一种往复式旋转连接结构摩擦系数测量装置

技术领域

本发明涉及一种往复式旋转连接结构摩擦系数测量装置，属于模拟试验机技术领域。

背景技术

往复式旋转连接结构是海洋核动力平台定位系统的“关节”，可以释放定位系统的转动自由度，使得海洋核动力平台具有良好的风标效应，实现其在某一固定区域的水上定位。但是由于复杂恶劣的海洋环境作用，往复式旋转连接结构发生高频低幅的摆动，由此引起的交变应力长期循环，造成连接结构接触面的疲劳损伤。而连接结构的失效往往意味着整个定位系统机械系统功能的丧失，导致海洋核动力平台定位失效，造成巨大的经济损失，因此对往复式旋转连接结构内部的摩擦损伤一直是关注的重点。

连接结构摩擦系数变化可以间接反映出其内部接触面损伤情况，为了分析计算连接结构的损伤程度，有必要通过摩擦系数测量装置模拟连接结构在不同工况下的摩擦系数变化规律。目前我国市场上的摩擦系数测量装置，基本上采用单一的摩擦系数试验形式，即测量测试材料和摩擦介质单次摩擦系数；同时摩擦系数测量装置采用单向旋转的加载形式，无法反映海洋核动力平台连接结构的运动形式和受力状态，从而导致测试结果与实际情况产生较大偏差。

发明内容

针对现有摩擦试验机无法准确测量海洋核动力平台往复式旋转连接结构试验件摩擦系数的问题，本发明的目的是提供一种往复式旋转连接结构摩擦系数测量装置，特别是一种可用于测试往复式旋转结构不同载荷、不同转动频率、不同摆动角度等指标的实验装置。可模拟海洋核动力平台往复式旋转连接结构的摩擦系数变化规律，为其摩擦损伤分析提供准确可靠数据。

本发明采取以下技术方案：一种往复式旋转连接结构摩擦系数测量装置，它包括工作台，该装置包括动力驱动组件、固定加持组件和加载组件，所述动力驱动控制组件中电机设置在工作台上，电机驱动偏心轮，偏心轮通过偏心销轴与连杆的一端铰接，连杆的另一端通过销轴与连接叉铰接；

所述固定加持组件中第一支架固定在连接叉的上方，第二支架套接固定在穿过连接叉的销轴端部，S型拉力传感器的一端与第一支架螺栓连接，S型拉力传感器的另一端与第二支架螺栓连接；

所述加载组件中，固定在工作台上的立架固定连接轮辐式称重传感器，丝杠穿过轮辐式称重传感器和立架的一端与连接叉固定连接，丝杠的另一端两侧对称设置两根固定在立架上的弹簧导杆，丝杠与弹簧导杆上设置第一连接板和第二连接板，弹簧导杆上套有弹簧，弹簧的一端作用在第一连接板上，另一端作用在第二连接板上；弹簧导杆与第一连接板上的第一导杆滑套相配合，弹簧导杆与第二连接板上的第二导杆滑套相配合；丝杠与第一连接板的连接处设置加力套筒，加力套筒作用于轮辐式称重传感器上；丝杠穿过第二连接板的外侧设置丝母。

所述轮辐式称重传感器为应变式压力传感器，S型拉力传感器为应变式拉力传感器，轮辐式称重传感器和S型拉力传感器电连接至外接采集设备。

本发明的有益效果是：该装置还包括加载组件、固定加持组件、动力驱动组件件等。加载组件通过丝母、第二连接板和丝杠压缩弹簧导杆上的弹簧，挤压第一连接板上的加力套筒到轮辐式称重传感器上，实现对连杆和销轴的加载；固定加持组件连接叉、第一支架和第二支架固定待测连杆和销轴；动力驱动组件通过电机驱动偏心轮带动连杆平面运动，实现连杆和轴套的往复式旋转运动；轮辐式称重传感器和S型拉力传感器，实现对往复式旋转连接结构的正压力和摩擦力的测量，进而计算其摩擦系数。该测量装置可调节载荷大小和转动频率等参数，模拟多工况的海洋核动力平台往复式旋转结构服役状态，准确反映其摩擦系数的变化规律。

该装置采用固定加持组件统一对销轴、连杆、拉力传感器等固定装配，利用弹簧加载组件施加正压力，同时采用动力驱动组件实现往复式旋转运动形式。该装置可通过调节弹簧压载行程、偏心轮转速实现连接结构的多工况模拟；销轴与连杆的装配拆卸操作简便，可根据加持组件进行尺寸形状的加工改造，增强了实验装置的拓展性。该装置可以有效模拟海洋核动力平台往复式旋转结构摩擦系数的变化规律，为其摩擦研究与损伤分析提供真实可靠的实验数据。该装置可在室内实验室进行搭建，进行多组重复模拟实验，节省时间经济成本。

附图说明

图1是一种往复式旋转连接结构摩擦系数测量装置的结构主视图。

图2是一种往复式旋转连接结构摩擦系数测量装置的结构俯视图。

图3是图2中的A向视图。

图中：1、工作台，2、电机，2a、偏心轮，2b、偏心销轴，3、连杆，3a、销轴，3b、连接叉，4、立架，5、S型拉力传感器，5a、第一支架，5b、第二支架，6、轮辐式称重传感器，6a、加力套筒，7、丝杠，7a、丝母，8、第一连接板，8a、第二连接板，8b、第一导杆滑套，8c、第二导杆滑套，9、弹簧导杆，9a、弹簧。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

图1、图2和图3示出了一种往复式旋转连接结构摩擦系数测量装置的结构。图中，摩擦系数测量装置包括一个工作台1主体，其中立架4和电机2分别固定于工作台1上，作为该装置的定位装配主要部分；丝杠7穿过轮辐式称重传感器6和立架4的通孔与连接叉3b固定连接。弹簧导杆9固定在立架4上，弹簧9a装配在第一连接板8和第二连接板8a之间，串套在弹簧导杆9上；弹簧导杆9与第一连接板8的第一导杆滑套8b相配合，弹簧导杆9与第二连接板8a的第二导杆滑套8c相配合。丝母7a与丝杠7螺纹配合，并紧贴在第二连接板8a上；在第一连接板8与轮辐式称重传感器6之间的丝杠7上套装加力套筒6a，通过挤压接触轮辐式称重传感器6，实现加载力的传递与测量；连杆3一端通过销轴3a铰接连接叉3b，另一端通过偏心销轴2b铰接偏心轮2a，第一支架5a和第二支架5b分别固定在连接叉3b和销轴3a上，S型拉力传感器与第一支架5a和第二支架5b螺栓连接；偏心轮2a固定在电机2的转轴上。

丝母7a沿径向设置三个孔，可通过铁杆插进圆孔旋转施加扭矩，进而挤压弹簧9a实现加载。

轮辐式称重传感器6测得加力套筒6a的压力，等效于丝杠7所受的拉力，由于丝杠7与连接叉3b固定连接作为整体，同时销轴3a和连杆3铰接，并固定在连接叉3b上，在低速准静态情况下，所测拉力即为销轴3a和连杆3之间的正压力。S型拉力传感器5测得第二支架5b上端的拉力，第二支架5b结构主体沿销轴3a径向，并且与S型拉力传感器5的主体结构保证垂直，通过销轴3a的力矩平衡关系，S型拉力传感器5的拉力数据可根据第二支架5b长度和销轴3a半径计算得到销轴3a与连杆3的摩擦力。

该测量装置在使用时采用以下实验步骤：

第一步，外接计算机采集设备，连接该测量装置的传感器，包含轮辐式称重传感器6和S型拉力传感器5，设置采集通道、采集频率等，然后平衡清零。

第二步，调节丝杠7上的丝母7a上的位置，先释放结构的装配应力，再进行加载压缩弹簧9a行程，并观察轮辐式称重传感器6所在通道的数据，直到加载到实验预定初值然后停止。

第三步，通过外接控制转盘驱动的计算机，设置电机2的转速和实验时间。

第四步，供电开机，观察传感器采集的数据变化。

第五步，动力驱动组件实现销轴 3a和连杆3的往复式旋转运动。

第六步，保存实验数据，停止电机2，关闭测量装置及信号采集设备。

采用上述的技术方案，轮辐式称重传感器和S型拉力传感器的原理是利用弹性敏感元件和应变计将被测拉压力转换为相应的电阻值变化，可通过外接采集设备完成测量数据的集成显示与存储。

固定加持组件通过连接叉实现销轴和连杆的装配与加持，销轴和连杆为待测的往复式旋转摩擦副，可根据实验需求设计加工连接处的尺寸与形状。动力驱动组件通过安装在工作台上的电机驱动偏心轮进行传导，偏心轮偏心位置通过偏心销轴与连杆一端铰接，从而控制连杆和销轴的平面往复运动，其中与连接叉螺栓连接的丝杠沿着立架的圆孔做直线运动。安装在立架上的轮辐式称重传感器和设置在固定加持组件第一支架和第二支架之间的S型拉力传感器，用以测量销轴和连杆在往复式旋转运动中的正压力和摩擦力。

上述技术方案利用压缩弹簧导杆上的弹簧作为加载装置，实现连接结构交变载荷的施加，同时利用电机驱动偏心轮带动连杆实现往复式旋转运动，通过固定在立架上的轮辐式称重传感器和加持在第一支架、第二支架的S型拉力传感器采集测试数据，进而计算得到往复式旋转连接结构的摩擦系数。