CN101832898B - 一种卧式端面摩擦磨损试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种卧式端面摩擦磨损试验机，该试验机主要由动力系统、传动系统、轴向力加载系统、扭转载荷加载系统、测试系统和辅助支承系统组成。在实际使用中，可以在很宽的范围内通过对负荷、转速、时间、温度以及摩擦副表面状况等参数进行调整选择，既可以对小产品试样在各种影响因素作用下其摩擦磨损性能的变化情况进行考察，也可以对相应的实物零件进行实际使用工况的模拟试验研究，从而实现对试样材料的摩擦学特性及其相应产品使用性能的综合考察分析。
Description
技术领域：
本发明涉及一种摩擦磨损试验机，尤其涉及分析圆柱形试样端面及相应实物零件摩擦磨损性能的试验机。
背景技术：
目前，开展摩擦磨损试验的主要目的有：进行各种摩擦副摩擦学性能的基础性分析、评定材料的摩擦磨损性能、评定润滑剂的工作性能和进行使用条件下的模拟试验等。现有的端面摩擦磨损试验机装置中往往采用一试样旋转而另一试样固定的测量方法，此类试验机多是单一用于针对某一产品试样进行前述目的摩擦学性能分析。实物模拟试验由于代价昂贵而很难进行，即使开展了，也是在其专用试验机上进行的。试样与实物的试验环境往往差别较大。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种卧式端面摩擦磨损试验机，利用该试验机既可以对较小产品试样，也可以对较大产品试样或实物进行摩擦学性能试验研究。具体内容如下
本发明提供的卧式端面摩擦磨损试验机主要包括铸铁平板1、电动机2、变频控制器3、第一联轴器4、第一传动轴5、第一轴承座6、左试样安装盘7、右小试样安装盘8、非接触式红外线测温仪9、右大试样安装盘10、大试样轴向加载机构11、小试样轴向加载机构12、导向杆13、液压加载系统14、第二传动轴15、第二联轴器16、电涡流测功机17、测功机控制柜18、测功机支架19、第二轴承座20、第二轴承座支架21、测力传感器支架22、测力传感器显示仪表23、测力传感器24、第一轴承座支架25、电动机支架26。电动机2通过电动机支架26固定在铸铁平板1上，利用第一联轴器4将电动机轴36和第一传动轴5相连接；第一传动轴5通过深沟球轴承34支承在第一轴承座6上，第一轴承座6通过第一轴承座支架25固定在铸铁平板1上；第二传动轴15通过深沟球轴承42、深沟球轴承43支承在第二轴承座20上，第二轴承座20通过第二轴承座支架21固定在铸铁平板1上；利用第二联轴器16将第二传动轴15和测功机轴46相连接，扭转载荷加载系统由电涡流测功机17和测功机控制柜18组成，电涡流测功机17通过测功机支架19固定在铸铁平板1上。
第一轴承座6两端安装有第一轴承座左端盖29和第一轴承座右端盖32，并采用第一轴承座左密封圈30和第一轴承座右密封圈31进行密封。利用套筒28和第一传动轴5上的阶梯轴对深沟球轴承34内圈进行轴向定位，深沟球轴承34外圈则通过第一轴承座左端盖29和第一轴承座6阶梯孔进行轴向定位。推力轴承33左右两侧分别通过过盈配合安装在第一轴承座6内和第一传动轴5上，其中右侧同时和第一传动轴5上的阶梯轴相接触。左试样安装盘7通过花键孔和第一传动轴5花键轴段相联接，通过左试样安装螺纹38可将待测试样安装在左试样安装盘7上。
第二轴承座20两端安装有第二轴承座左端盖51和第二轴承座右端盖48，并采用第二轴承座左密封圈52和第二轴承座右密封圈49进行密封。利用套筒47、套筒50、套筒53对深沟球轴承42、深沟球轴承43内圈进行轴向定位，深沟球轴承42和深沟球轴承43外圈则分别通过第二轴承座左端盖51、第二轴承座右端盖48同第二轴承座20阶梯孔进行轴向定位。通过螺钉54将套筒53固定在第二传动轴15上。
轴向力加载系统主要由液压加载系统14、导向杆13、加载环39、加载推力轴承40和加载盘41组成。加载盘41空套在第二传动轴15上，并通过导向孔57和导向杆13相连接，导向杆13则通过导向孔55安装在第二轴承座20上。加载环39空套在第二传动轴15上，加载推力轴承40左右两侧分别通过过盈配合安装在加载环39内孔和加载盘41外阶梯圆周上。
测量大试样时，加载环39左侧面同右大试样安装盘10相接触，而右大试样安装盘10则通过花键孔和第二传动轴15花键轴段相联接，通过右大试样安装螺纹56可将待测试样安装在右大试样安装盘10上。
测量小试样时，加载环39左侧面同右小试样安装盘8相接触，而右小试样安装盘8则是空套在小试样测试用轴58上，通过右小试样安装螺纹59将待测试样安装在右小试样安装盘8上。测试用轴58与第二传动轴15可以是同样结构，也可以采用无花键轴段而其它部分与第二传动轴15相同的结构方案。右小试样安装盘8正下方有测摩擦力矩用杠杆61，杠杆61和测力传感器24相接触，测力传感器24则通过测力传感器支架22固定在铸铁平板1上。通过温度传感器安装螺纹60可以将热电偶温度传感器安装在右小试样安装盘8上。
本发明提供的摩擦磨损试验机在工作时，通过变频控制器3实现电动机2输出转速的连续调节，通过调整液压加载系统14的加载液压缸62和加载液压缸63的压力实现摩擦面在不同正压力作用下的测试要求。
摩擦力矩的测量根据试样大小不同，采取以下两种方法进行测量：
方法一：对于小试样，在最大试验正压力下产生的摩擦力矩小于20N.m时，采用左试样旋转，右试样静止的端面接触滑动摩擦形式，对试样的摩擦磨损性能进行试验检测。具体过程是，通过测力传感器24和右小试样安装盘8正下方测摩擦力矩用杠杆61接触，测取阻止右小试样安装盘8旋转的力F，并测量出力臂L，则力矩M＝F·L即可作为摩擦面产生的摩擦力矩，结合摩擦面的具体形状，可以进一步求出当量摩擦系数大小；
方法二：对于大试样或实物零件，主要是通过电涡流测功机17施加扭转载荷的方式实现。在扭转载荷作用下，当系统达到平衡状态后，忽略传动系摩擦损失，摩擦面所传递扭矩的大小与通过电涡流测功机17施加的扭转载荷相等。然后可以结合摩擦面的具体形状，求出相应当量摩擦系数大小。
摩擦面温度的测量，对于小试样，由于右小试样安装盘8是静止的，可以通过温度传感器安装螺纹60安装热电偶温度传感器进行测量。而对于大试样或实物零件，由于测试表面都是在旋转运动，在线测量摩擦表面温度十分困难，这里采用非接触式红外线测温仪9对试样外圆表面温度进行在线测量，而摩擦面表面温度则通过达到稳定状况后进行停机测量的方式进行。
各种信号经过数据采集和计算机处理，最终可以得到轴向载荷-时间、摩擦力矩-时间、表面温度-时间、转速-时间和摩擦系数-时间等关系曲线。
本发明的积极效果有：该试验机在实际使用中，可以在很宽的范围内通过对负荷、转速、时间、温度以及摩擦副表面状况等参数进行调整选择，既可以对小产品试样在各种影响因素作用下其摩擦磨损性能的变化情况进行考察，也可以对相应的实物零件进行实际使用工况的模拟试验研究，从而实现对试样材料的摩擦学特性及其相应产品使用性能的综合考察分析。
附图说明：
图1是试验机总体结构组成示意图。
图2是第一轴承座上相关零部件的装配示意图。
图3是第一轴承座结构左视图。
图4是测量试样左安装盘结构示意图。
图5是第二轴承座上相关零部件的装配示意图。
图6是第二轴承座结构左视图
图7是测量大试样时右安装盘结构示意图。
图8是加载盘结构示意图。
图9是测量小试样右安装盘安装结构示意图。
图10是测力传感器安装结构示意图。
图11是液压加载系统示意图。
图12是数据采集分析系统示意图
图中，1-铸铁平板，2-电动机，3-变频控制器，4-第一联轴器，5-第一传动轴，6-第一轴承座，7-左试样安装盘，8-右小试样安装盘，9-非接触式红外线测温仪，10-右大试样安装盘，11-大试样轴向加载机构，12-小试样轴向加载机构，13-导向杆，14-液压加载系统，15-第二传动轴，16-第二联轴器，17-电涡流测功机，18-测功机控制柜，19-测功机支架，20-第二轴承座，21第二轴承座支架，22-测力传感器支架，23-测力传感器显示仪表，24-测力传感器，25-第一轴承座支架，26-电动机支架，27-平键，28-套筒，29-第一轴承座左端盖，30-第一轴承座左密封圈，31-第一轴承座右密封圈，32-第一轴承座右端盖，33-推力轴承，34-深沟球轴承，35-平键，36-电动机轴，37-通孔，38-左试样安装螺纹，39-加载环，40-加载推力轴承，41-加载盘，42-深沟球轴承，43-深沟球轴承，44-平键，45-平键，46-测功机轴，47-套筒，48-第二轴承座右端盖，49-第二轴承座右密封圈，50-套筒，51-第二轴承座左端盖，52-第二轴承座左密封圈，53-套筒，54-螺钉，55-导向孔，56-右大试样安装螺纹，57-导向孔，58-由小试样测式用轴，59-右小试样安装螺纹，60-温度传感器安装螺纹，61-测摩擦力矩用杠杆，62-加载液压缸，63-加载液压缸。
具体实施方式：
如图1所示，该摩擦磨损试验机主要由动力系统、传动系统、轴向力加载系统、扭转载荷加载系统、测试系统和辅助支承系统组成。动力系统主要由电动机2和变频控制器3组成，电动机2通过电动机支架26固定在铸铁平板1上，第一轴承座6通过第一轴承座支架25固定在铸铁平板1上，测力传感器24则通过测力传感器支架22固定在铸铁平板1上，第二轴承座20通过第二轴承座支架21固定在铸铁平板1上，电涡流测功机17通过测功机支架19固定在铸铁平板1上。
如图2、图3、图4所示，第一联轴器4和电动机轴36之间采用平键35进行周向固定联接，第一联轴器4和第一传动轴5之间通过平键27进行周向固定联接，第一传动轴5通过深沟球轴承34支承在第一轴承座6上。第一轴承座6两端安装有第一轴承座左端盖29和第一轴承座右端盖32，并采用第一轴承座左密封圈30和第一轴承座右密封圈31进行密封。利用套筒28和第一传动轴5上的阶梯轴对深沟球轴承34内圈进行轴向定位，深沟球轴承34外圈则通过第一轴承座左端盖29和第一轴承座6阶梯孔进行轴向定位。推力轴承33左右两侧分别通过过盈配合安装在第一轴承座6内和第一传动轴5上，其中右侧同时和第一传动轴5上的阶梯轴相接触。左试样安装盘7通过花键孔和第一传动轴5花键轴段相联接，通过左试样安装螺纹38可将待测试样安装在左试样安装盘7上。
如图1、图5、图6、图7、图8所示，第二传动轴15通过深沟球轴承42、深沟球轴承43支承在第二轴承座20上，第二轴承座20两端安装有第二轴承座左端盖51和第二轴承座右端盖48，并采用第二轴承座左密封圈52和第二轴承座右密封圈49进行密封。利用套筒47、套筒50、套筒53对深沟球轴承42、深沟球轴承43内圈进行轴向定位，深沟球轴承42和深沟球轴承43外圈则分别通过第二轴承座左端盖51、第二轴承座右端盖48同第二轴承座20阶梯孔进行轴向定位。通过螺钉54将套筒53固定在第二传动轴15上。轴向力加载系统主要由液压加载系统14、导向杆13、加载环39、加载推力轴承40和加载盘41组成。加载盘41空套在第二传动轴15上，并通过导向孔57和导向杆13相连接，导向杆13则通过导向孔55安装在第二轴承座20上。加载环39空套在第二传动轴15上，加载推力轴承40左右两侧分别通过过盈配合安装在加载环39内孔和加载盘41外圆周上。测量大试样时，加载环39左侧面同右大试样安装盘10相接触，而右大试样安装盘10则通过花键孔和第二传动轴15花键轴段相联接，通过右大试样安装螺纹56可将待测试样安装在右大试样安装盘10上。
扭转载荷加载系统由电涡流测功机17和测功机控制柜18组成，利用第二联轴器16将测功机轴46和第二传动轴15相连接，第二联轴器16和测功机轴46之间采用平键45进行周向固定联接，第二联轴器16和第二传动轴15之间通过平键44进行周向固定联接。
如图9、图10所示，测量小试样时，加载环39左侧面同右小试样安装盘8相接触，而右小试样安装盘8则是空套在小试样测试用轴58上，通过右小试样安装螺纹59将待测试样安装在右小试样安装盘8上。测试用轴58与第二传动轴15可以是同样结构，也可以采用无花键轴段而其它部分与第二传动轴15相同的结构方案。右小试样安装盘8正下方有测摩擦力矩用杠杆61，杠杆61和测力传感器24相接触。通过温度传感器安装螺纹60可以将热电偶温度传感器安装在右小试样安装盘8上。
主要参数测量方案：
本发明提供的摩擦磨损试验机在工作时，通过变频控制器3实现电动机2输出转速的连续调节，通过调整液压加载系统14的加载液压缸62和加载液压缸63的压力实现摩擦面在不同正压力作用下的测试要求。
摩擦力矩的测量根据试样大小不同，采取以下两种方法进行测量：
方法一：对于小试样，在最大试验正压力下产生的摩擦力矩小于20N.m时，采用左试样旋转，右试样静止的端面接触滑动摩擦形式，对试样的摩擦磨损性能进行试验检测。具体过程是，通过测力传感器24和右小试样安装盘8正下方测摩擦力矩用杠杆61接触，测取阻止右小试样安装盘8旋转的力F，并测量出力臂L，则力矩M＝F·L即可作为摩擦面产生的摩擦力矩，结合摩擦面的具体形状，可以进一步求出当量摩擦系数大小。
方法二：对于大试样或实物零件，主要是通过电涡流测功机17施加扭转载荷的方式实现。在扭转载荷作用下，当系统达到平衡状态后，忽略传动系摩擦损失，摩擦面所传递扭矩的大小与通过电涡流测功机17施加的扭转载荷相等。然后可以结合摩擦面的具体形状，求出相应当量摩擦系数大小。
摩擦面温度的测量，对于小试样，由于右小试样安装盘8是静止的，可以通过温度传感器安装螺纹59安装热电偶温度传感器进行测量。而对于大试样或实物零件，由于测试表面都是在旋转运动，在线测量摩擦表面温度十分困难，这里采用非接触式红外线测温仪9对试样外圆表面温度进行在线测量，而摩擦面表面温度则通过达到稳定状况后进行停机测量的方式进行。
如图12所示，各种信号经过数据采集和计算机处理，最终可以得到轴向载荷-时间、摩擦力矩-时间、表面温度-时间、转速-时间和摩擦系数-时间等关系曲线。
Claims (3)
1.一种卧式端面摩擦磨损试验机，其特征在于它包括铸铁平板(1)、电动机(2)、变频控制器(3)、第一联轴器(4)、第一传动轴(5)、第一轴承座(6)、左试样安装盘(7)、右小试样安装盘(8)、非接触式红外线测温仪(9)、右大试样安装盘(10)、大试样轴向加载机构(11)、小试样轴向加载机构(12)、导向杆(13)、液压加载系统(14)、第二传动轴(15)、第二联轴器(16)、电涡流测功机(17)、测功机控制柜(18)、测功机支架(19)、第二轴承座(20)、第二轴承座支架(21)、测力传感器支架(22)、测力传感器显示仪表(23)、测力传感器(24)、第一轴承座支架(25)、电动机支架(26)；电动机(2)通过电动机支架(26)固定在铸铁平板(1)上，利用第一联轴器(4)将电动机轴(36)和第一传动轴(5)相连接；第一传动轴(5)通过第一深沟球轴承(34)支承在第一轴承座(6)上，第一轴承座(6)通过第一轴承座支架(25)固定在铸铁平板(1)上；第二传动轴(15)通过第二深沟球轴承(42)、第三深沟球轴承(43)支承在第二轴承座(20)上，第二轴承座(20)通过第二轴承座支架(21)固定在铸铁平板(1)上；利用第二联轴器(16)将第二传动轴(15)和测功机轴(46)相连接，电涡流测功机(17)通过测功机支架(19)固定在铸铁平板(1)上；第一轴承座(6)两端安装有第一轴承座左端盖(29)和第一轴承座右端盖(32)，并采用第一轴承座左密封圈(30)和第一轴承座右密封圈(31)进行密封；利用第一套筒(28)和第一传动轴(5)上的阶梯轴对第一深沟球轴承(34)内圈进行轴向定位，第一深沟球轴承(34)外圈则通过第一轴承座左端盖(29)和第一轴承座(6)阶梯孔进行轴向定位；推力轴承(33)左右两侧分别通过过盈配合安装在第一轴承座(6)内和第一传动轴(5)上，其中右侧同时和第一传动轴(5)上的阶梯轴相接触；左试样安装盘(7)通过花键孔和第一传动轴(5)花键轴段相联接，通过左试样安装螺纹(38)可将待测试样安装在左试样安装盘(7)上；第二轴承座(20)两端安装有第二轴承座左端盖(51)和第二轴承座右端盖(48)，并采用第二轴承座左密封圈(52)和第二轴承座右密封圈(49)进行密封；利用第二套筒(47)、第三套筒(50)、第四套筒(53)对第二深沟球轴承(42)和第三深沟球轴承(43)内圈进行轴向定位，第二深沟球轴承(42)和第三深沟球轴承(43)外圈则分别通过第二轴承座左端盖(51)、第二轴承座右端盖(48)同第二轴承座(20)阶梯孔进行轴向定位，通过螺钉(54)将第四套筒(53)固定在第二传动轴(15)上；轴向力加载系统主要由液压加载系统(14)、导向杆(13)、加载环(39)、加载推力轴承(40)和加载盘(41)组成，加载盘(41)空套在第二传动轴(15)上，并通过第一导向孔(57)和导向杆(13)相连接，导向杆(13)则通过第二导向孔(55)安装在第二轴承座(20)上；加载环(39)空套在第二传动轴(15)上，加载推力轴承(40)左右两侧分别通过过盈配合安装在加载环(39)内孔和加载盘(41)外圆周上。
2.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验机，其特征在于：测量大试样时，加载环(39)左侧面同右大试样安装盘(10)相接触，而右大试样安装盘(10)则通过花键孔和第二传动轴(15)花键轴段相联接，通过右大试样安装螺纹(56)可将待测试样安装在右大试样安装盘(10)上；采用非接触式红外线测温仪(9)对试样外圆表面温度温度进行在线测量，而摩擦面表面温度则通过达到稳定状况后进行停机测量的方式进行。
3.根据权利要求1所述的摩擦磨损试验机，其特征在于：测量小试样时，加载环(39)左侧面同右小试样安装盘(8)相接触，而右小试样安装盘(8)则是空套在小试样测试用轴(58)上，通过右小试样安装螺纹(59)将待测试样安装在右小试样安装盘(8)上；测试用轴(58)与第二传动轴(15)是同样结构或采用无花键轴段而其它部分与第二传动轴(15)相同的结构方案；右小试样安装盘(8)正下方有测摩擦力矩用杠杆(61)，杠杆(61)和测力传感器(24)相接触，测力传感器(24)则通过测力传感器支架(22)固定在铸铁平板(1)上；通过温度传感器安装螺纹(60)可以将热电偶温度传感器安装在右小试样安装盘(8)上。
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