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往复摩擦磨损试验装置

发明公布  在审
申请(专利)号:CN201811534751.6国省代码:辽宁 21
申请(专利权)人:中国航发沈阳发动机研究所
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摘要:
本申请公开了一种往复摩擦磨损试验装置,属于材料疲劳试验技术领域,该装置包括受控沿第一方向相对运动的上夹具(1)及下夹具(2),上夹具(1)具有第一固定板(11),下夹具(2)具有第二固定板(21),第一固定板(11)与第二固定板(21)板面沿第二方向相向设置,第二方向垂直于第一方向,第一固定板(11)上设置有沿第一方向布置的至少两个条形槽,第二固定板滑动设置在下夹具(2)的沿第二方向布置的滑槽内,螺栓穿过条形槽后连接第二固定板,用于挤压设置在第一固定板及第二固定板板面之间的试验件与磨头,实现往复摩擦磨损试验。该装置可以利用常规疲劳试验机开展固体材料及滑动构件、模拟件的往复摩擦磨损试验,结构简单实用。

主权项:
1.往复摩擦磨损试验装置,其特征在于,包括受控沿第一方向相对运动的上夹具(1)及下夹具(2),所述上夹具(1)具有第一固定板(11),所述下夹具(2)具有第二固定板(21),第一固定板(11)与所述第二固定板(21)板面沿第二方向相向设置,所述第二方向垂直于所述第一方向,所述第一固定板(11)上设置有沿所述第一方向布置的至少两个条形槽,所述第二固定板滑动设置在下夹具(2)的沿所述第二方向布置的滑槽内,螺栓(5)穿过所述条形槽后连接所述第二固定板(21),用于挤压设置在第一固定板(11)及第二固定板(21)板面之间的试验件与磨头,其中第一固定板(11)上固定试验件与磨头中的一个,第二固定板(21)上固定所述试验件与所述磨头中的另一个。


说明书

往复摩擦磨损试验装置

技术领域

本申请属于材料疲劳试验技术领域,特别涉及一种往复摩擦磨损试验装置。

背景技术

往复运动是机械结构的一种常见运动方式,随着工业发展,对往复运动摩擦副的
摩擦磨损性能也提出了更高的要求。但国内对于摩擦磨损性能的考核评价和摩擦磨损失效
机理的试验研究工作开展较少。

成型的往复式摩擦磨损试验机已有应用,但试验机种类繁杂,对摩擦副的尺寸和
形状要求较多,且通常仅限于材料级别的考核试验。对于一般的材料力学性能试验室而言,
单独采购摩擦磨损设备在经济可行性和设备利用率上存在不足,很少有采购专门的摩擦磨
损试验机。

材料疲劳试验机是材料力学性能考核的常见设备,具备很好的程序控制和数据采
集能力,但一般疲劳试验机的单轴加载方式无法满足双向加载要求,不能进行摩擦磨损试
验的应用。

因此,设计一种结构简单、可在一般疲劳试验机上进行往复摩擦磨损试验的装置
具有较大的经济可行性和试验研究性。通过结构设计可实现固体材料、涂层及滑动构件、模
拟件的往复摩擦磨损试验,结合疲劳试验机的已有的成熟程序控制和数据采集完成试验测
试。

发明内容

本申请的目的是提供往复摩擦磨损试验装置,以解决上述至少一方面的问题。

本申请往复摩擦磨损试验装置,包括受控沿第一方向相对运动的上夹具及下夹
具,所述上夹具具有第一固定板,所述下夹具具有第二固定板,第一固定板与所述第二固定
板板面沿第二方向相向设置,所述第二方向垂直于所述第一方向,所述第一固定板上设置
有沿所述第一方向布置的至少两个条形槽,所述第二固定板滑动设置在下夹具的沿所述第
二方向布置的滑槽内,螺栓穿过所述条形槽后连接所述第二固定板,用于挤压设置在第一
固定板及第二固定板板面之间的试验件与磨头,其中第一固定板上固定试验件与磨头中的
一个,第二固定板上固定所述试验件与所述磨头中的另一个。

优选的是,所述条形槽具有两条,任一条形槽内设置有两个螺栓,所述磨头设置在
由四个所述螺栓构成的方形区域内。

优选的是,还包括固定在下夹具上的挡板,所述挡板的板面设置在第一固定板的
背向试验件的一侧,并在其上开孔,螺栓穿过所述第一固定板的条形孔后,两端分别固定在
第二固定板及挡板上。

优选的是,所述螺栓为双头螺柱,其螺杆部分依次穿过第二固定板、第一固定板及
挡板后,两端通过螺母拧紧。

优选的是,所述双头螺柱的挡板与设置在挡板一端的螺母之间的杆段套设有压缩
弹簧计。

优选的是,所述试验件通过固定块固定在所述第一固定板或第二固定板上。

优选的是,所述磨头与固定所述磨头的第一固定板或第二固定板之间设置有压力
传感器。

优选的是,所述第二固定板的端部具有滑轮,所述下夹具的滑槽内设置条形凸起,
以引导所述滑轮运动。

应用此装置,可以设计往复摩擦磨损的系列试验研究。通过试验过程中获得挤压
力和摩擦力数据,可计算出摩擦副的摩擦系数,获得往复摩擦过程的系统研究数据。对于摩
擦副的磨损形貌和产生的磨屑可进行宏观和微观观察,作为摩擦副摩擦磨损性能考核评价
和摩擦磨损失效机理的依据。

本装置可以利用常规疲劳试验机开展固体材料(包括带涂层材料)及滑动构件、模
拟件的往复摩擦磨损试验,利用该装置可解决一般材料力学性能试验室无法开展往复摩擦
磨损试验研究的问题;

采用本发明后无需采购摩擦磨损设备即可开展往复摩擦磨损试验研究,且具有比
现有摩擦磨损设备更加宽泛的应用领域和更加优异的试验控制和数据采集能力,具有较大
的经济实用性和试验研究性。

附图说明

图1是本申请往复摩擦磨损试验装置的一优选实施例的结构示意图。

图2是本申请图1所示实施的左视图。

图3是本申请图1所示实施例的滑轮与滑轨结构示意图。

其中,1-上夹具,2-下夹具,3-压力传感器,4-挡板,5-螺栓,6-压缩弹簧计,7-固定
块;11-第一固定板,21-第二固定板,22-滑轮,23-凸起。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中
的附图,对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中,自始至终相同或类
似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请
一部分实施例,而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用
于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人
员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。下
面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、
“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所
示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装
置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请保护
范围的限制。

本发明主要是解决在试验室条件下无法开展往复摩擦磨损试验研究的问题、成型
试验机难以进行构件或模拟件的试验研究和不具备成熟试验控制(如频率、试验波形、摩擦
行程等)和数据采集等问题。

本申请往复摩擦磨损试验装置,如图1所示,主要包括受控沿第一方向相对运动的
上夹具1及下夹具2,所述上夹具1具有第一固定板11,所述下夹具2具有第二固定板21,第一
固定板11与所述第二固定板21板面沿第二方向相向设置,所述第二方向垂直于所述第一方
向,所述第一固定板11上设置有沿所述第一方向布置的至少两个条形槽,所述第二固定板
滑动设置在下夹具2的沿所述第二方向布置的滑槽内,螺栓5穿过所述条形槽后连接所述第
二固定板21,用于挤压设置在第一固定板11及第二固定板21板面之间的试验件与磨头,其
中第一固定板11上固定试验件与磨头中的一个,第二固定板21上固定所述试验件与所述磨
头中的另一个。

参考图1,本实施例中,C为第一方向,D为第二方向,上接头1及下接头2中的一个固
定,另一个可以连接疲劳试验机的作动筒上,以提供往复运动动力,其中第一固定板11上固
定试验件与磨头中的一个,第二固定板21上固定所述试验件与所述磨头中的另一个,例如
图1及图2所示的具体例子中,第一固定板11右侧固定有试验件A,第二固定板21的左侧固定
有磨头B,为了实现磨头B往复摩擦试验件A,除了对第一固定板11提供往复运动动力外,还
需要保证第一固定板与第二固定板压紧试验件A及磨头B,为此,本实施例在第一固定板11
上设置有沿所述第一方向布置的至少两个条形槽,并在所述第二固定板滑动设置在下夹具
2的沿所述第二方向布置的滑槽内,通过拧紧螺栓5的螺帽,来挤压第一固定板与第二固定
板,同时,条形槽提供了第二固定板21的沿第一方向C的运动轨道。

可以理解的是,为了防止螺栓5受挤压力增大第一固定板与第二固定板之间的相
对运动摩擦,在一些可选实施方式中,增加了挡板4的结构。挡板4的一端固定在下夹具2上,
挡板4的板面设置在第一固定板11的背向试验件的一侧,并在其上开光滑孔,螺栓5穿过所
述第一固定板11的条形孔后,两端分别固定在第二固定板21及挡板4上。

本实施例中,如图1所示,第一固定板11设置在第二固定板21与挡板4之间,螺栓穿
过第一固定板11的条形孔后,两端分别固定在第二固定板21及挡板4上,这样,第二固定板
21与挡板4及螺栓5一同运动,只要保证第一固定板11的条形孔与螺栓是间隙配合的,就会
消除第二固定板与第一固定板之间的因螺栓连接引起的摩擦。

在一些可选实施方式中,所述条形槽具有两条,任一条形槽内设置有两个螺栓,所
述磨头设置在由四个所述螺栓构成的方形区域内,参考图1及图2,通过四个螺栓增加了结
构的稳定性,同时使得磨头B与试验件A之间的挤压法向力在试验件各处均匀分布。

在一些可选实施方式中,所述螺栓5为双头螺柱,其螺杆部分依次穿过第二固定板
21、第一固定板11及挡板4后,两端通过螺母拧紧。可以理解的是,为了便于调节试验件A与
磨头B之间的挤压力,通过双头螺柱两端的螺母拧紧力可以较好的实现压力调整。

在一些可选实施方式中,所述双头螺柱的挡板4与设置在挡板一端的螺母之间的
杆段套设有压缩弹簧计6,即双头螺柱探出挡板4的一端作为弹簧导向杆,参考图1,双头螺
柱右侧的螺母与挡板4之间通过设置的弹簧等结构件,并根据弹力来调节试验件A与磨头B
之间的挤压力,本实施例中,优选采用压缩弹簧计6,其中一个优点是,可以分别调节各压缩
弹簧计6的压缩量,以使得第一固定板与第二固定板多处的挤压力一致。

本实施例中,通过螺母旋紧引入的挤压力经四个双头螺柱传递给第二固定板21上
的磨头B,与固定在上夹具1的试验件A形成摩擦副,并在试验过程中保持此试验力。根据不
同试验要求选择合适参数的压缩弹簧计,在一些可选实施方式中,可以通过安装在磨头B另
一侧的压力传感器3测试得到的摩擦副AB挤压法向力。疲劳试验机作动筒连接下夹具2为摩
擦磨损试验提供往复运动动力,同时安装在疲劳试验机作动筒的载荷传感器实现摩擦力的
监测。

在一些可选实施方式中,所述试验件通过固定块7固定在所述第一固定板11或第
二固定板21上。图1及2所示的实施中,将试验件A通过固定块7和螺栓固定在上夹具1的第一
固定板11上,调整位置并固定,磨头B安装在第二固定板21上,第二固定板21下端的滚轮轮
缘与下夹具2的精密直线滑轨嵌合后可实现无阻碍滚动,如图3所示,所述第二固定板21的
端部具有滑轮22,所述下夹具的滑槽内设置条形凸起23,以引导所述滑轮22运动。

安装、调整完毕后,通过疲劳试验机的控制计算机进行试验程序设置。选择位移控
制程序下的试验波形(以EHF-100KN-20L电液疲劳试验机为例,可实现往复运动位移控制下
的三角波、正弦波和梯形波),输入摩擦行程范围、试验频率和目标循环周次,进行试验,并
对试验过程进行全程的数据记录。摩擦产生磨屑可随重力下落后收集分析。

应用此装置,可以设计往复摩擦磨损的系列试验研究。通过试验过程中获得挤压
力和摩擦力数据,可计算出摩擦副的摩擦系数,获得往复摩擦过程的系统研究数据。对于摩
擦副的磨损形貌和产生的磨屑可进行宏观和微观观察,作为摩擦副摩擦磨损...

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图1
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