CN115078069A - 一种具有校准功能的线接触摩擦磨损试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有校准功能的线接触摩擦磨损试验机，包括：基座；主轴，沿水平方向支承于基座的顶部；驱动装置，固定安装于基座；线接触摩擦副，包括同心安装于主轴端部的摩擦环和表面与摩擦环形成定常线接触摩擦的摩擦板；加载装置安装于基座和主轴；润滑油槽，能够绕主轴的轴心线和纵向轴线摆动；检测装置，用于检测线接触摩擦副的接触压力和摩擦力；激光校准装置，底端安装于基座，用于通过激光对加载装置的初始位置进行校准。上述试验机能够保证摩擦副的定常线接触摩擦，并能够保证持续稳定的润滑，在试验开始前可以对加载装置进行校准，提高了试验结果的准确性。

Description

一种具有校准功能的线接触摩擦磨损试验机

技术领域

本发明涉及摩擦试验技术领域，具体涉及一种具有校准功能的线接触摩擦磨损试验机。

背景技术

众所周知，当两个物体相互接触且接触面存在相对运动时，两者间就会产生摩擦，进而会导致不同程度的摩擦磨损。这种摩擦磨损现象既有益处也有害处，在工业生产中可用于改善物体表面粗糙度，但也可能大幅度削弱生产机器的性能及使用寿命。因此，如果能够正确掌握相互接触物体之间的摩擦磨损机理，就能够以此为基础来指导社会生产实践，减少不必要的资源损耗问题，提高设备工作效率。同时，也能够为摩擦学及其相关领域的研究提供重要的参考依据。

目前，科学界对于固体间的摩擦磨损现象尚未形成完整的理论体系，其深层机理的研究尚未成熟，因此，很难通过理论分析来确定摩擦副的各项性能。然而，在工业生产过程中，为了正确设计摩擦部件之间的匹配关系，正确有效地评估摩擦副的摩擦特性又是必要的。因而，有必要通过设计合适的摩擦磨损机来获取相应材料间的摩擦系数、磨损特性等。

在现有技术中，用于线接触摩擦磨损试验的摩擦磨损试验机，由于主轴转动过程中不可避免地产生振动以及摩擦力传感器测量过程会破坏摩擦副间的接触状态，故其存在线接触摩擦副间无法准确保持平衡且稳定线接触的问题，该问题可能会导致载荷加载不均，结果不准确。此外，部分研究需要考虑摩擦副在稳定润滑条件下的摩擦特性，但大部分摩擦磨损机往往不能提供持续稳定的润滑环境。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有校准功能的线接触摩擦磨损试验机，该线接触摩擦磨损试验机能够通过释放自由度的方式保证摩擦副的定常线接触摩擦，能够保证持续稳定的润滑环境，并且在试验开始前可以对加载装置进行校准，提高了试验结果的准确性。

本发明采用以下具体技术方案：

一种具有校准功能的线接触摩擦磨损试验机，该试验机包括：

基座；

主轴，沿水平方向支承于所述基座的顶部；

驱动装置，固定安装于所述基座，用于驱动所述主轴转动；

线接触摩擦副，包括同心安装于所述主轴端部的摩擦环和表面与所述摩擦环的外周面形成定常线接触摩擦的摩擦板；

加载装置，安装于所述基座和所述主轴，用于朝向所述摩擦环方向推动所述摩擦板以调节所述摩擦板与所述摩擦环之间的正压力；

润滑油槽，安装于所述加载装置，顶部设置有开口，能够绕所述主轴的轴心线和纵向轴线摆动，用于容置润滑油；所述主轴的轴心线与所述纵向轴线在水平面内垂直相交；所述摩擦板可拆卸地安装于所述润滑油槽的内底面；

检测装置，用于检测所述摩擦板与所述摩擦环之间的正压力和摩擦力；

控制装置，与所述驱动装置和所述检测装置信号连接，用于获取所述检测装置的检测信号；

激光校准装置，底端安装于所述基座且位于所述加载装置的外侧，用于通过激光对所述加载装置的初始位置进行校准。

更进一步地，所述激光校准装置包括三个激光器和激光器固定架；

所述激光器固定架为门型支架，包括对称设置于所述主轴两侧的两个竖杆以及固定连接于两个所述竖杆顶端的横杆；所述横杆的中心线与所述纵向轴线平行设置；

两个所述竖杆的底端均能够沿所述主轴的轴向位置可调地安装于所述基座的顶面；

在所述竖杆和所述横杆上均安装有一个所述激光器；

安装于所述横杆的激光器用于发射朝向所述摩擦环的几何中心、且沿竖直方向传播的竖直激光束；安装于所述竖杆的激光器用于发射朝向所述摩擦环的几何中心、且沿水平方向传播的水平激光束；

所述加载装置中设置有用于穿过所述竖直激光束和所述水平激光束的透光孔。

更进一步地，所述驱动装置包括电机、传动带、轴套、支撑板以及转动架；

所述电机固定安装于所述基座，通过所述传动带与所述主轴传动连接；

所述轴套通过所述支撑板固定安装于所述基座；

所述主轴通过轴承安装于所述轴套内，所述主轴的轴心线与所述电机的轴心线平行设置；

所述转动架能够绕所述主轴的轴心线摆动地安装于所述轴套靠近所述摩擦环的一端，用于支承所述加载装置；所述转动架为空心块体结构，并具有沿周向均匀分布地至少四个侧面；

所述控制装置与所述电机信号连接，用于控制所述电机和获取电机的工作状态信息。

更进一步地，所述加载装置包括两个可调外轨、加载外架、加载底板、载物平台、导向分力架、上滑轨、支点架、杠杆、导向座、砝码、导向绳索和加载绳索；

两个所述可调外轨对称分布于所述转动架的两侧、且能够沿所述主轴的轴向滑动，所述可调外轨的中心轴线与所述主轴的轴心线平行且具有相同高度；

在两个所述可调外轨之间安装有能够绕所述纵向轴线和所述主轴的轴心线摆动的所述加载外架；

在所述加载外架的内部四角设置有沿竖直方向延伸的滑动导轨；

沿竖直方向，所述载物平台间隔设置于所述加载底板的顶部；所述载物平台和所述加载底板的外周面均与所述滑动导轨的内侧面滑动配合；

所述检测装置包括固定安装于所述加载底板顶面的正压力传感器，所述正压力传感器用于检测所述加载底板施加于所述载物平台的正压力；

所述润滑油槽固定安装于所述载物平台的顶部；

所述加载装置通过所述加载底板带动所述摩擦板向所述摩擦环施加正压力；

所述支点架固定安装于所述转动架的顶部，并将所述上滑轨压接于所述转动架的顶部；

所述导向分力架的顶端中心固定安装于所述上滑轨的端部，为倒U形结构，两侧设置有用于对所述加载绳索进行导向的导向槽和定滑轮；

所述杠杆的中心轴线以及所述主轴的轴心线位于同一个竖直平面内，并且所述上滑轨的中心线和所述杠杆的中心轴线平行设置；所述杠杆与所述主轴平行设置，中部通过铰接座可摆动地安装于所述支点架顶部，一端通过转轴铰接有吊装座，另一端连接有所述导向绳索；所述杠杆的摆动轴线与所述纵向轴线平行；所述吊装座的顶端能够绕转轴的轴心线摆动，转轴的轴心线与所述纵向轴线平行且位于同一个竖直平面内；所述吊装座的底端安装有滚轴，所述滚轴的轴心线与所述主轴的轴心线平行且位于同一个竖直平面内；

两根所述加载绳索平行且均为闭环结构，顶部悬挂于所述滚轴，底部套设于所述加载底板的外周侧，中部通过所述导向分力架的导向槽和定滑轮、以及所述加载底板两侧的定滑轮进行导向；

所述导向绳索的底端绕过所述导向座后与所述砝码连接；

所述导向座固定安装于所述基座且位于所述杠杆的底部，内部设置有绕水平轴线转动的两个定滑轮，用于通过两个定滑轮控制所述导向绳索的中部沿水平方向进行延伸；

所述竖杆位于所述可调外轨的外侧，所述横杆位于所述杠杆的顶侧；

在所述吊装座、所述转轴、所述滚轴、所述上滑轨、以及所述导向分力架上均设置有沿竖直方向贯通的透光孔，用于透射所述竖直激光束；

在所述可调外轨和所述加载外架上均设置有沿所述纵向轴线贯通的透光孔，用于透射所述水平激光束。

更进一步地，所述检测装置还包括传感器支座和摩擦力传感器；

所述传感器支座固定安装于所述基座；

所述摩擦力传感器固定安装于所述传感器支座的顶部，并与所述转动架相连接，用于检测由所述转动架传递的摩擦力。

更进一步地，还包括与所述控制装置信号连接的显示装置以及安装于所述电机的转速传感器；

根据所述控制装置获取的信号，所述显示装置用于显示所述电机的工作状态信息、所述摩擦力传感器和所述正压力传感器采集的数值；

所述转速传感器与所述控制装置信号连接，用于检测所述电机的转速。

更进一步地，所述主轴的端面设置有螺纹孔；

所述摩擦环通过第一锁紧螺栓安装于所述主轴；

所述摩擦板为设置有中心通孔的环形板，并通过穿设于所述中心通孔的第二锁紧螺栓安装于所述润滑油槽；

所述摩擦板通过转动可实现重复利用。

更进一步地，所述电机固定安装于所述基座的底部，并在所述电机和所述基座之间夹设有橡胶垫片；

所述基座设置有用于所述传动带穿过的豁口。

有益效果：

(1)本发明的试验机在基座上支承有主轴和驱动主轴转动的驱动装置，线接触摩擦副包括安装于主轴端部的摩擦环和安装于润滑油槽内的摩擦板，通过主轴带动摩擦环转动，使摩擦环与摩擦板进行线接触摩擦；加载装置用于调节摩擦板与摩擦环之间的正压力，通过加载装置实现不同压力条件下的摩擦试验；润滑油槽能够保证线接触摩擦副的持续稳定润滑环境，并且通过润滑油槽绕在水平面内垂直相交的主轴的轴心线和纵向轴线的摆动，能够使摩擦板始终与摩擦环保持定常线接触摩擦状态，并且通过润滑油槽可以使摩擦环与摩擦板始终具有较好的润滑条件；检测装置用于检测摩擦板与摩擦环之间的正压力和摩擦力；激光校准装置用于通过激光对加载装置的初始位置进行校准，以使加载装置施加的正压力恰好通过摩擦环的几何中心，使摩擦磨损试验过程中加载精准；因此，上述线接触摩擦磨损试验机在进行摩擦磨损试验时，可以通过释放自由度的方式来保证线接触摩擦副的定常线接触情况，避免现有摩擦环外表面与摩擦板之间具有角度时形成点接触而无法达到稳定的线接触条件的缺陷；当加载装置存在摆动自由度时，摩擦板的加载力与摩擦环的反作用力会形成恢复力矩，使得加载装置向减小角度方向摆动，摩擦板就会向摩擦环贴近，直至摩擦副达到稳定线接触，从而提高摩擦磨损试验结果的准确性。

(2)本发明的试验机通过激光校准装置的三个激光器向摩擦环的几何中心发射激光，使位于加载装置顶部和两侧的激光器发射的激光束交汇于摩擦环的几何中心，在加载装置上设置有透射激光束的透光孔，从而通过透光孔可以对加载装置的初始位置进行校准，避免加载装置出现安装位置偏离的现象，使得加载装置加载精准，进一步提高摩擦磨损试验的准确性。

(3)本发明的试验机，驱动装置的轴套通过支撑板固定安装于基座，主轴通过轴承安装于轴套内，通过轴套和支撑板实现了主轴的转动安装；由于转动架为空心块体结构，可摆动地安装于轴套靠近摩擦环的一端，用于支承加载装置，通过摆动安装于轴套的转动架，可以使加载装置具有绕主轴的轴心线的摆动自由度，使得加载装置能够随摩擦板摆动，从而避免摩擦力传感器敏感元件形变导致摩擦板绕主轴的轴心线摆动造成加载力与接触面不垂直，克服了摩擦力传感器测量摩擦力过程会影响摩擦副接触状态的原理性缺陷，保证摩擦力测量过程中正压力始终与接触面垂直，提高了试验结果的准确性和可重复性。

(4)本发明的试验机，加载装置采用两个可调外轨、加载外架、加载底板、载物平台、导向分力架、上滑轨、支点架、杠杆、导向座、砝码、导向绳索和加载绳索构成，并在与激光器的光路对应的部件上设置有透光孔，确保了加载装置能够随转动架绕主轴的轴心线同步摆动，并在试验之前通过激光器发射的激光束对加载装置进行位置校准，也能在加载过程中随加载外架绕纵向轴线同步摆动，使得线接触摩擦副与加载装置同步运动，使得加载装置施加的作用力恰好通过摩擦环与摩擦板的摩擦接触位置，进一步提高了试验结果的准确性。

(5)由于检测装置包括摩擦力传感器和正压力传感器，摩擦力传感器固定安装于传感器支座与转动架之间，正压力传感器固定安装于加载底板的顶面，因此，通过摩擦力传感器能够对摩擦环与摩擦板之间的摩擦力进行检测，同时，通过正压力传感器可以检测加载装置施加的正压力。

(6)本发明的试验机，由于摩擦板为设置有中心通孔的环形板，并通过穿设于中心通孔的第二锁紧螺栓安装于润滑油槽，因此，在单次摩擦磨损试验完成后，可将摩擦板绕其中心通孔的轴线旋转后再固定，将摩擦板未参与摩擦的表面部分作为下次试验的摩擦副接触面，使得摩擦板通过转动可实现多次重复利用，可以大大提高试验材料的利用率，减少不必要的浪费。

(7)由于在电机与基座之间夹设有橡胶垫片，通过橡胶垫片可以对电机的振动进行隔离，从而削弱电机工作时自身振动而造成的试验误差。

附图说明

图1为本发明摩擦磨损试验机的立体结构示意图；

图2为图1中摩擦磨损试验机的爆炸结构示意图。

其中，1-基座，2-主支撑板，3-副支撑板，4-电机，5-传动带，6-主轴，7-转动架，8-可调外轨，9-加载外架，10-加载底板，11-载物平台，12-导向分力架，13-支点架，14-杠杆，15-导向座，16-砝码，17-导向绳索，18-润滑油槽，19-摩擦环，20-传感器支座，21-摩擦力传感器，22-正压力传感器，23-第一锁紧螺栓，24-第二锁紧螺栓，25-摩擦板，26-上滑轨，27-加载绳索，28-轴套，29-导向槽，30-定滑轮，31-铰接座，32-转轴，33-吊装座，34-滚轴，35-第一激光器，36-第二激光器，37-第三激光器，38-第一竖杆，39-第二竖杆，40-横杆，41-透光孔

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明实施例提供了一种具有校准功能的线接触摩擦磨损试验机，如图1和图2结构所示，该试验机包括基座1、主轴6、驱动装置、线接触摩擦副、加载装置、润滑油槽18、检测装置、控制装置以及激光校准装置；基座1为线接触摩擦磨损试验机的基础；为了方便说明，在本发明实施例中，以说明书附图1中页面从左到右的方向定义为横向，横向即主轴的轴向，以说明书附图1中页面从上到下的方向定义为竖直方向，以垂直于说明书附图1中页面的方向定义为纵向，纵向即纵向轴线的延伸方向；

主轴6沿水平方向支承于基座1的顶部，主轴6具有在水平方向上沿横向延伸的轴心线，并能够绕轴心线转动地支承于基座1的顶部；

驱动装置固定安装于基座1，用于驱动主轴6转动，为主轴6的转动提供动力；驱动装置可以控制和调节主轴6的转速，以控制随主轴6转动的摩擦环19的转速；

线接触摩擦副包括同心安装于主轴6端部的摩擦环19和表面与摩擦环19的外周面形成定常线接触摩擦的摩擦板25；摩擦环19与主轴6同心设置，且可拆卸地安装于主轴6的端部；摩擦环19的外周面与摩擦板25的表面之间形成定常线接触摩擦；主轴6的端面设置有螺纹孔；摩擦环19通过第一锁紧螺栓23安装于主轴6；摩擦环19的端面与主轴6的端面平行设置；

加载装置安装于基座1和主轴6，用于朝向摩擦环19方向推动摩擦板25以调节摩擦板25与摩擦环19之间的正压力；

润滑油槽18安装于所述加载装置，顶部设置有开口，能够绕主轴6的轴心线和纵向轴线摆动，用于容置润滑油对摩擦板25与摩擦环19的摩擦部位进行润滑；主轴6的轴心线与纵向轴线在水平面内垂直相交，即，主轴6的轴心线与纵向轴线均处于同一个水平面内，且主轴6的轴心线与纵向轴线垂直相交；摩擦板25可拆卸地安装于润滑油槽18的内底面；摩擦板25为设置有中心通孔的环形板，润滑油槽18的底板上表面可设置有螺纹孔(图中未示出)，并通过穿设于中心通孔的第二锁紧螺栓24与底板上表面的螺纹孔螺纹连接安装于润滑油槽18；摩擦板25通过转动可实现重复利用；在进行摩擦磨损试验时，润滑油槽18内部可容置有润滑油；

检测装置用于检测摩擦板25与摩擦环19之间的正压力和摩擦力；

控制装置与驱动装置和检测装置信号连接，用于获取检测装置的检测信号；

激光校准装置，底端安装于基座1且位于加载装置的外侧，用于通过激光对加载装置的初始位置进行校准。

上述线接触摩擦磨损试验机在基座1上支承有主轴6和驱动主轴6转动的驱动装置，线接触摩擦副包括安装于主轴6端部的摩擦环19和安装于润滑油槽18内的摩擦板25，通过主轴6带动摩擦环19转动，使摩擦环19与摩擦板25进行线接触摩擦；加载装置用于调节摩擦板25与摩擦环19之间的正压力，通过加载装置可以实现摩擦环19与摩擦板25在不同压力条件下的摩擦试验；润滑油槽18能够保证线接触摩擦副的持续稳定润滑环境，润滑油槽18既能绕主轴6的轴心线摆动，又能绕纵向轴线摆动，通过润滑油槽18的摆动能够使得摩擦板25始终与摩擦环19保持定常线接触摩擦状态，并且通过润滑油槽18可以使摩擦环19与摩擦板25始终具有较好的润滑条件；检测装置用于检测摩擦板25与摩擦环19之间的正压力和摩擦力；激光校准装置用于通过激光对加载装置的初始位置进行校准，以使加载装置施加的正压力恰好通过摩擦环19的几何中心，使摩擦磨损试验过程中加载精准；因此，上述线接触摩擦磨损试验机在进行摩擦磨损试验时，可以通过释放自由度的方式来保证线接触摩擦副的定常线接触情况，避免现有摩擦环19外表面与摩擦板25之间具有角度时摩擦环19与摩擦板25之间因存在空隙而形成点接触、无法达到稳定的线接触条件的缺陷；当加载装置存在摆动自由度时，摩擦板25的加载力与摩擦环19的反作用力会形成恢复力矩，使得加载装置向减小角度方向摆动，摩擦板25就会向摩擦环19贴近，直至摩擦副达到稳定线接触，从而提高摩擦磨损试验结果的准确性。

上述试验机的摩擦板25为设置有中心通孔的环形板，并通过穿设于中心通孔的第二锁紧螺栓24安装于润滑油槽18，因此，在单次摩擦磨损试验完成后，可将摩擦板25绕其中心通孔的轴线旋转后再固定，将摩擦板25的未参与摩擦的表面部分作为下次试验的摩擦副接触面，使得摩擦板25通过转动可实现多次重复利用，可以大大提高试验材料的利用率，减少不必要的浪费。

一种具体的实施方式中，如图1和图2结构所示，激光校准装置包括三个激光器和激光器固定架；激光器固定架为门型支架，包括对称设置于主轴两侧的两个竖杆以及固定连接于两个竖杆顶端的横杆40；横杆40的中心线与纵向轴线平行设置；其中，三个激光器可以为第一激光器35、第二激光器36和第三激光器37，两个竖杆可以为以主轴6的轴心线为对称轴对称设置的第一竖杆38和第二竖杆39，第一竖杆38和第二竖杆39均沿竖直方向延伸，两个竖杆的底端均能够沿主轴6的轴向位置可调地安装于基座1的顶面；在竖杆和横杆40上均安装有一个激光器；安装于横杆40的激光器用于发射朝向摩擦环的几何中心、且沿竖直方向传播的竖直激光束；安装于竖杆的激光器用于发射朝向摩擦环19的几何中心、且沿水平方向传播的水平激光束；在第一竖杆38的中部安装有第一激光器35，在第二竖杆38的中部安装有第二激光器36，在横杆40的中部安装有第三激光器37；第一激光器35和第二激光器36相对设置，并用于发射相对且纵向传播的激光束；第三激光器37用于向下发射沿竖直方向传播的激光束；加载装置中设置有用于穿过竖直激光束和水平激光束的透光孔。在摩擦环19未安装于主轴6时，第一激光器35、第二激光器36以及第三激光器37发射的三束激光汇聚于摩擦环的几何中心，当将摩擦环19安装于主轴6时，第一激光器35、第二激光器36以及第三激光器37发射的激光均会被摩擦环19阻挡，使得第一激光器35、第二激光器36以及第三激光器37发射的激光照射在与摩擦环19的几何中心相对应的外周面上。摩擦环19的几何中心为摩擦环19的轴向中心与径向中心相交的点。

上述试验机通过激光校准装置的三个激光器向摩擦环19的几何中心发射激光，使位于加载装置顶部和两侧的激光器发射的激光束交汇于摩擦环19的几何中心，在加载装置上设置有透射激光束的透光孔41，从而通过透光孔41可以对加载装置的初始位置进行校准，避免加载装置出现安装位置偏离的现象，使得加载装置加载精准并在恢复力矩作用下向减小摩擦环19与摩擦板25之间夹角方向摆动以保证恒定线接触，进一步提高摩擦磨损试验的准确性。

上述试验机中，如图1和图2结构所示，驱动装置包括电机4、传动带5、轴套28、支撑板以及转动架7；

电机4固定安装于基座1，通过传动带5与主轴6传动连接，用于驱动主轴6旋转；电机4可以通过螺栓固定安装于基座1的底部，并在电机4和基座1之间夹设有橡胶垫片(图中未示出)；基座1设置有用于传动带5穿过的豁口(图中未示出)；

轴套28通过支撑板固定安装于基座1；如图1和图2结构所示，支撑板可以包括沿竖直方向设置的主支撑板2和副支撑板3；主支撑板2和副支撑板3形成较高刚性的框架结构，为主轴6提供有效支撑；主轴6通过轴承安装于轴套28内，主轴6的轴心线与电机4的轴心线平行设置；转动架7能够绕主轴6的轴心线摆动地安装于轴套28靠近摩擦环19的一端，用于支承加载装置，并使加载装置具有绕主轴6的轴心线的旋转自由度；转动架7为空心块体结构，并具有沿周向均匀分布地至少四个侧面；转动架7设置有轴承通孔，在轴承通孔中安装有轴承，通过轴承套设于轴套28的外周侧，通过轴承实现转动架7相对轴套28的转动；转动架7的转动轴线与主轴6的轴心线重合；控制装置与电机4信号连接，用于控制电机4和获取电机4的工作状态信息。

由于驱动装置的轴套28通过支撑板固定安装于基座1，主轴6通过轴承安装于轴套28内，通过轴套28和支撑板实现了主轴6的转动安装；由于转动架7为空心块体结构，可摆动地安装于轴套28的一端，用于支承加载装置，并使加载装置具有绕主轴6的轴心线的摆动自由度，使得加载装置能够随摩擦板25摆动，从而避免摩擦力传感器敏感元件形变导致摩擦板25绕主轴6的轴心线摆动造成加载力与接触面不垂直，克服了摩擦力传感器21测量摩擦力过程会影响摩擦副接触状态的原理性缺陷，保证摩擦力测量过程中正压力始终与接触面垂直，提高试验结果的准确性和可重复性。

由于在电机4与基座1之间夹设有通过橡胶垫片，通过橡胶垫片可以对电机4的振动进行隔离，从而削弱电机4工作时自身振动而造成的试验误差。

更进一步地，如图1和图2结构所示，加载装置包括两个可调外轨8、加载外架9、加载底板10、载物平台11、导向分力架12、上滑轨26、支点架13、杠杆14、导向座15、砝码16、导向绳索17和加载绳索27；

两个可调外轨8对称分布于转动架7的两侧、且能够沿主轴6的轴向滑动，可调外轨8的中心轴线与主轴6的轴心线平行且具有相同高度；如图1和图2结构所示，在转动架7与可调外轨8对应的一侧表面固定安装有固定滑块，可调外轨8与固定滑块滑动配合，实现可调外轨8相对转动架7的滑动调节；固定滑块与转动架7可以为分体结构，也可以为整体结构；通过可调外轨8可以实现加载外架9沿主轴6的轴向位置调节；

在两个可调外轨8之间安装有能够绕纵向轴线和主轴6的轴心线摆动的加载外架9；在可调外轨8朝向润滑油槽18的一端，即可调外轨8远离转动架7的一端部设置有安装孔，安装孔的轴心线与纵向轴线重合；加载外架9设置有与安装孔位置对应的转轴，通过转轴与安装孔的转动配合将加载外架9安装于两个对称设置的可调外轨8之间；在转轴与安装孔之间还可以安装有轴承；通过可调外轨8与加载外架9之间的转动配合，可以释放加载装置沿纵向轴线的摆动自由度；

在加载外架9的内部四角设置有沿竖直方向延伸且相互平行的滑动导轨；加载外架9为框架结构，在框架结构内侧设置有四个竖直的滑动导轨，用于对加载底板10和载物平台11的运动方向进行导向；

沿竖直方向，载物平台11间隔设置于加载底板10的顶部；载物平台11和加载底板10的外周面均与滑动导轨的内侧面滑动配合；加载底板10的两侧对称设置有与加载绳索27滚动配合的定滑轮；

检测装置包括固定安装于加载底板10顶面的正压力传感器22；正压力传感器22安装于加载底板10和载物平台11之间，用于检测加载底板10施加于载物平台11的正压力，以测量摩擦板25与摩擦环19之间的正压力；

润滑油槽18固定安装于载物平台11的顶部；

加载装置通过加载底板10带动摩擦板25向摩擦环19施加正压力；

支点架13固定安装于转动架7的顶部，并将上滑轨26压接于转动架7的顶部；支点架13可以为H形结构；

导向分力架12的顶端中心固定安装于上滑轨26的端部，为倒U形结构，两侧设置有用于对加载绳索27进行导向的导向槽29和定滑轮30，用于对加载绳索27进行导向；

杠杆14的中心轴线以及主轴6的轴心线位于同一个竖直平面内，并且上滑轨26的中心线和杠杆14的中心轴线平行设置；杠杆14与主轴6平行设置，中部通过铰接座31可摆动地安装于支点架13顶部，一端通过转轴32铰接有吊装座33，另一端连接有导向绳索17；杠杆14的摆动轴线与纵向轴线平行；吊装座33的顶端能够绕转轴32的轴心线摆动，转轴32的轴心线与纵向轴线平行且位于同一个竖直平面内；吊装座33的底端安装有与主轴6平行设置的滚轴34，滚轴34的轴心线与主轴6的轴心线平行且位于同一个竖直平面内；

两根加载绳索27平行且均为闭环结构，两根加载绳索27的顶部悬挂于滚轴34，底部套设于加载底板10的外周侧，中部通过导向分力架12的导向槽29和定滑轮30、以及加载底板10两侧的定滑轮30进行导向；在加载过程中，两根加载绳索27处于绷紧状态，可将杠杆14产生的加载力传递至加载底板10；采用两根长度相同的加载绳索27，可以使第三激光器37发射的激光束恰好从两根加载绳索27中间通过，避免加载绳索27对激光束的阻挡；

导向绳索17的底端绕过导向座15后连接有加载用的砝码16；

导向座15固定安装于基座1且位于杠杆14另一端的底部，内部设置有绕水平轴线转动的两个定滑轮，通过两个定滑轮控制导向绳索17的中部沿水平方向进行延伸；安装于导向座15内部的两个定滑轮的中心轴线平行设置，并且可以与纵向轴线平行设置，使得导向绳索17绕过导向座15内两个定滑轮之间的部分与主轴6的轴心线平行；通过导向绳索17将砝码16的重力产生的加载力传递给杠杆14；

竖杆位于可调外轨8的外侧，横杆40位于杠杆14的顶侧；如图1结构所示，在主轴6的两侧分别设置有一个可调外轨8，在每个可调外轨8外侧分别设置有一个竖杆，竖杆分别为第一竖杆38和第二竖杆39；在杠杆14的顶部设置有横杆40；

在吊装座33、转轴32、滚轴34、上滑轨26、以及导向分力架12上均设置有沿竖直方向贯通的透光孔41，用于透射第三激光器35发射的竖直激光束；

在可调外轨8、加载外架9以及用于转动连接可调外轨8和加载外架9的转轴上均设置有沿纵向轴线贯通的透光孔41，用于透射第一激光器35和第二激光器36发射的水平激光束。

上述试验机在与激光器的光路对应的部件上均设置有透光孔41，加载装置中采用的转轴、滚轴可以采用中间带通孔的圆柱销轴，以便构成透光孔41；当进行校准时，激光器启动，调节加载装置位置，使第一激光器35和第二激光器36产生的激光穿过可调滑轨8、加载外架9、以及安装于可调滑轨8与加载外架9之间的转轴的透光孔41，使激光照射在摩擦环19的圆周面上形成光点，确保光点在圆周面的中间位置，则能够保证加载装置的旋转轴通过摩擦环19的轴向中心和径向中心；调节杠杆14位置，使得第三激光器37产生的激光透过吊装座33、转轴32、滚轴34、上滑轨26、导向分力杆12的透光孔41，使激光在摩擦环的圆周面形成光点，确保光点在摩擦环圆周面的中间位置，则能够保证加载力的准确加载。采用上述结构确保了加载装置能够随转动架7绕主轴6的轴心线同步摆动，并在试验之前通过激光器发射的激光束对加载装置进行位置校准，也能在加载过程中随加载外架9绕纵向轴线同步摆动，使得线接触摩擦副与加载装置同步运动，使得加载装置施加的作用力恰好通过摩擦环19与摩擦板25的摩擦接触位置，进一步提高了试验结果的准确性。

具体地，检测装置还包括传感器支座20和摩擦力传感器21；传感器支座20固定安装于基座1；传感器支座20可以为L形结构，顶端开有用于安装摩擦力传感器21的小孔，摩擦力传感器21固定安装于传感器支座20的顶部，并与转动架7相连接，用于检测由转动架7传递的摩擦力；摩擦力传感器21可以通过T形板与转动架7相连接，当转动架7受到摩擦板25所传递的摩擦力时，摩擦力传感器21由于受到拉力，则会产生相应的形变信号；正压力传感器22固定安装于加载底板10的顶面，用于检测加载底板10施加于载物平台11的正压力；当加载底板10受到加载力时，加载底板10会在加载力的作用下向上滑动，使得正压力传感器22接触载物平台11；当加载过程完成时，正压力传感器22由加载力造成相应挤压变形，产生形变信号；控制装置与摩擦力传感器21和正压力传感器22信号连接。

由于检测装置包括摩擦力传感器21和正压力传感器22，摩擦力传感器21固定安装于传感器支座20与转动架7之间，正压力传感器22固定安装于加载底板10的顶面，因此，通过摩擦力传感器21能够对摩擦环19与摩擦板25之间的摩擦力进行检测，同时，通过正压力传感器22可以检测加载装置施加的正压力。

在上述各种实施例的基础上，上述试验机还包括与控制装置信号连接的显示装置和安装于电机4的转速传感器；显示装置与控制装置可以为整体结构；根据控制装置获取的信号，显示装置用于显示电机4的工作状态信息、摩擦力传感器21和正压力传感器22采集的数值。转速传感器与控制装置信号连接，用于检测电机4的转速。

通过显示装置便于显示试验机的各种工作参数和采集的参数；通过转速传感器可以方便检测电机4的转速，并且通过转速传感器和控制装置能够监测并调节摩擦板25与摩擦环19之间的相对速度。

采用上述试验机在进行试验过程中，加载力通过加载绳索27传递给加载底板10，加载底板10由于受加载外架9的滑动导轨限制而沿滑动导轨向上移动，正压力传感器22随加载底板10移动，进而推动载物平台11向上移动。润滑油槽18固定在载物平台11上，随载物平台11向上移动。由于摩擦板25位于润滑油槽18的内底部，摩擦板25随润滑油槽18向上移动，摩擦板25的端面与摩擦环19的外周面相切并完全贴合后，加载底板10无法再向上移动，摩擦副受到相应的加载力，摩擦副处于线接触状态，加载过程完成。当由于外界因素导致摩擦环19的外周面与摩擦板25的端面不相切时，摩擦副脱离线接触状态，对应贴合面则出现一定的夹角，两平面之间会形成旋转力矩；由于摩擦环19为固定结构，旋转力矩最终作用在加载装置上，使得加载外架绕其旋转轴向减小贴合面夹角的方向发生摆动，摩擦板25的端面相应地随加载外架摆动；当摩擦环19的外周面与摩擦板25的端面重新相切时，作用在两平面之间的旋转力矩消失，摩擦副重新恢复线接触状态。当电机4运行时，摩擦环19随主轴6转动，摩擦环19的外周面和摩擦板25的端面会在上述恢复力矩的作用下始终相切，进而使得摩擦环19和摩擦板25之间始终处于稳定的线接触状态。

采用上述试验机能够实现摩擦环19与摩擦板25之间的定常线接触摩擦。在此基础上，通过调节电机4的转速来控制摩擦环19的转速，通过控制加载装置的砝码16的质量来控制正压力的大小，进而实现不同转速和不同正压力条件下的线接触摩擦副的摩擦磨损情况的检测，提高试验结果的准确性。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有校准功能的线接触摩擦磨损试验机，其特征在于，包括：

基座；

主轴，沿水平方向支承于所述基座的顶部；

驱动装置，固定安装于所述基座，用于驱动所述主轴转动；

线接触摩擦副，包括同心安装于所述主轴端部的摩擦环和表面与所述摩擦环的外周面形成定常线接触摩擦的摩擦板；

加载装置，安装于所述基座和所述主轴，用于朝向所述摩擦环方向推动所述摩擦板以调节所述摩擦板与所述摩擦环之间的正压力；

润滑油槽，安装于所述加载装置，顶部设置有开口，能够绕所述主轴的轴心线和纵向轴线摆动，用于容置润滑油；所述主轴的轴心线与所述纵向轴线在水平面内垂直相交；所述摩擦板可拆卸地安装于所述润滑油槽的内底面；

检测装置，用于检测所述摩擦板与所述摩擦环之间的正压力和摩擦力；

控制装置，与所述驱动装置和所述检测装置信号连接，用于获取所述检测装置的检测信号；

激光校准装置，底端安装于所述基座且位于所述加载装置的外侧，用于通过激光对所述加载装置的初始位置进行校准。

2.如权利要求1所述的试验机，其特征在于，所述激光校准装置包括三个激光器和激光器固定架；

所述激光器固定架为门型支架，包括对称设置于所述主轴两侧的两个竖杆以及固定连接于两个所述竖杆顶端的横杆；所述横杆的中心线与所述纵向轴线平行设置；

两个所述竖杆的底端均能够沿所述主轴的轴向位置可调地安装于所述基座的顶面；

在所述竖杆和所述横杆上均安装有一个所述激光器；

安装于所述横杆的激光器用于发射朝向所述摩擦环的几何中心、且沿竖直方向传播的竖直激光束；安装于所述竖杆的激光器用于发射朝向所述摩擦环的几何中心、且沿水平方向传播的水平激光束；

所述加载装置中设置有用于穿过所述竖直激光束和所述水平激光束的透光孔。

3.如权利要求2所述的试验机，其特征在于，所述驱动装置包括电机、传动带、轴套、支撑板以及转动架；

所述电机固定安装于所述基座，通过所述传动带与所述主轴传动连接；

所述轴套通过所述支撑板固定安装于所述基座；

所述主轴通过轴承安装于所述轴套内，所述主轴的轴心线与所述电机的轴心线平行设置；

所述转动架能够绕所述主轴的轴心线摆动地安装于所述轴套靠近所述摩擦环的一端，用于支承所述加载装置；所述转动架为空心块体结构，并具有沿周向均匀分布地至少四个侧面；

所述控制装置与所述电机信号连接，用于控制所述电机和获取电机的工作状态信息。

4.如权利要求3所述的试验机，其特征在于，所述加载装置包括两个可调外轨、加载外架、加载底板、载物平台、导向分力架、上滑轨、支点架、杠杆、导向座、砝码、导向绳索和加载绳索；

两个所述可调外轨对称分布于所述转动架的两侧、且能够沿所述主轴的轴向滑动，所述可调外轨的中心轴线与所述主轴的轴心线平行且具有相同高度；

在两个所述可调外轨之间安装有能够绕所述纵向轴线和所述主轴的轴心线摆动的所述加载外架；

在所述加载外架的内部四角设置有沿竖直方向延伸的滑动导轨；

沿竖直方向，所述载物平台间隔设置于所述加载底板的顶部；所述载物平台和所述加载底板的外周面均与所述滑动导轨的内侧面滑动配合；

所述检测装置包括固定安装于所述加载底板顶面的正压力传感器，所述正压力传感器用于检测所述加载底板施加于所述载物平台的正压力；

所述润滑油槽固定安装于所述载物平台的顶部；

所述加载装置通过所述加载底板带动所述摩擦板向所述摩擦环施加正压力；

所述支点架固定安装于所述转动架的顶部，并将所述上滑轨压接于所述转动架的顶部；

所述导向分力架的顶端中心固定安装于所述上滑轨的端部，为倒U形结构，两侧设置有用于对所述加载绳索进行导向的导向槽和定滑轮；

所述杠杆的中心轴线以及所述主轴的轴心线位于同一个竖直平面内，并且所述上滑轨的中心线和所述杠杆的中心轴线平行设置；所述杠杆与所述主轴平行设置，中部通过铰接座可摆动地安装于所述支点架顶部，一端通过转轴铰接有吊装座，另一端连接有所述导向绳索；所述杠杆的摆动轴线与所述纵向轴线平行；所述吊装座的顶端能够绕转轴的轴心线摆动，转轴的轴心线与所述纵向轴线平行且位于同一个竖直平面内；所述吊装座的底端安装有滚轴，所述滚轴的轴心线与所述主轴的轴心线平行且位于同一个竖直平面内；

两根所述加载绳索平行且均为闭环结构，顶部悬挂于所述滚轴，底部套设于所述加载底板的外周侧，中部通过所述导向分力架的导向槽和定滑轮、以及所述加载底板两侧的定滑轮进行导向；

所述导向绳索的底端绕过所述导向座后与所述砝码连接；

所述导向座固定安装于所述基座且位于所述杠杆的底部，内部设置有绕水平轴线转动的两个定滑轮，用于通过两个定滑轮控制所述导向绳索的中部沿水平方向进行延伸；

所述竖杆位于所述可调外轨的外侧，所述横杆位于所述杠杆的顶侧；

在所述吊装座、所述转轴、所述滚轴、所述上滑轨、以及所述导向分力架上均设置有沿竖直方向贯通的透光孔，用于透射所述竖直激光束；

在所述可调外轨和所述加载外架上均设置有沿所述纵向轴线贯通的透光孔，用于透射所述水平激光束。

5.如权利要求4所述的试验机，其特征在于，所述检测装置还包括传感器支座和摩擦力传感器；

所述传感器支座固定安装于所述基座；

所述摩擦力传感器固定安装于所述传感器支座的顶部，并与所述转动架相连接，用于检测由所述转动架传递的摩擦力。

6.如权利要求5所述的试验机，其特征在于，还包括与所述控制装置信号连接的显示装置以及安装于所述电机的转速传感器；

根据所述控制装置获取的信号，所述显示装置用于显示所述电机的工作状态信息、所述摩擦力传感器和所述正压力传感器采集的数值；

所述转速传感器与所述控制装置信号连接，用于检测所述电机的转速。

7.如权利要求1-6任一项所述的试验机，其特征在于，所述主轴的端面设置有螺纹孔；

所述摩擦环通过第一锁紧螺栓安装于所述主轴；

所述摩擦板为设置有中心通孔的环形板，并通过穿设于所述中心通孔的第二锁紧螺栓安装于所述润滑油槽；

所述摩擦板通过转动可实现重复利用。

8.如权利要求3-6任一项所述的试验机，其特征在于，所述电机固定安装于所述基座的底部，并在所述电机和所述基座之间夹设有橡胶垫片；

所述基座设置有用于所述传动带穿过的豁口。

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