或旋转销面摩擦磨损试验的具有平底圆销对磨部件的夹具。

组装后具有矩形平面对磨部件的夹具如图8所示，它是由夹持杆1、套接板2和矩形平面可换块4组装而成的，组装时，夹持杆1下端的螺纹头1a旋接于套接杆21的第二螺纹孔21a中，矩形平面可换块4的底板4a镶嵌于套接板2下表面的定位卡槽2b中，由于底板4a两端的第五螺纹孔4c与定位卡槽2b两端的第三螺纹孔2c位置对应，并且第五螺纹孔4c的直径大于第三螺纹孔2c的直径，因此两者形成阶梯孔，最后通过两个内六角沉头螺栓将底板4a固定在定位卡槽2b中。由于矩形平面可换块4是可拆卸连接的，因此可通过更换不同的矩形平面可换块以改变矩形块4b的尺寸，研究摩擦副接触面积这一变量对摩擦磨损试验结果的影响，对磨部件的可变动尺寸范围广。夹具工作时，夹持杆1被夹持在试验机上固定不动，做直线往复面面摩擦磨损试验时，试验平台可沿X轴直线往复；做旋转面盘摩擦磨损试验时，试验平台可绕Z轴旋转。需要注意的是，对磨的摩擦副表面在长时间往复或旋转工作状态下易发生表面磨损现象，因此在每次试验之后需要对对磨的矩形平面进行重新磨削并抛光，以保证试验结果的准确性。

组装后具有球形对磨部件的夹具如图9所示，它是由夹持杆1、套接板2、装球板3、调节螺杆6和对磨球7组装而成的，组装时，夹持杆1下端的螺纹头1a旋接于套接杆21的第二螺纹孔21a中，由于套接板2的四个角上的第一螺纹孔2a与装球板3的四个角上的沉头螺栓孔3a一一对应，因此组装时通过四个内六角沉头螺栓将套接板2与装球板3连接起来，对磨球7安装在装球板3中心的定位孔3b中，由于受到收口3c的限制，对磨球7不会脱出，调节螺杆6安装在第四螺纹孔2d中，调节螺杆6端部的球形凹槽6a顶住对磨球7使对磨球7的位置固定。此种夹具可通过更换不同直径的对磨球，研究球面摩擦副的接触半径这一变量对摩擦磨损试验的影响，对磨部件的可变动尺寸范围广。夹具工作时，夹持杆1被夹持在试验机上固定不动，做直线往复球面摩擦磨损试验时，试验平台可沿X轴直线往复；做旋转球盘摩擦磨损试验时，试验平台可绕Z轴旋转。需要注意的是，对磨的摩擦副表面在长时间往复或旋转工作状态下易发生表面磨损现象，因此在每次试验之后需要旋转对磨球用新的未磨损的位置进行下一次试验，以保证试验结果的准确性。

组装后具有平底圆销对磨部件的夹具如图10所示，它是由夹持杆1、套接板2和平底圆销可换块5组装而成，组装时，夹持杆1下端的螺纹头1a旋接于套接杆21的第二螺纹孔21a中，平底圆销可换块5的底座5a镶嵌于套接板2下表面的定位卡槽2b中，由于底座两端的第六螺纹孔5b与定位卡槽2b两端的第三螺纹孔2c位置对应，并且第六螺纹孔5b的直径大于第三螺纹孔2c的直径，因此两者形成阶梯孔，最后通过两个内六角沉头螺栓将底座5a固定在定位卡槽2b中。由于圆柱销52是可拆卸连接在销座51上，因此可更换不同直径的圆柱销，研究摩擦副接触面积这一变量对摩擦磨损试验结果的影响，对磨部件的可变动尺寸范围广。夹具工作时，夹持杆1被夹持在试验机上固定不动，做直线往复销面摩擦磨损试验时，试验平台可沿X轴直线往复；做旋转销盘摩擦磨损试验时，试验平台可绕Z轴旋转。需要注意的是，对磨的摩擦副表面在长时间往复或旋转工作状态下易发生表面磨损现象，因此在每次试验之后需要对对磨的平底圆销表面进行重新磨削并抛光，以保证试验结果的准确性。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种用于在线测量材料摩擦磨损试验机的多功能对磨夹具，其特征在于，包括夹持杆（1）、套接板（2）、装球板（3）、矩形平面可换块（4）、平底圆销可换块（5）、调节螺杆（6）和对磨球（7）；所述夹持杆（1）的一端为带有外螺纹的螺纹头（1a）；

所述套接板（2）上靠近边缘的位置具有若干个沿周向分布的第一螺纹孔（2a），套接板（2）上表面的中心具有向上凸起的套接杆（21），所述套接杆（21）的顶部具有与螺纹头（1a）相配合的第二螺纹孔（21a）；套接板（2）下表面的中间具有定位卡槽（2b），所述定位卡槽（2b）的两端具有第三螺纹孔（2c）；套接杆（21）内具有第四螺纹孔（2d），所述第四螺纹孔（2d）与定位卡槽（2b）连通；

所述装球板（3）上具有若干个与第一螺纹孔（2a）一一对应的沉头螺栓孔（3a），装球板（3）的中心具有定位孔（3b），所述定位孔（3b）的直径大于对磨球（7）的直径；定位孔（3b）的底部具有与对磨球（7）配合的收口（3c），所述收口（3c）的口径小于对磨球（7）的直径；

所述矩形平面可换块（4）包括与定位卡槽（2b）相配合的底板（4a）以及位于底板（4a）下表面的中部并形成凸起的矩形块（4b），所述底板（4a）的两端具有与第三螺纹孔（2c）对应的第五螺纹孔（4c）；

所述平底圆销可换块（5）包括与定位卡槽（2b）相配合的底座（5a）、位于底座（5a）下表面的中心并形成凸起的销座（51）以及可拆卸连接在销座（51）顶部的圆柱销（52），所述底座（5a）的两端具有与第三螺纹孔（2c）对应的第六螺纹孔（5b）；

所述调节螺杆（6）与第四螺纹孔（2d）相配合，调节螺杆（6）能够穿过定位卡槽（2b）伸入到定位孔（3b）中，并且调节螺杆（6）的下端具有与对磨球（7）配合的球形凹槽（6a）。

2.根据权利要求1所述的一种用于在线测量材料摩擦磨损试验机的多功能对磨夹具，其特征在于，所述圆柱销（52）通过螺纹连接在销座（51）上。