CN113433016A - 一种动态周期加载的往复式摩擦磨损试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种动态周期加载的往复式摩擦磨损试验装置，包括框架结构、加载结构、动态加载结构、压头、往复运动结构；所述加载结构包括移动板一、移动板二和弹簧模块，所述移动板一和所述移动板二分别通过滑块滑动安装于滑动轨道，所述滑动轨道固定安装于所述框架结构；所述弹簧模块包括压电式力传感器和弹簧，所述压电式力传感器固定安装于所述移动板二；所述动态加载结构包括电磁铁E铁和电磁铁I铁；所述压头顶部固定安装于所述移动板二底部，所述压头外侧固定安装有夹具座，所述电磁铁I铁固定安装于所述夹具座；所述往复运动结构位于所述压头下方。本发明的技术方案能够实现对摩擦副摩擦磨损性能的快速准确评估。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦磨损试验机技术领域，具体而言，尤其涉及一种动态周期加载的往复式摩擦磨损试验装置。
背景技术
相互对摩的摩擦副在实际中，所受力往往是宽频-宽振幅的冲击载荷而非单一固定不变的恒定载荷，且实际所承受的冲击载荷多数情况下呈现循环动态载荷。现有的往复摩擦磨损试验机所能施加在物体表面的载荷大多是恒定载荷下的(固定在100N或者几牛或几百牛)，不能形成冲击载荷，无法贴近实际工况。
发明内容
为了模拟实际工况中零部件在冲击载荷下的摩擦磨损行为，使实验条件下相对传统摩擦磨损试验机更接近于实际工况，本发明提供了一种动态周期加载的往复式摩擦磨损试验装置，能够实现对摩擦副摩擦磨损性能的快速准确评估。
本发明采用的技术手段如下：
一种动态周期加载的往复式摩擦磨损试验装置，包括框架结构、加载结构、动态加载结构、压头、往复运动结构；
所述框架结构采用龙门式结构；
所述加载结构包括移动板一、移动板二和弹簧模块，所述移动板一和所述移动板二分别通过滑块滑动安装于滑动轨道，所述滑动轨道固定安装于所述框架结构；所述移动板一和所述移动板二呈上、下布置；所述弹簧模块包括压电式力传感器和弹簧，所述压电式力传感器固定安装于所述移动板二，所述弹簧底部安装于所述压电式力传感器，顶部固定安装于所述移动板一；所述移动板一顶部固定安装有用于施加加载力的螺杆；
所述动态加载结构包括电磁铁E铁和电磁铁I铁，所述电磁铁E铁固定安装于所述框架结构，所述电磁铁I铁位于所述电磁铁E铁下方；
所述压头顶部固定安装于所述移动板二底部，所述压头外侧固定安装有夹具座，所述电磁铁I铁固定安装于所述夹具座；
所述往复运动结构位于所述压头下方，所述往复运动结构包括往复滑台和滑轨，所述滑轨固定安装于所述框架结构，所述往复滑台滑动安装于所述滑轨。
进一步地，所述螺杆顶部固定安装加载手柄。
进一步地，所述压电式力传感器采用CL-YD-2311型压电式力传感器。
进一步地，所述往复滑台内部设置热电偶和加热棒，分别用于监测及控制所述往复滑台的温度。
进一步地，所述压头侧面设置两个所述动态加载结构。
进一步地，所述压电式力传感器上表面设置凸起结构，所述弹簧底部安装于所述凸起结构外侧。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的动态周期加载的往复式摩擦磨损试验装置，将实际工况(冲击载荷)引入实验，开发了集冲击—恒定载荷相结合，通过控制电磁铁的工作实现冲击载荷可循环、可超高载荷、可变速、可调频、可调幅为一体的冲击载荷摩擦磨损试验机方案；在材料级别的实验中，使用冲击载荷的方法使新材料、新配对幅、新涂层的摩擦性能在实验中得以快速退化，达到大大缩短新材料的研发周期的目的。
基于上述理由本发明可在摩擦磨损试验机领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述试验装置的结构示意图。
图2为本发明所述试验装置的结构示意图。
图3为同频下不同激振力实时采集曲线。
图4为同激振力下不同频率实时采集曲线。
图5为7075铝合金分别在恒定载荷、动载下的磨损截面型线。
图6为7075铝合金在恒定载荷下的三维磨损形貌。
图7为7075铝合金在冲击载荷下的三维磨损形貌。
图中：1、框架结构；2、移动板一；3、移动板二；4、滑块；5、滑动轨道；6、压电式力传感器；7、弹簧；8、螺杆；9、电磁铁E铁；10、电磁铁I铁；11、压头；12、往复滑台；13、滑轨；14、加载手柄。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
如图1-2所示，本发明提供了一种动态周期加载的往复式摩擦磨损试验装置，包括框架结构、加载结构、动态加载结构、压头11、往复运动结构；
所述框架结构1采用龙门式结构；
所述加载结构包括移动板一2、移动板二3和弹簧模块，所述移动板一2和所述移动板二3分别通过滑块4滑动安装于滑动轨道5，所述滑动轨道5固定安装于所述框架结构1；所述移动板一2和所述移动板二3呈上、下布置；所述弹簧模块包括压电式力传感器6和弹簧7，所述压电式力传感器6固定安装于所述移动板二3，所述弹簧7底部安装于所述压电式力传感器6，顶部固定安装于所述移动板一2；所述移动板一2顶部固定安装有用于施加加载力的螺杆8；采用本发明中双滑块的结构可消除单滑块游隙带来的对精度的影响，亦可提高整体加载结构的刚度；
所述动态加载结构包括电磁铁E铁9和电磁铁I铁10，所述电磁铁E铁9固定安装于所述框架结构1，所述电磁铁I铁10位于所述电磁铁E铁9下方；
所述压头11顶部固定安装于所述移动板二3底部，所述压头11外侧固定安装有夹具座，所述电磁铁I铁10固定安装于所述夹具座；
所述往复运动结构位于所述压头下方，所述往复运动结构包括往复滑台12和滑轨13，所述滑轨13固定安装于所述框架结构1，所述往复滑台12滑动安装于所述滑轨13。
进一步地，所述螺杆8顶部固定安装加载手柄14。
进一步地，所述压电式力传感器6采用CL-YD-2311型压电式力传感器，能够实时监测整体装置的加载力；选用的高精度的力传感器摩擦力(N)采集精度可达小数点后6位，取样频率可高达每秒1000个数据点；确保高精度高灵敏度的同时又可将激振力、摩擦力实时原位测量，实时显示的同时可实时储存，以便研究员后续工作调用。
进一步地，所述往复滑台12内部设置热电偶和加热棒，分别用于监测及控制所述往复滑台的温度。
进一步地，所述压头11侧面设置两个所述动态加载结构。
进一步地，所述压电式力传感器6上表面设置凸起结构，所述弹簧7底部安装于所述凸起结构外侧；所述凸起结构起到安全保护作用，当所述弹簧7被不断压缩，压缩到极致时，所述凸起结构会和所述移动板一接触起到保护作用，防止所述弹簧7受损。
进一步地，所述框架结构1是由侧板以及上盖板组成的龙门式结构；本实施例提供的所述框架结构区别于现有试验机多采用的门柱式结构，具有精度高、强度大、内部空间大、运行稳定性好、可加载荷高、易于维修，便于内部模块化升级改造的优点。
本发明所述的动态周期加载的往复式摩擦磨损试验装置工作时，通过所述加载手柄14施加加载力，加载力通过所述螺杆8次传递至所述移动板一2、所述弹簧7、所述压电式力传感器6、所述移动板二3及所述压头11，同时，通过控制所述电磁铁E铁9和所述电磁铁I铁10的工作，所述电磁铁I铁10带动所述压头11产生某个范围以内的冲击载荷，且冲击载荷的力的范围是可以变化的，频率也是可以变化的，在所述往复滑台12沿所述滑轨13做往复运动时，对安装于所述往复滑台12上的样件进行摩擦磨损试验。
采用本申请所述的动态周期加载的往复式摩擦磨损试验装置，能够尽可能的贴近实际工况，即尽可能的贴近零部件装车或装机以后实际运转过程中所收到的载荷条件，实际运转过程中会因为机器本身的振动或外部振动的影响，例如汽车变速箱内的齿轮就会收到换挡冲击，加减速冲击，路面颠簸振动对其影响；例如电力机车的，受电弓的石墨导电块和导电线之间的摩擦磨损，导电线受风和列车运行影响会振动，这种情况下，导电块收的磨损就是冲击载荷下的磨损。
如图3-4所示，采用本发明提供的试验装置进行试验表明相较于以往传统的单一恒定载荷往复式摩擦磨损试验机，冲击载荷试验机可实现在恒定载荷的基础上叠加宽频-宽幅-高精度输出冲击载荷。图3表示在相同频率下，施加不同的冲击力所显示出的实时图像，图4表示在相同冲击力不同频率下显示的实时图像，说明所述力传感器能够实时采集冲击(振动信号)，同时从采集来的信号可以看出冲击力的相位对的是很准确的，冲击发生***是可以施加不同的冲击力的，5％含义是在基础恒定载荷100N的情况下，叠加了5N的冲击力，冲击力占比5％；10％、15％，以此类推。
采用本发明提供的试验装置进行试验，对7075铝合金，进行了验证性实验，结果如图5-7所示，明显可见相同温度、干摩擦工况下，直径6mmGCr球対磨7075铝合金在100N恒定载荷下，磨痕深度为6.472μm；在叠加了15％占比(85-100N)的60Hz激振力后，磨痕深度为10.854μm；磨损后截面型线见图5。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种动态周期加载的往复式摩擦磨损试验装置，其特征在于，包括框架结构、加载结构、动态加载结构、压头、往复运动结构；
所述框架结构采用龙门式结构；
所述加载结构包括移动板一、移动板二和弹簧模块，所述移动板一和所述移动板二分别通过滑块滑动安装于滑动轨道，所述滑动轨道固定安装于所述框架结构；所述移动板一和所述移动板二呈上、下布置；所述弹簧模块包括压电式力传感器和弹簧，所述压电式力传感器固定安装于所述移动板二，所述弹簧底部安装于所述压电式力传感器，顶部固定安装于所述移动板一；所述移动板一顶部固定安装有用于施加加载力的螺杆；
所述动态加载结构包括电磁铁E铁和电磁铁I铁，所述电磁铁E铁固定安装于所述框架结构，所述电磁铁I铁位于所述电磁铁E铁下方；
所述压头顶部固定安装于所述移动板二底部，所述压头外侧固定安装有夹具座，所述电磁铁I铁固定安装于所述夹具座；
所述往复运动结构位于所述压头下方，所述往复运动结构包括往复滑台和滑轨，所述滑轨固定安装于所述框架结构，所述往复滑台滑动安装于所述滑轨。
2.根据权利要求1所述的动态周期加载的往复式摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述螺杆顶部固定安装加载手柄。
3.根据权利要求1所述的动态周期加载的往复式摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述压电式力传感器采用CL-YD-2311型压电式力传感器。
4.根据权利要求1所述的动态周期加载的往复式摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述往复滑台内部设置热电偶和加热棒，分别用于监测及控制所述往复滑台的温度。
5.根据权利要求1所述的动态周期加载的往复式摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述压头侧面设置两个所述动态加载结构。
6.根据权利要求1所述的动态周期加载的往复式摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述压电式力传感器上表面设置凸起结构，所述弹簧底部安装于所述凸起结构外侧。
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