專利名稱：改進的銷-盤摩擦磨損試驗機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于系統(tǒng)的摩擦學(xué)理論和條件磨損模擬原則，在實驗室條件下模 擬兩種金屬材料間的摩擦磨損性能的試驗裝置，稱之為"改進的銷-盤摩擦磨損試驗 機"，用以研究在指定實驗條件下的環(huán)帶形狀材料與柱銷形狀材料間的摩擦磨損性能 和成形條件的優(yōu)化。
二背景技術(shù)：
摩擦磨損試驗裝置在正確地評定材料摩擦和磨損特性時是必不可少的。摩擦副的 摩擦學(xué)性能試驗，大致可分為試樣試驗、臺架試驗和實際使用試驗3種類型。相對而 言，實驗室條件下的試樣試驗具有選擇范圍寬，影響因素容易控制等優(yōu)點。目前，國 內(nèi)，外對于金屬材料間的摩擦磨損行為的研究基本使用的試驗機為四球機、梯姆肯試 驗機、法萊克斯試驗機、銷-盤試驗機和醒-200磨損試驗機。脆性大、高硬度的材 料不易被加工成薄帶，并且也不能夠像不銹鋼材料在摩擦磨損試驗中進行彎曲、拉伸， 所以這種特性的材料的摩擦磨損試驗一般使用銷-盤試驗機。經(jīng)典的銷-盤試驗機的 工作原理是將試樣制成環(huán)塊狀固定于盤上，由盤帶動旋轉(zhuǎn)，銷在載荷作用下與試樣接 觸，但是盤轉(zhuǎn)動時受載荷的作用下容易產(chǎn)生彎曲變形，造成摩擦磨損實際接觸面積的 減小，而影響試驗結(jié)果；其次經(jīng)典的銷-盤試驗機因為其裝夾的方式，其試樣幾何形 狀惟一，如果某些材料不易加工成其規(guī)定的形狀，則無法進行試驗。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對已有銷-盤摩擦磨損試驗機技術(shù)存在的問題，提供一種改 進的銷-盤摩擦磨損試驗裝置，能夠改進經(jīng)典的銷-盤摩擦磨損試驗機的以下問題
1、 提高銷-盤摩擦磨損試驗機模擬運動的穩(wěn)定性，使其更加真實的反映兩種金屬 的摩擦磨損性能；
2、 通過改進盤槽形狀，使試驗機能夠適合更多幾何形狀的金屬試樣。 本發(fā)明的上述發(fā)明目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
用于模擬兩種金屬材料間的摩擦磨損性能的試驗裝置，包括安裝在主軸上的兩個 圓錐滾子軸承，主軸由步進電機提供動力，轉(zhuǎn)盤與主軸相連，滾筒的開槽與轉(zhuǎn)盤的邊 緣相吻合，至少在轉(zhuǎn)盤上設(shè)計有周向環(huán)狀錐形槽，試樣截面寬度與盤上錐形槽的底邊寬度相同，試樣截面可為矩形，三角形，梯形，錐形。銷與潤滑良好的滑動軸相聯(lián)， 對滑動軸施加豎直方向載荷，使得銷與盤上的試樣緊密接觸，這種配合結(jié)構(gòu)，其一可 以有效的防止試樣在運動中產(chǎn)生縱向竄動而造成的；二可以提高盤在轉(zhuǎn)動過程中的剛 度，從而提高了摩擦磨損試驗機模擬運動的穩(wěn)定性與試驗的準(zhǔn)確性。
為了更好的實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還采取了以下技術(shù)措施
用于驅(qū)動主軸的動力裝置選用變頻控制的無級調(diào)速電機，電機通過聯(lián)軸器與主軸 相聯(lián)。聯(lián)于主軸上的兩個正裝的圓錐滾子軸承防止主軸產(chǎn)生縱向竄動，可以使摩擦磨 損試驗機的模擬運動更加穩(wěn)定。
本摩擦磨損試驗機還設(shè)置有載荷托盤裝置，承托裝置的承托盤位于連接銷試樣的 滑動軸上方，使載荷直接作用在環(huán)帶試樣上。測摩擦力裝置與滑動軸和機架通過活動 套相聯(lián)，可方便的調(diào)整測力裝置的位置，使傳感器與銷垂直，因而大大降低了環(huán)帶試 樣與銷試樣間的摩擦力損耗，進而使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。試驗機的測力裝置部分與加
載部分安裝在不同的機架上，使得轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的振動不會影響到傳感器測量的準(zhǔn)確性。 本發(fā)明還采取了其他的一些技術(shù)措施。
本發(fā)明與經(jīng)典的銷-盤摩擦磨損試驗機相比，通過商業(yè)軟件ANSYS WORKBENCH對 其運動過程進行仿真對比，證實了本發(fā)明模擬運動的穩(wěn)定性好，發(fā)明人在摩擦磨損試 驗中也取得了很好的模擬效果。 四

圖1是本發(fā)明的摩擦磨損試驗裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是本發(fā)明的實施摩擦磨損試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是轉(zhuǎn)盤示意圖。
圖4是可安裝在轉(zhuǎn)盤上的試樣截面圖。
圖5是經(jīng)典銷-盤摩擦磨損試驗機在施加100N載荷作用下的變形有限元仿真。 圖6是本發(fā)明的摩擦磨損試驗機在施加100N載荷作用下的變形有限元仿真。 圖7是不銹鋼環(huán)帶試樣與DC53材料的銷摩擦試驗后的金屬表面的金相圖(試驗 條件名義載荷100N，持續(xù)時間10min)。 在上述

中，6為試驗載荷，7為載荷托盤，8為滑動軸，9為傳感器連 接塊，IO為活動套，ll為銷試樣，12為圓錐滾子軸承，13為環(huán)帶試樣，14為轉(zhuǎn)盤， 15為主軸，16為聯(lián)軸器，17為圓錐滾子軸承，18為滾筒，19為電機，20為S形連接塊，23為活動套，24為螺栓，25為螺栓， 26為加載裝置與機架相聯(lián)的連接架。 五具體實施例方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實例結(jié)合

如下
參見圖1，本摩擦磨損試驗裝置包括銷轉(zhuǎn)盤3與銷試樣2相接觸，測力裝置1與 銷試樣2相聯(lián)，通過導(dǎo)線將數(shù)據(jù)傳給信號轉(zhuǎn)換器5，信號轉(zhuǎn)換器5將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換并 通過數(shù)據(jù)線傳給數(shù)據(jù)處理器處理。
參見圖2，用于模擬兩種金屬材料摩擦磨損的試驗機，電機19固定在滾筒18上， 聯(lián)軸器16將電機19的伸出軸與主軸15相聯(lián)，轉(zhuǎn)盤14通過鍵槽聯(lián)結(jié)與主軸15相聯(lián)， 圓錐滾子軸承12， 17安裝在主軸15的兩端。轉(zhuǎn)盤14端部與滾筒18上部開的槽形相 吻合。試驗載荷6安裝在載荷托盤7上，通過滑動軸8將載荷施加在銷試樣11上。 轉(zhuǎn)盤14與銷11接觸，轉(zhuǎn)盤14在電機19的帶動下轉(zhuǎn)動，與銷11產(chǎn)生摩擦。S形力 傳感器20 —端通過傳感器連接塊9與活動套10聯(lián)于滑動軸8， S形力傳感器20另一 端通過傳感器連接塊22與活動套23聯(lián)于機架21 。滑動軸8通過連接架26聯(lián)于機架 21。
參加圖3，轉(zhuǎn)盤14的槽型如圖所示，可以與矩形，三角形，梯形，錐形截面的環(huán) 帶試樣(參加圖4)配合。
另外，為了驗證改進的銷-盤摩擦磨損試驗機的剛度，應(yīng)用ANSYS WORKBENCH商用 軟件，建立轉(zhuǎn)盤的模型，并對銷-盤接觸位置施加100N的載荷，求解轉(zhuǎn)盤變形。經(jīng)典 的銷-盤摩擦磨損試驗機轉(zhuǎn)盤變形如圖5所示，最大變形達到0.0016107mm，而改進的 銷-盤摩擦磨損試驗機轉(zhuǎn)盤變形如圖6所示，最大變形為8. 5101e-7mm。通過施加更大 的載荷，變形對比更加顯著。
試驗實例l:名義載荷為IOON時的摩擦磨損試驗
在100N的名義載荷下，對不銹鋼環(huán)帶試樣與DC53材料的銷試樣進行摩擦磨損試 驗，持續(xù)lOmin，其結(jié)果如附圖7所示。
權(quán)利要求
1.一種在實驗室條件下模擬兩種金屬材料間的摩擦磨損性能的試驗裝置，包括安裝在轉(zhuǎn)盤(14)端部的滾筒(18)，S形力傳感器(20)，滑動軸(8)，機架(21)，其特征在于在轉(zhuǎn)盤上設(shè)計有周向環(huán)帶狀錐形槽，轉(zhuǎn)盤槽形與多種摩擦試驗帶截面設(shè)計吻合。
2. 如權(quán)利要求1所述的摩擦磨損試驗裝置，S形力傳感器(20) —端通過傳感器連接塊(9) 與活動套(10)聯(lián)于滑動軸(8)， S形力傳感器(20)另一端通過傳感器連接塊(22)與 活動套(23)聯(lián)于機架(21)。其特征在于S形力傳感器(20)分別通過活動套(10)和 活動套(23)與滑動軸(8)和機架(21)相聯(lián)，可調(diào)整測力裝置的位置，使S形力傳感 器(20)與銷(11)垂直，使摩擦力方向與S形力傳感器(20)的位置水平。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種研究兩種金屬摩擦磨損的試驗裝置。它包括轉(zhuǎn)盤和安裝在盤槽上的金屬環(huán)帶試樣，以及銷試樣。載荷通過滑動軸施加在銷試樣上，轉(zhuǎn)盤端部與滾筒上的開槽相吻合，使用S形傳感器測量銷試樣與環(huán)帶試樣間的摩擦力，使用活動套來調(diào)整傳感器的位置，減少因傾斜產(chǎn)生的摩擦力測量誤差。本發(fā)明能夠模擬兩種金屬的摩擦磨損，可用來研究在一定速度下環(huán)帶試樣與銷試樣的摩擦磨損情況。
文檔編號G01N3/56GK101629888SQ20081004052
公開日2010年1月20日 申請日期2008年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月14日
發(fā)明者云 何, 偉 劉, 瓊 周, 宋冬冬, 彤 李, 陳永清, 志 高 申請人:宋冬冬