本發(fā)明涉及試驗設備領域，特別涉及到一種微動摩擦試驗機。

背景技術：

在工業(yè)中，微動損傷是普遍存在的。在緊密連接的部件之間，由于機械的不斷工作，對于部件會施加一個交變載荷，使接觸表面間發(fā)生振幅非常小的相對運動，也就是微動。由于微動的存在，經(jīng)過長時間的工作，就會產(chǎn)生微動損傷。隨著現(xiàn)代高科技領域?qū)τ诰葔勖煽啃缘囊笤絹碓礁?，同時工況條件愈發(fā)苛刻，微動損傷造成的危害變得不可忽略。微動損傷已經(jīng)成為一些關鍵零部件失效的主要原因，有工業(yè)癌癥之稱。因此需要設計一種微動試驗裝置來模擬摩擦磨損過程，以進行損傷機理及防護評價研究，考察材料的力學性能和失效規(guī)律。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術中的不足，提供一種微動摩擦試驗機，以解決上述問題。

本發(fā)明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現(xiàn)：

一種微動摩擦試驗機，包括工作臺以及設于工作臺上的施力機構、上夾具機構、下夾具機構、振動機構和顯示屏，施力機構包括下壓板和立柱，立柱有四根且分別穿設于下壓板的四個角上，還包括用于帶動下壓板沿立柱的長度方向上下滑動的驅(qū)動組件；上夾具機構為夾爪結構，上夾具機構設于下壓板的下方且與下壓板的底部可拆卸相連，上夾具機構和下壓板之間設有三維傳感器；下夾具機構設于上夾具機構的下方，下夾具機構包括溫變濕變自適應盒、應力應變片和固定橡膠圈，溫變濕變自適應盒的頂部開口且內(nèi)部空腔，應力應變片設于溫變濕變自適應盒的外側，固定橡膠圈的一端與應力應變片相連，另一端穿過溫變濕變自適應盒的側壁伸入溫變濕變自適應盒中，溫變濕變自適應盒內(nèi)的底面上設有若干可自由轉動的固定球；振動機構包括激振器、壓電晶體、x軸滑軌、滑動塊以及橫向設于x軸滑軌上方的導桿，滑動塊套設于導桿上并可沿導桿的延伸方向自由滑動，滑動塊一側的導桿上還設有振動塊，振動塊的底部設于x軸滑軌上，激振器設于x軸滑軌的一側且其輸出端與振動塊相連；滑動塊上設有y軸滑軌和下夾具固定板，下夾具固定板設于y軸滑軌上并可沿y軸滑軌的延伸方向自由滑動，壓電晶體有兩個且分別設于下夾具固定板的兩側，溫變濕變自適應盒設于下夾具固定板上，且與下夾具固定板可拆卸相連。

進一步的，所述驅(qū)動組件包括升降絲杠、安裝板以及驅(qū)動升降絲杠轉動的步進電機，安裝板設于下壓板的上方且與立柱固定相連；步進電機固定設于安裝板上，步進電機的輸出端與升降絲杠傳動相連；升降絲杠為滾珠絲杠，升降絲杠上套設有滾珠螺母，下壓板與滾珠螺母固定相連；下壓板的四個角上分別開設有穿孔，穿孔中分別設有直線滑動軸承，四根立柱分別與對應的直線滑動軸承相連。

進一步的，所述安裝板和下壓板之間設有緩沖件，緩沖件包括壓縮彈簧和阻尼器，壓縮彈簧的兩端分別與安裝板和下壓板相連，阻尼器穿設于壓縮彈簧中。

進一步的，所述x軸滑軌的兩端分別設有支座，導桿的兩端分別架設于兩側的支座上。

進一步的，所述上夾具機構包括上頂板、調(diào)節(jié)塊、螺紋桿、固定架和三個夾持爪，下壓板的底部設有上夾具固定板，上頂板與上夾具固定板可拆卸相連，調(diào)節(jié)塊設于上頂板的底部，調(diào)節(jié)塊為圓臺結構，且其頂部的截面大于其底部的截面，螺紋桿的頂部與調(diào)節(jié)塊的底部固定相連，固定架套設于螺紋桿上且與螺紋桿螺紋相連，固定架的外壁上設有開三個豁口，三個夾持爪分別設于對應的豁口中，夾持爪的兩側與固定架可轉動相連，夾持爪外套設有限位橡膠圈。

進一步的，所述溫變濕變自適應盒的兩側的底部分別設有與y軸滑軌上的滑槽相適應的滑動滾輪。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明利用激振器和壓電晶體作為振動驅(qū)動，分別提供了常規(guī)振動和微振動，即雙向的疊加符合振動模式，操作簡單，減小了實驗結果的誤差，實驗精度高；通過非標件制造出的施力機構結合三維傳感器進行數(shù)據(jù)的采集，簡化實驗過程，提高實驗結果的精確性和穩(wěn)定性；通用的上夾具機構和下夾具機構的設計，使得本發(fā)明可適用于多種接觸形式下的實驗環(huán)境，大大提高了適用范圍；多向符合振動的疊加使得復雜振動的模擬成為可能。

本發(fā)明實現(xiàn)了壓力的穩(wěn)定施加和自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了雙向的常規(guī)振動與微振動的疊加復合振動模式，實現(xiàn)了微動摩擦實驗的輸入控制和輸出結果的實時顯示功能。整個裝置結構簡單，故障率低，易于制造，利于投入生產(chǎn)；同時可更換不同實驗試樣，實現(xiàn)了試驗機的通用性和普適性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的微動摩擦試驗機的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的施力機構的結構示意圖。

圖3為本發(fā)明所述的上夾具機構的結構示意圖。

圖4為本發(fā)明所述的下夾具機構的結構示意圖。

圖5為本發(fā)明所述的振動機構的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發(fā)明。

參見圖1～圖5，本發(fā)明所述的一種微動摩擦試驗機，包括工作臺10以及設于工作臺10上的施力機構20、上夾具機構30、下夾具機構40、振動機構50和顯示屏60。顯示屏60用于輸出信息的采集和實時測量顯示。施力機構20包括下壓板21和立柱22，立柱22有四根且分別穿設于下壓板21的四個角上，還包括用于帶動下壓板21沿立柱的長度方向上下滑動的驅(qū)動組件。

上夾具機構30為夾爪結構，上夾具機構30設于下壓板21的下方且與下壓板21的底部可拆卸相連。上夾具機構30和下壓板21之間設有三維傳感器，以測量輸出x、y、z三向的受力情況。

下夾具機構40設于上夾具機構30的下方，下夾具機構40包括溫變濕變自適應盒41、應力應變片42和固定橡膠圈43。溫變濕變自適應盒41的頂部開口且內(nèi)部空腔，應力應變片42設于溫變濕變自適應盒41的外側。固定橡膠圈43的一端與應力應變片42相連，另一端穿過溫變濕變自適應盒41的側壁伸入溫變濕變自適應盒41中。通過應力應變片42帶動固定橡膠圈43在溫變濕變自適應盒41伸縮，溫變濕變自適應盒41為矩形結構，通過四周的固定橡膠圈43伸向溫變濕變自適應盒41的中心從而對試樣進行抵住固定，可通過螺栓件對應力應變片42的位置進行固定。溫變濕變自適應盒41內(nèi)的底面上設有若干可自由轉動的固定球44，試驗時將試樣設于固定球44上較直接置放于溫變濕變自適應盒41的底面上可大大減少試樣與接觸面的相對摩擦，提高了試驗的準確度。溫變濕變自適應盒41用于承載下試樣，通過下固定橡膠圈43限制下試樣在x，y軸的自由度，通過固定球44在z向支撐下試樣。

振動機構50包括激振器51、壓電晶體52、x軸滑軌53、滑動塊54以及橫向設于x軸滑軌53上方的導桿55?；瑒訅K54套設于導桿55上并可沿導桿55的延伸方向自由滑動?；瑒訅K54一側的導桿55上還設有振動塊56，振動塊56的底部設于x軸滑軌53上。激振器51設于x軸滑軌53的一側且其輸出端與振動塊56相連?；瑒訅K54上設有y軸滑軌57和下夾具固定板58。下夾具固定58板設于y軸滑軌57上并可沿y軸滑軌57的延伸方向自由滑動。壓電晶體52有兩個且分別設于下夾具固定板58的兩側，用于驅(qū)動下夾具固定板58產(chǎn)生微動。溫變濕變自適應盒41設于下夾具固定板58上，溫變濕變自適應盒41的底部設有螺紋連接孔，通過連接螺栓與下夾具固定板58可拆卸相連。滑動塊54通過激振器51驅(qū)動產(chǎn)生常規(guī)振動，沿導桿55做直線運動，滑動塊54和x軸滑軌53的直線運動副也保證了常規(guī)振動的往復運動方向。

驅(qū)動組件包括升降絲杠231、安裝板232以及驅(qū)動升降絲杠231轉動的步進電機233，安裝板232設于下壓板21的上方且與立柱22固定相連。步進電機233固定設于安裝板232上，步進電機233的輸出端與升降絲杠231傳動相連。升降絲杠231為滾珠絲杠，升降絲杠231上套設有滾珠螺母，下壓板21與滾珠螺母固定相連。下壓板21的四個角上分別開設有穿孔，穿孔中分別設有直線滑動軸承24，四根立柱22分別與對應的直線滑動軸承24相連，立柱22通過直線滑動軸承24控制運動方向。

安裝板232和下壓板12之間設有緩沖件，緩沖件包括壓縮彈簧251和阻尼器252。壓縮彈簧251的兩端分別與安裝板232和下壓板21相連，阻尼器252穿設于壓縮彈簧251中。步進電機233帶動下壓板21開始運動時，壓縮彈簧251和阻尼器252構成對步進電機233的閉環(huán)控制以保證壓力的穩(wěn)定施加，同時帶動上夾具機構30豎直向下運動。

x軸滑軌53的兩端分別設有支座59，導桿55的兩端分別架設于兩側的支座59上。

上夾具機構30包括上頂板31、調(diào)節(jié)塊32、螺紋桿33、固定架34和三個夾持爪35。上頂板31為非標定制板，下壓板21的底部設有上夾具固定板36，上頂板31與上夾具固定板36可拆卸相連，可通過螺栓件進行螺紋連接。調(diào)節(jié)塊32設于上頂板31的底部，調(diào)節(jié)塊32為圓臺結構，且其頂部的截面大于其底部的截面。螺紋桿33的頂部與調(diào)節(jié)塊32的底部固定相連，固定架34套設于螺紋桿33上且與螺紋桿33螺紋相連。固定架34的外壁上設有開三個豁口，三個夾持爪35分別設于對應的豁口中?？稍趭A持爪35底部的內(nèi)壁上設置橡膠層，不僅防滑而且避免對樣件劃傷。夾持爪35的兩側與固定架34可轉動相連，夾持爪35外套設有限位橡膠圈37。通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)塊32與夾持爪35的接觸配合來放進或取出球狀上試樣，該接觸配合通過限位橡膠圈37，每個夾持爪35的內(nèi)壁上均有螺紋固定的旋轉自由度，且該自由度同樣由限位橡膠圈37。使用的過程中，通過固定架34和螺紋桿33的相對旋轉可帶動夾持爪35升降，夾持爪35上升時其底部與調(diào)節(jié)塊32的側壁碰觸，由于調(diào)節(jié)塊32的頂部的截面大于其底部的截面，因此三個夾持爪35越往上其頂部之間的間距越大，從而其底部的間距變小對樣件進行抓取抓緊；同理，夾持爪35相對螺紋桿33下降時，三個夾持爪35底部的間距變大對樣件松開，通過限位橡膠圈37可確保三個夾持爪35的夾緊度和松開度，使對樣品的放進或取出更加可靠。當然，上夾具機構30并不限于上述結構，只要能將樣件有效抓取和松開的結構均適用于此，可以是機械手結構。

溫變濕變自適應盒41的兩側的底部分別設有與y軸滑軌57上的滑槽相適應的滑動滾輪45?；瑒訚L輪45與y軸滑軌57滾動接觸配合，以控制下夾具固定板58使下夾具機構40做定向的直線微振動，同時滾動摩擦副可以減少摩擦因素對實驗結果的影響。

本發(fā)明使用的過程中，通過夾持爪335將試樣抓取并放入到固定球44上，通過激振器51、壓片晶體52產(chǎn)生常規(guī)振動和微振動，通過x軸滑軌53、導桿55、y軸滑軌57以及升降絲杠231的調(diào)節(jié)配合來控制樣件在x、y、z三向上的受力，通過三維傳感器可檢測x、y、z三向上樣件的受力情況，并通過顯示屏60實時顯示微動摩擦實驗輸入控制和輸出摩擦測試數(shù)據(jù)，使用十分方便。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。