專利名稱：摩擦磨損試驗機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測定金屬材料的摩擦磨損性能和潤滑劑的潤滑、抗磨、減摩、抗擦傷性能和抗金屬表面疲勞性能的試驗機，該試驗機可分別進行滾動、滑動及滾滑試驗的多種功能的測試。
在評定材料之間的摩擦磨損特性時，要將測試樣品及試件置于特定的試驗機上進行試驗。通過試驗測定的摩擦系數(shù)和試驗后試件的磨損、擦傷及疲勞狀況和程度進行評定比較。在研究及發(fā)展石油產(chǎn)品中的潤滑油料時，要用試驗機測定潤滑油、脂的潤滑、抗磨、減摩、抗擦傷和抗金屬表面疲勞的多種性能。目前國內(nèi)外廣泛使用的試驗機有四球試驗機、梯姆肯試驗機、SAE試驗機、法萊克斯試驗機等。這些試驗機的不同點主要在于試件的形狀、試件之間的接觸形式、摩擦的形式、轉(zhuǎn)速、施加試驗力的方法等。由于試驗機的結(jié)構(gòu)和試驗條件的不同而使試驗機具有不同的試驗性能(參見歐風(fēng)編著的《石油產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)》石油工業(yè)出版社，1983年，596頁)。
現(xiàn)有技術(shù)中的梯姆肯試驗機是滑動摩擦形式的試驗機(參見GB－11144－89，潤滑油極壓性能測定法［梯姆肯試驗機法］)，雙滾子潤滑試驗機是滾動摩擦形式的試驗機(參見Cameron Plint Tribology，Two Roller Lubricant Testing Machine，TE73)；Amsler型磨損試驗機是具有滾動、滑動兩種摩擦形式的試驗機(參見Friction and Wear Devices，American Society of LubrlcatlonEnglneers，1976版)。國內(nèi)目前類似Amsler試驗機的商品有M－200型磨損試驗機(參見M－200磨損試驗機產(chǎn)品說明書，宣化材料試驗機廠)。該機的試件有兩種，一種是互相接觸的兩個滾子，以相反的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動，可進行滾動摩擦試驗；另一種是固定的柱銷與轉(zhuǎn)動的滾子接觸，可進行滑動摩擦試驗，均用彈簧方法施加試驗力。以上的這些試驗機在結(jié)構(gòu)、使用性能及操作中存在的不足之處主要有以下幾個方面1 試件直徑或試件之間的中心距離、試件接觸尺寸多數(shù)是固定不能改變的。
2 大多數(shù)的試驗機只有單一的摩擦形式，即只能作滑動摩擦或滾動摩擦的試驗。
3 傳動系統(tǒng)與測力系統(tǒng)間的聯(lián)接多采用齒輪聯(lián)接或萬向節(jié)式的固定聯(lián)接，因此摩擦試件之間產(chǎn)生的摩擦力因機件結(jié)構(gòu)上的聯(lián)接不當(dāng)而部分地被消耗，使力的測量產(chǎn)生一定的誤差。
4 測力機構(gòu)方面有的也存在著結(jié)構(gòu)不合理的地方，如M－200型磨損試驗機在測力機構(gòu)上采用了偏心加配重測力法，該種測力法既麻煩又不精確。
5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍偏窄，如M－200型磨損試驗機的轉(zhuǎn)速只有200－400r／min，雙滾子試驗機的轉(zhuǎn)速也只有150～3000r／min。
6 從動轉(zhuǎn)速是采用齒輪對變速的辦法而實現(xiàn)的，主動轉(zhuǎn)速和從動轉(zhuǎn)速的滾滑比調(diào)節(jié)范圍低，而且只有固定的幾檔而不能進行無級調(diào)節(jié)。
本實用新型試驗機的目的的就是針對上述的不足之處，而提供一種改進的試驗機，該機應(yīng)具有以下的性能1 能作滾動、滑動及滾動滑動三種摩擦形式的試驗。
2 摩擦試件之間的中心距離可以調(diào)節(jié)，試件的接觸尺寸可以改變。
3 加載和測力系統(tǒng)比現(xiàn)有的試驗機更靈敏、更精確。
4 主動轉(zhuǎn)速和從動轉(zhuǎn)速可以分別作無級調(diào)速，有較寬的滾滑比調(diào)節(jié)范圍。
現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型試驗機的基本結(jié)構(gòu)及特征

圖1為試驗機的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為試驗機的主動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)及試驗腔體結(jié)構(gòu)圖。
圖3為試驗機的加載測力系統(tǒng)與測力軸和從動軸的聯(lián)接部分結(jié)構(gòu)圖。
圖4為試驗機的從動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖5為試驗機校力支架結(jié)構(gòu)圖。
參見圖1，本實用新型試驗機由試驗腔體(15)，主動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)(17至23)，從動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)(1至9)，加載測力系統(tǒng)(10至14)幾個主要系統(tǒng)構(gòu)成。試驗腔體(15)用于安裝金屬試件及貯放潤滑劑。試件見圖2的(14－3)和(22－3)，可以是兩個內(nèi)孔成錐度的金屬試驗環(huán)，分別固定在主動軸(22)及測力軸(14)上。主動軸(22)是由主動電動機(17)的皮帶輪(18)帶動皮帶(19)轉(zhuǎn)動主動軸皮帶輪(23)而轉(zhuǎn)動的。主動軸(22)安裝在主動軸承座(21)內(nèi)，主動軸承座(21)固緊在主動軸承座支架(20)上。從動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)(1至9)與主動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)(17至23)完全相同，也是由從動電動機(2)轉(zhuǎn)動皮帶輪(1)帶動皮帶(3)轉(zhuǎn)動從動皮帶輪(4)而使從動軸(7)轉(zhuǎn)動，從動軸(7)安裝在從動軸承座(5)內(nèi)，從動軸承座(5)固緊在從動軸承支架(6)上。在主動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)(17至23)和從動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)(1至9)之間的是加載測力系統(tǒng)(10至14)，測力軸(14)的一端固定有金屬試驗環(huán)(圖2中的14－3)，另一端固定有一個測力傳動盤(10)，測力軸(14)的轉(zhuǎn)動是通過從動軸(7)一端的從動傳動盤(8)上的四個突起的乳頭軸(9)撥動測力傳動盤(10)上的四個通孔而實現(xiàn)的，這種非緊固式的轉(zhuǎn)動傳遞可以保證金屬試驗環(huán)(圖2的14－3和22－3)在旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的摩擦力測量不受影響。測力軸(14)裝配在測力軸承座(12)內(nèi)，測力軸承座(12)的一邊安裝在測力軸承座支架(11)上，測力軸承座(12)的另一邊裝有加載連接座(13)。載荷可根據(jù)試驗要求，通過加載連接座(13)等部件及加載杠桿(見圖3上的13－14)施加所需試驗力。試驗環(huán)(圖2的14－3和22－3)所產(chǎn)生的摩擦力通過校正測力支架組體(16)中的負(fù)荷傳感器測得并通過儀表顯示和記錄。主動軸承座支架(20)，從動軸承座支架(6)，測力軸承座支架(11)都固緊在試驗機的臺面(24)上。
參見圖2，試驗腔體(15)由不銹鋼等材料加工制成。有一個腔體門(15－1)，通過門軸軸套(15－3)與腔體聯(lián)接，腔體底面裝有一個電加熱器(15－8)，用以加熱腔體內(nèi)的潤滑劑，以適應(yīng)不同試驗溫度的要求，腔體后側(cè)板裝有一個測溫盲管(15－6)，可將測溫計插入并測量潤滑劑的試驗溫度，腔體后側(cè)板還裝有一個進氣管(15－7)，用以將所需的特定氣體加入試驗腔體(15)內(nèi)。測力軸(14)由腔體右側(cè)板軸孔穿入腔體(15)，測力軸(14)還套有擋油毛氈墊(15－5)，防止?jié)櫥瑒┭販y力軸甩出，腔體右側(cè)板還裝有上下各一片的防油檔片(15－4)，可根據(jù)所采用試件的直徑大小進行調(diào)整更換，以防止?jié)櫥瑒┰谠囼炦^程中濺出，腔體左側(cè)板緊固在主動軸承座(21)上，主動軸(22)由腔體左側(cè)板軸孔穿入腔體(15)，腔體(15)上方有一個加油孔(15－2)，用于加注液體潤滑劑，腔體下方有一個放油閥(15－9)，試驗結(jié)束后即可將液體潤滑劑放出。試驗件(14－3)、(22－3)是兩個內(nèi)孔呈錐度的試驗環(huán)，試驗時先將主動試驗環(huán)(22－3)套入主動軸(22)的錐面上，用墊片(22－2)、螺母(22－1)固緊，再將從動試驗環(huán)(14－3)套入測力軸(14)的錐面上，用墊片(14－1)、鎖緊螺母(14－2)固緊。
試驗環(huán)(14－3)，(22－3)的直徑是φ50mm～φ80mm，即兩試件的中心距是50～80mm。主動軸(22)的另一端裝有主動軸皮帶輪(23)和主動軸測速齒輪(22－4)并用螺母(22－5)固緊在主動軸(22)上。
參見圖3，測力軸承座支架(11)固緊在試驗機臺面(24)上，測力軸承座支架(11)內(nèi)腔體裝有調(diào)節(jié)柱體(11－3)，螺栓(11－1)固緊在調(diào)節(jié)柱體(11－3)上，由調(diào)節(jié)螺母(11－2)調(diào)整；調(diào)節(jié)柱體(11－3)上端加工有兩個孔眼，由可轉(zhuǎn)動的支撐橫軸(11－4)穿過。支撐立軸(11－5)固緊在支撐橫軸(11－4)上，支撐立軸(11－5)上方裝有一個單列向心推力球軸承(11－6)，推力向心球軸承(11－6)鑲?cè)胼S承套(11－7)內(nèi)，軸承套(11－7)固緊在測力軸承座(12)上。配重聯(lián)接板(11－9)固緊在軸承套(11－7)上，配重聯(lián)接板(11－9)上面配有平衡塊(11－8)。測力軸(14)安在測力軸承座(12)內(nèi)，測力軸(14)的一端裝有測力傳動盤(10)被螺母(14－4)固緊，并通過乳頭軸(9)與從動軸(7)上的傳動盤(8)相聯(lián)。測力軸承座(12)與加載部分(13，13－1至13－5)的加載聯(lián)接座(13)相固定，加載聯(lián)接座(13)內(nèi)有一刀口式滑塊(13－3)，單列向心球軸承(13－2)外環(huán)放在刀口上，聯(lián)接小軸(13－1)橫穿軸承(13－2)內(nèi)環(huán)，聯(lián)接掛板(13－4)套在聯(lián)接小軸(13－1)兩端與上聯(lián)接塊(13－5)相連，上聯(lián)接塊(13－5)通過調(diào)節(jié)螺套(13－6)與聯(lián)接螺栓(13－7)相聯(lián)，聯(lián)接螺栓(13－7)另端固緊在負(fù)荷傳感器(13－8)上，負(fù)荷傳感器(13－8)的另一端則與下聯(lián)接塊(13－15)相固緊，下聯(lián)接塊(13－15)通過聯(lián)接板(13－13)與橫穿加載杠桿(13－14)的可轉(zhuǎn)動的加載聯(lián)接軸(13－11)相連，加載杠桿(13－14)與加載聯(lián)接軸(13－14)之間裝有一滾針軸承(13－12)，可轉(zhuǎn)動的加載固定軸(13－10)橫穿加載杠桿(13－14)安裝在加載支架(13－9)上，加載支架(13－9)固緊在試驗機臺面上。
參見圖3及圖4可以看出，從動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)與主動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上完全相同。傳動盤(8)由螺母(7－3)固緊在從動軸(7)上；乳頭軸(9)由螺母(9－1)固緊在傳動盤(8)上。從動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的從動軸(7)可以由傳動盤(8)、乳頭軸(9)與加載測力系統(tǒng)的測力傳動盤(10)、測力軸(14)進行非固定式轉(zhuǎn)動傳遞。從動軸(7)的另一端裝有從動軸皮帶輪(4)和從動軸測速齒輪(7－2)并用螺母(7－1)固緊在從動軸(7)上。
參見圖5，校正測力支架組體(16)是由測力支架(16－4)、傳感器托架(16－5)、測力傳感器(16－6)及校力機構(gòu)支架(16－1)、校力支撐滑輪(16－3)、滑輪小軸(16－2)組成。校正時可將校力砝碼托盤(16－7)的鋼絲繩聯(lián)接在測力桿(12－1)上，鋼絲繩通過校力支撐滑輪(16－3)的凹槽，將砝碼施加在校力砝碼托盤(16－7)上，測力桿(12－1)推動測力傳感器(16－6)，此時顯示的力值應(yīng)與砝碼力值一致。
試驗時，先將主動試驗環(huán)(22－3)安裝在主動試驗軸(22)的錐面上，并用墊片(22－2)、螺母(22－1)固緊，再將從動試驗環(huán)(14－3)安裝在測力軸(14)的錐面上，并用墊片(14－1)、螺母(14－2)固緊，用螺釘上緊試驗腔體門(15－1)，通過加油孔(15－2)加入規(guī)定量的潤滑劑；按照試驗要求的試驗力施加到加載杠桿(13－14)上，此時摩擦件的接點承受了所施加的試驗力，即可進行運轉(zhuǎn)試驗。若進行滑動試驗時，應(yīng)將鎖緊板(10－1)一端插入測力傳動盤(10)的開口處，并將另一端鎖緊在測力軸承座(12)上，此時測力軸(14)已被固緊不能轉(zhuǎn)動，即可進行滑動試驗，按試驗要求調(diào)整主動電動機(17)的轉(zhuǎn)速。若進行滾滑試驗時，應(yīng)除去鎖緊板(10－1)，按試驗要求的轉(zhuǎn)速及滾滑比先調(diào)整好從動電機(2)的轉(zhuǎn)速，再調(diào)整主動電動機(17)的轉(zhuǎn)速，運轉(zhuǎn)過程中由于摩擦所產(chǎn)生的摩擦力迫使測力軸(14)帶動測力軸承座(12)向后偏移，測力軸承座上的測力桿(12－1)推動測力傳感器(16－6)，其摩擦力值由儀表顯示并記錄。試驗結(jié)束后，測出試件的磨跡尺寸，及判斷分析試件的擦傷、疲勞狀況和程度。試驗后的油樣通過放油閥(15－9)排出。
當(dāng)需要更換不同直徑的試件時，可以分別通過調(diào)節(jié)加載測力系統(tǒng)中的螺套(13－6)；旋轉(zhuǎn)測力軸承座支架(11)中的螺母(11－2)，使螺栓(11－1)帶動調(diào)節(jié)柱體(11－3)升降；旋轉(zhuǎn)從動軸座支架(6)中的螺母(5－2)通過螺栓(5－3)帶動調(diào)節(jié)柱體(5－1)升降，使測力軸承座(12)及測力軸(14)、從動軸承座(5)及從動軸(7)隨試件直徑尺寸大小，調(diào)整合適后分別固定之。
與現(xiàn)有的類似性能試驗機相比，本實用新型試驗機的特殊性能及優(yōu)點是1、由于采用了鎖緊板(10－1)定位措施，當(dāng)測力軸(14)被鎖緊板(10－1)固緊在測力軸承座(12)上時，本試驗機可以進行滑動試驗；而測力軸(14)未被固緊時，可進行滾動或滾滑摩擦形式的試驗。
2、試驗環(huán)(14－3)、(22－3)的接觸寬度可以通過調(diào)整主動軸承座(21)左右位置來實現(xiàn)，主動、從動試驗環(huán)的中心距離可以通過調(diào)整從動軸承座(5)及測力軸承座(12)的高度而改變。試驗環(huán)直徑可以在50至80毫米間變動，因此可以提高本實用新型試驗機的使用效率和擴大應(yīng)用范圍。
3、本實用新型試驗機的加載測力系統(tǒng)由于從動軸(7)與測力軸(14)之間采用了乳頭軸(9)與測力傳動盤(10)中通孔的非固定式轉(zhuǎn)動傳遞，加載部分與測力軸承座(12)之間的聯(lián)接采用了軸承(13－2)外環(huán)與滑塊刀口(13－3)的可移動式聯(lián)接結(jié)構(gòu)，測力軸承座(12)的支撐采用了推力球軸承(11－6)作為可旋轉(zhuǎn)式支撐，加載測力系統(tǒng)減少了接觸部分，也減少了摩擦部分的摩擦力；以上的這些結(jié)構(gòu)都在很大程度上提高了測量的準(zhǔn)確度和精度。
4、本實用新型試驗機是采用了兩臺高精度調(diào)整裝置控制的永磁直流伺服電動機(2)、(17)分別帶動主動軸(22)和從動軸(7)轉(zhuǎn)動工作的，因此本試驗機的主動和從動轉(zhuǎn)速及滾滑比均可在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。現(xiàn)有技術(shù)中類似試驗機的從動軸的轉(zhuǎn)動是由主動軸經(jīng)齒輪對變速而實現(xiàn)的，其轉(zhuǎn)速和滾滑比的調(diào)節(jié)均受到一定限制。
本試驗機性能的具體指標(biāo)是主動轉(zhuǎn)速3～3000r／min，從動轉(zhuǎn)速3～2000r／min，滾滑比70％以下，試驗力5000N以下，試驗溫度室溫－150℃，用油量450ml，摩擦力測定范圍1000N以下。
權(quán)利要求1.一種可測定金屬材料的摩擦磨損性能和潤滑劑的潤滑、抗磨、減摩、抗擦傷性能和抗金屬表面疲勞性能的摩擦磨損試驗機，由試驗腔體、主動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、從動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)及加載測力系統(tǒng)等部份構(gòu)成，本試驗機的特征是(1)主動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)(17至23)和從動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)(1至9)分別由兩臺高精度調(diào)速裝置控制的永磁直流伺服電動機(17、2)帶動；(2)從動軸(7)與測力軸(14)之間用乳頭軸(9)撥動測力傳動盤(10)上的通孔實現(xiàn)非緊固式的轉(zhuǎn)動傳遞；(3)加載部份(13，13-1至13-5)與測力軸承座(12)之間是可移動式的聯(lián)接結(jié)構(gòu)；(4)測力軸承座(12)的支撐是可旋轉(zhuǎn)的支撐結(jié)構(gòu)；(5)主動軸承座(21)與主動軸承座支架(20)兩部件的連接是可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)；(6)試件(14-3)、(22-3)之間中心距離的調(diào)節(jié)是通過測力軸承座(12)和從動軸承座(5)的高度可調(diào)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的摩擦磨損試驗機，其特征在于所說的加載系統(tǒng)的聯(lián)接座(13)內(nèi)有一刀口式滑塊(13－3)，其刀口上是單列向心球軸承(13－2)的外環(huán)，其內(nèi)環(huán)由一聯(lián)接小軸(13－1)橫穿，聯(lián)接小軸(13－1)的兩端套有聯(lián)接掛板(13－4)并與上聯(lián)接塊(13－5)相連，經(jīng)過調(diào)節(jié)螺套(13－6)、聯(lián)接螺栓(13－7)后固緊在負(fù)荷傳感器(13－8)上，負(fù)荷傳感器(13－8)的另一端經(jīng)過下聯(lián)接塊(13－15)、下聯(lián)接板(13－13)、加載杠桿(13－14)、加載聯(lián)接軸(13－11)、滾針軸承(13－12)聯(lián)接在加載固定軸(13－10)上，加載固定軸橫穿加載杠桿(13－14)安裝在加載支架(13－9)上，載荷可通過加載杠桿(13－14)施加至試驗件上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的摩擦磨損試驗機，其特征在于所說的測力系統(tǒng)的測力軸承座支架(11)內(nèi)有調(diào)節(jié)柱體(11－3)，其上端由一可移動的支撐橫軸(11－4)穿過，在支撐橫軸(11－4)上固定有一支撐立軸(11－5)，在支撐立軸(11－5)上又裝有一個單列向心推力球軸承(11－6)，此推力球軸承(11－6)鑲?cè)胼S承套(11－7)內(nèi)，軸承套(11－7)與測力軸承座(12)相連，測力軸座支架(11)固定在試驗機臺面(24)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的摩擦磨損試驗機，其特征在于所說的主動軸承座(21)與主動軸承支架(20)是分開的兩個部件，主動軸承座(21)可以根據(jù)主動試件及從動試件的接觸長短進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后兩部件相互固緊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的摩擦磨損試驗機，其特征在于當(dāng)需要更換不同尺寸的試件時，可以分別通過調(diào)節(jié)加載測力系統(tǒng)中的螺套(13－6)，旋轉(zhuǎn)測力軸承座支架(11)中的螺母(11－2)，使螺栓(11－1)帶動調(diào)節(jié)柱體(11－3)升降；旋轉(zhuǎn)從動軸承座支架(6)中的螺母(5－2)通過螺栓(5－3)帶動調(diào)節(jié)柱體(5－1)升降，可使測力軸承座(12)及測力軸(14)，從動軸承座(5)及從動軸(7)隨試件尺寸大小，調(diào)整合適后分別固定之。
專利摘要一種可測定金屬材料的摩擦磨損性能和潤滑劑的潤滑、抗磨、減摩、抗擦傷性能和抗金屬表面疲勞性能的滾滑型摩擦磨損試驗機，由試驗腔體、主動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，從動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、加載測力系統(tǒng)等部分構(gòu)成。該試驗機的主動、從動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速可以分別任意調(diào)節(jié)，可以測定在滾動、滑動及滾滑下的摩擦磨損性能，其滾滑比范圍要比一般的雙滾子式試驗機寬，摩擦試件的中心距離和接觸寬度均可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，加載測力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，機械阻力小，測定精度高，使用范圍廣。
文檔編號G01N3/56GK2081534SQ9022572
公開日1991年7月24日 申請日期1990年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月13日
發(fā)明者臧維滿, 顧新華, 展鳳彩, 王殿福 申請人:中國石油化工總公司石油化工科學(xué)研究院