一种多功能摩擦磨损试验机

技术领域

本发明涉及摩擦磨损技术领域，特别涉及一种多功能摩擦磨损试验机。

背景技术

摩擦和磨损现象普遍存在于机械设备中，关键运动部件的摩擦磨损性能会严重影响设备的使用性能，如盾构机中滚刀的耐磨性会影响掘进效率和滚刀寿命，轴向柱塞泵中三大关键摩擦副决定整泵的效率和使用寿命，挖掘机中铲斗关节端面摩擦副的性能会严重制约整机寿命和可靠性。大多数情况下无法直接对机械中的运动副进行摩擦学性能测试，通常采用标准摩擦磨损试验机测试摩擦副材料的摩擦与磨损性能，然而通用的试验机只能进行一对试样的测试，极大地制约了试验效率。因此，为了提高摩擦磨损试验的效率，同时进行多组对比试验以及评价多种材料的摩擦学性能，一种高效率摩擦磨损试验机是非常有必要的。

目前常见的试验机根据不同的运动方式可以分为往复式和旋转式两种，其中旋转式试验机主要包括销盘式、球盘式、四球式和环块式摩擦磨损试验机，其中球盘式和四球式试验机的试样之间为点接触，随着试验的进行，难以获得稳定的摩擦系数以及磨合期测试不准确；环块式试验机上下试样的接触形式为线接触，待测试样上的磨损区域会随着加载力的增加而变化，这会导致测试的摩擦系数出现比较大的波动。销盘式试验机由于待测试样之间是面-面接触，可以模拟大多数机械设备中摩擦副的运动，并且能够得到更准确的摩擦结果，磨损量也便于测量。往复式试验机可实现试样间的往复相对运动，与旋转式试样相比，更能揭示材料沿着特定方向的摩擦学性能，并且也能模拟特定摩擦副的运动，如内燃机中的活塞与缸套之间的往复运动。然而，通用的标准摩擦磨损试验机只能采用单一的方式进行试验，无法同时进行往复式摩擦磨损试验和销盘式摩擦磨损试验。

发明内容

本发明提供了一种多功能摩擦磨损试验机，其目的是为了解决现有的摩擦磨损试验机只能进行单一磨损试验的问题。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种多功能摩擦磨损试验机，包括：

上摩擦机构，包括用于安装上试样的上试样安装架，上试样安装架可在X方向进行移动；

下摩擦机构，包括用于安装下试样的下试样夹板，所述下试样夹板可绕自身旋转轴进行旋转；

加载机构，设置在下摩擦机构的下方，所述加载机构向下试样施加向上的负载力；

速度传感器，设置在上试样安装架上以检测上试样安装架的直线运动速度；

摩擦力矩传感器，用于检测上试样和下试样之间的摩擦力；

轮辐式力传感器，用于检测负载力的大小。

优选的，多功能摩擦磨损试验机还包括支撑架，所述支撑架包括支撑腿和支架立柱，两个所述支撑腿上设置有安装板，四个所述支架立柱设置在所述安装板上，所述上摩擦机构设置在所述支架立柱的上方，所述下摩擦机构设置在所述安装板上。

优选的，所述上摩擦机构包括相互平行的光轴和丝杠，所述上试样安装架与所述丝杠螺接，所述上试样安装架与所述光轴滑动连接，所述光轴和丝杠的两端还分别设置上试样挡板，上试样挡板设置在所述支架立柱上。

优选的，所述摩擦机构还包括第一伺服电机，所述第一伺服电机设置在所述上试样安装架上，所述第一伺服电机的输出端通过联轴器与所述丝杠传动连接，所述第一伺服电机驱动所述上试样安装架在光轴上进行直线运动。

优选的，多功能摩磨损试验机还包括升降机构，所述升降机构包括浮动板，所述浮动板的两端设置有升降件，所述升降件带动所述浮动板在Z方向进行移动，所述浮动板上设置有第一导轮和第二导轮，所述第一导轮连接有第二伺服电机，所述第二导轮上设置有摩擦力矩传感器，所述第二导轮通过摩擦力矩传感器与下试样夹板连接，所述第二导轮与所述第一导轮带传动，所述加载机构向所述浮动板施加向上的负载力，所述轮辐式力传感器设置在所述浮动板受负载力处。

优选的，所述加载机构包括设置安装板上的摆杆座，所述摆杆座铰接有摆杆，所述摆杆包括用于向浮动板施加负载力的施力端和用于设置调整负载力大小的配重端，所述配重端设置有多个配重块。

优选的，所述第二导轮设置在所述两个升降件之间，所述升降件为气缸。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

在本申请中可以通过一台设备实现往复式和销盘式摩擦磨损试验，通过第一伺服电机带动上试样进行往复移动，第二伺服电机带动下试样进行回转运动，使得上试样与下试样之间进行往复对磨以及上试样与下试样之间旋转对磨，在三个传感器的检测下，能够准确获得摩擦系数和均匀的磨损区域。

附图说明

图1为本发明提供的高效多功能摩擦磨损试验机结构示意图；

图2为本发明提供的高效多功能摩擦磨损试验机内部结构示意图；

图3为上摩擦机构和下摩擦机构的示意图；

图4为加载机构的示意图；

【附图标记说明】

1-上试样安装架、11-光轴、12-丝杠、13-上试样挡板、14-第一伺服电机、15-联轴器、16-上试样、2-下试样夹板、22-下试样、3-加载机构、31-摆杆座、32-摆杆、33-配重块、4-摩擦力矩传感器、5-轮辐式力传感器、6-支撑架、61-支撑腿、62-支架立柱、63-安装板、71-浮动板、72-升降件、73-第一导轮、74-第二导轮、75-第二伺服电机。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1-4所示，本发明的实施例提供了一种多功能摩擦磨损试验机，包括上摩擦机构、下摩擦机构，其中上摩擦机构设置在下摩擦机构的上方，上摩擦机构包括上试样安装架1，上试样安装架1可以安装1-3个上试样16，多个上试样16呈直线排布，上试样安装架1可以在X方向进行移动。下摩擦机构包括下试样夹板2，下试样夹板2用于夹装下试样22，下试样夹板2包括上圆环和下圆板，上圆环和下圆板将下试样22夹设在中间，下圆板的底部设置有连接部。下试样夹板2可绕自身的旋转轴在水平面内进行转动。

在下摩擦机构的下方还设置有加载机构3，加载机构3用于向下试样22施加向上的负载力，通过改变不同的负载力、下试样夹板2的转动速度实现不同压力、转速下销盘式摩擦磨损试验。

本申请还包括三个传感器，分别是速度传感器、摩擦力矩传感器4和轮辐式力传感器5，其中速度传感器设置在上试样安装架1上用于检测上试样安装架1的直线运动速度，摩擦力矩传感器4，用于检测上试样16和下试样22之间的摩擦力，当上试样16设置有多个时，摩擦力矩传感器4检测总摩擦力。轮辐式力传感器5用于检测加载机构3对下试样22施加的负载力。

在本申请中，通过上摩擦机构和下摩擦机构可以同时实现往复式和销盘式摩擦磨损试验，在三个传感器的检测下，能够准确获得摩擦系数和均匀的磨损区域。

进一步，本申请还包括支撑架6，支撑架6包括支撑腿61和支架立柱62，两个支撑腿61上设置有一个安装板63，四个支架立柱62设置在安装板63上，上摩擦机构设置在支架立柱62的顶部，下摩擦机构设置在安装板63上。

为了实现上摩擦机构的沿X方向的移动，上摩擦机构还包括上试样挡板13，两个上试样挡板13平行且间隔布置，两个上试样挡板13之间设置有一光轴11和一丝杠12，光轴11和丝杠12相互平行。前述的上试样安装架1与丝杠12螺接的同时还与光轴11滑动连接，当丝杠12转动时，丝杠12将回转运动转换为上试样安装架1沿光轴11直线运动的直线运动。通过改变丝杠12的转动方向，可以使得上试样安装架1进行直线往复运动。

进一步的，在上试样挡板13上还设置有第一伺服电机14，第一伺服电机14的壳体固定在上试样挡板13上，第一伺服电机14的输出端通过联轴器15与丝杠12传动连接，在第一伺服电机14的输出下，使得上试样安装架1处于匀速、变速或静止的运动状态。

为了便于安装下试样22，本申请还包括升降机构，升降机构包括浮动板71，浮动板71的上端设置有升降件72，升降件72带动浮动板71在Z方向进行移动。升降件72设置在安装板63上，升降件72改变浮动板71与安装板63之间的距离间接地调整了浮动板71与下试样夹板2之间的距离。在浮动板71上设置有第一导轮73和第二导轮74，第一导轮73连接有第二伺服电机75，第二伺服电机75带动第一导轮73在水平面进行回转运动，第二导轮74上设置有摩擦力矩传感器4，第二导轮74通过摩擦力矩传感器4与下试样夹板2的连接部连接以获得下试样22与上试样16之间的摩擦力。在第一导轮73和第二导轮74之间还设置有皮带进行传动。当第二伺服电机75工作时，第一导轮73通过皮带带动第二导轮74转动，第二导轮74通过摩擦力矩传感器4带动下试样22转动，实现下试样22绕自身的旋转轴进行转动。

前述的加载机构3包括摆杆32和摆杆座31，摆杆座31设置在安装板63上，摆杆32与摆杆座31铰接，摆杆32包括施力端和配重端，其中施力端用于作用于浮动板71并且提供向上的负载力，配重端可设置多个配重块33以调节施力端施加的负载力大小。前述的轮辐式力传感器5设置在浮动板71上，且位于施力端对浮动板71的施力处。

优选的，在施力处设置受力座，所述受力座通过所述轮辐式力传感器5与所述浮动板71连接，所述受力座与所述施力端接触，避免施力端的作用位置偏移。

优选的，第二导轮74设置在升降件72之间，施力端作用于第二导轮74的下方。升降件72为气缸。

速度传感器未画出采集上试样16的速度，通过改变第一伺服电机14的转速，可以得到上试样16不同的移动速度。此时关闭第二伺服电机75，通过固定销使下试样22固定不动。通过改变配重块33的位置，根据轮辐式力传感器5的测试结果调整配重块33位置，获得所需加载力F，可将其转化为待测试样之间的接触压力，进而实现不同压力条件下的往复式摩擦磨损试验。

摩擦力矩传感器4获得总摩擦力矩M，可将其转化为对应的总摩擦力。根据以下公式可得出上下试样22进行往复式摩擦磨损试验时的摩擦系数：

其中：

2为上试样16数目；

F为加载机构3施加的加载力，R为两个上试样16距离的中点与下试样22的旋转中心的距离。

通过以上方式可实现往复式多组同种材料试样摩擦磨损试验，且移动光轴11可以保证多个上试样16在同一个平面内接触，从而可以得到均匀的磨痕。所述轮辐式力传感器5采集的加载力可通过除以上试样16与下试样22的接触面积，将其转化为对应的压力。进而可以得到不同速度和压力条件下准确的摩擦系数和磨损量。

通过控制第一伺服电机14可以改动上试样16所在的位置，优选的，将上试样安装架1移动到中间位置，在左右两侧安装不同材料或相同材料的上试样16可以进行相同试验条件下对比试验，提高试验效率。在试验过程中，上试样16固定不动，第二伺服电机75带动下试样22进行转动。

总摩擦力矩通过力矩传感器进行测量并记录，改变配重块33的位置得到不同的加载力，其值通过轮辐式力传感器5进行检测。由于第二导轮74与第二伺服电机75连接，改变所述第二伺服电机75的转速可得到待测试样之间不同的转速，将加载力转换为加载压力，进而实现不同压力和转速条件下的销盘式摩擦磨损试验。

在移动光轴11上设置有定位销孔，当上试样16移动到合适位置后，上试样安装架1上的定位销可起到固定作用，进而在试验过程中上试样16可保持固定。

通过此种方式可实现多试样销盘式摩擦磨损试验，能够进行同种材料和不同材料之间的摩擦学性能测试，提高试验效率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。