一种基于环块摩擦副的多功能摩擦磨损试验机及其测试方法技术

本发明专利技术提供了一种基于环块摩擦副的多功能摩擦磨损试验机及其测试方法，试验机由机械支承系统、环快摩擦副机构、加载机构、驱动传动系统和测量采集系统组成，环快摩擦副机构通过两根可正反安装的试验块悬臂中段连接摩擦试验块，并与中间旋转轴上的摩擦试验环形成摩擦副，加载机构连接在两根试验块悬臂的末端，驱动传动系统与中间旋转轴传动连接，测量采集系统通过实时采集试验块悬臂的力应变信号，进而分析摩擦试验块与摩擦试验环之间的摩擦磨损情况。本发明专利技术不仅能提高传统试样块摩擦副的试验效率，还能进行两种材料的摩擦副协同作用试验。

A multifunctional friction and wear tester based on ring block friction pairs and its testing method

The invention provides a multifunctional friction and wear tester based on a ring block friction pair and its testing method. The test machine consists of a mechanical support system, a fast ring friction pair mechanism, a loading mechanism, a driving transmission system and a measurement and acquisition system. The friction test block is used to form a friction pair with the friction test ring on the middle rotating shaft. The loading mechanism is connected to the end of the cantilever of the two test blocks, and the driving transmission system is connected with the middle rotating shaft. The measurement collection system collects the force and strain signals of the cantilever on the test block, and then analyzes the friction test block and the friction test. Friction and wear between rings. The invention can not only improve the test efficiency of the friction pairs of the traditional sample blocks, but also carry out the synergy test of the friction pairs of the two materials.

【技术实现步骤摘要】
一种基于环块摩擦副的多功能摩擦磨损试验机及其测试方法
本专利技术属于摩擦磨损测试
，具体涉及一种基于环块摩擦副的多功能摩擦磨损试验机及其测试方法。
技术介绍
在摩擦学中，进行材料的模型磨损实验是快速了解某种摩擦副摩擦磨损性能的重要方法。模型磨损实验中的摩擦副有多种形式，常用的包括：环块式，销盘式，圆环式，四球式等。其中，环块式(block-on-ring)作为一种常用的摩擦副形式，由于其样件易加工，性能较稳定的优点而得到广泛应用。由于影响摩擦学实验结果的因素很多。因此，当进行模型摩擦磨损实验时，常常需要在同一个速度，载荷条件下进行多次实验，采集多组数据取平均值，以提高实验结果的准确性。然而，系统测试某个摩擦副的摩擦磨损性能往往需要覆盖许多个不同的工作条件组合。这就使得进行摩擦实验的数量大，效率低，时间长。开发一种新型试验设备，以提高实验效率，在保证测试结果准确性的前提下，减少重复实验过程的时间，具有其实用价值和现实意义。另一方面，在新型高分子材料-金属摩擦副中，由于高分子聚合物的磨屑能够积攒在金属表面形成转印膜，使得高分子聚合物不直接与金属表面对磨，该类摩擦副能够得到较低的摩擦因数和磨损率。由于该特性，该类摩擦副引起了广泛的兴趣，学者对其在各种介质条件和载荷速度条件下的摩擦性能开展了大量研究。但是，基于实用性考虑，以及试验设备限制，目前大量工作仍集中在一种高分子材料对磨金属的情况。开发新型试验设备，能够探究多种高分子材料在同一个金属表面上的协同转印膜作用，亦有其实用价值和现实意义。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于环块摩擦副的多功能摩擦磨损试验机及其测试方法，一方面能提高传统试样块对磨摩擦试验环的试验效率，另一方面又能进行两种材料的摩擦副协同作用试验。结合说明书附图，本专利技术的技术方案如下：一种基于环块摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，由用于安装承载功能部件的机械支承系统、环快摩擦副机构、加载机构、驱动传动系统和测量采集系统组成；所述环快摩擦副机构由中间旋转轴1、摩擦试验环2、试验块悬臂4和摩擦试验块5组成，所述中间旋转轴1两端旋转安装在机械支承系统中部，所述摩擦试验环2同轴安装在中间旋转轴1上，两根所述试验块悬臂4的顶端铰接在中间旋转轴1正上方的机械支承系统上，且两根所述试验块悬臂4的旋转轴线与中间旋转轴1平行，两根所述试验块悬臂4的中段分别固定安装摩擦试验块5，所述试验块5与摩擦试验环2形成摩擦副；所述试验块悬臂4的顶端与中段沿所述中间旋转轴1的轴线前后设置，使得两根试验块悬臂4正向安装时，其中段的摩擦试验块5沿中间旋转轴1轴线前后分布，两根试验块悬臂4反向安装时，其中段的摩擦试验块5沿中间旋转轴1轴线位置重合；所述加载机构连接在两根试验块悬臂4的末端，所述加载机构通过试验块悬臂4向摩擦试验块5与摩擦试验环2之间施加载荷；所述驱动传动系统与中间旋转轴1传动连接，以提供旋转驱动力；所述测量采集系统通过实时采集试验块悬臂4的力应变信号，进而分析摩擦试验块5与摩擦试验环2之间的摩擦磨损情况。进一步地，所述试验块悬臂4的上端设有轴承座，两根试验块悬臂4的上端均通过轴承17安装在机械支承系统上部的铰轴上，并通过限位螺母沿轴向固定。进一步地，所述摩擦试验块5通过试验块固定装置41固定安装在试验块悬臂4的中段，所述试验块固定装置41为一个形状与摩擦试验块5相匹配的凹槽，在凹槽的侧面开口处装配有调整螺栓42和螺母，通过旋紧或旋松调整螺栓42实现凹槽的收缩和扩张，进而实现对摩擦试验块5的紧固或松开。进一步地，所述摩擦试验环2与中间旋转轴1之间采用锥斜面配合，并通过平键连接传递动力，摩擦试验环2的端部通过旋紧在中间旋转轴1的紧固螺母3实现轴向固定。进一步地，所述加载机构由加载绳索6、滑轮车7和加载砝码8组成；所述加载绳索6的两端分别连接在两根所述试验块悬臂4的末端；所述滑轮车7由滑轮71和砝码架72连接组成，所述滑轮71通过其圆周上的滑轮环槽滑动安装在加载绳索6上；所述砝码架72上端穿过滑轮71的轴线并安装在滑轮71的前后端面两侧，所述加载砝码8置于砝码架72下端托架上。进一步地，所述驱动传动系统由驱动电机9、大皮带轮10、小皮带轮11和传动皮带12组成；所述驱动电机9安装在机械支承系统下部，所述大皮带轮10与驱动电机9的输出轴同轴传动连接，所述小皮带轮11与中间旋转轴1同轴传动连接，所述大皮带轮10与小皮带轮11通过传动皮带12传动连接。进一步地，所述测量采集系统由压紧力传感器13、摩擦力传感器14、转速传感器15和数据采集显示系统组成；所述压紧力传感器13由四个压紧力应变片组成，所述压紧力应变片分别布置在两个试验块悬臂4末端的悬臂上表面和下表面上；所述压紧力传感器13由四个摩擦力应变片组成，所述摩擦力应变片分别布置在两个试验块悬臂4中段的摩擦试验块5连接处的悬臂上表面和下表面上；所述压紧力传感器13和摩擦力传感器14分别与数据采集显示系统信号连接；所述转速传感器15布置安装在中间旋转轴1的轴端，以实时测量中间旋转轴1的转速，所述转速传感器15分别与数据采集显示系统和驱动电机控制器信号连接。一种基于环块摩擦副的多功能摩擦磨损试验机的测试方法，所述测试方法包括同种材料的摩擦副平行试验、不同材料的摩擦副对比试验以及不同材料的摩擦副协同作用试验；所述同种材料的摩擦副平行试验方法为：将两根试验块悬臂4正向安装，在两根试验块悬臂4下方安装同样材料的摩擦试验块5，此时两个摩擦试验块5沿摩擦试验环2的轴向前后设置，驱动传动机构带动中间旋转轴1上的摩擦试验环2旋转，加载机构通过两根试验块悬臂4的末端向摩擦试验块5施加压力，两个摩擦试验块5分别与摩擦试验环2的前后段相接触对磨，并沿摩擦试验环2轴向形成前后两段相互独立且平行的摩擦轨迹，由于两个摩擦试验块5与摩擦试验环2的摩擦轨迹相错开不重合，故可视为两个独立进行的环块试验，两个摩擦试验块5的材料相同，即为同种材料的摩擦副平行试验；所述不同材料的摩擦副对比试验方法为：将两根试验块悬臂4正向安装，在两根试验块悬臂4下方安装不同材料的摩擦试验块5，此时两个摩擦试验块5沿摩擦试验环2的轴向前后设置，两个摩擦试验块5分别与摩擦试验环2的前后段相接触对磨，并沿摩擦试验环2轴向形成前后两段相互独立且平行的摩擦轨迹，由于两个摩擦试验块5与摩擦试验环2的摩擦轨迹相错开不重合，故可视为两个独立进行的环-块试验，由于两个摩擦试验块5的材料不同，即为不同材料的摩擦副对比试验；所述不同材料的摩擦副协同作用试验方法为：将两根试验块悬臂4反向安装，在两根试验块悬臂4下方安装两种不同材料的摩擦试验块5，此时两个摩擦试验块5沿摩擦试验环2的轴向位置相重合，两个摩擦试验块5与摩擦试验环2对磨的摩擦轨迹相重合，两个摩擦试验块5与摩擦试验环2所形成的的两个摩擦副的摩擦行为相互影响，协同作用，即为不同材料的摩擦副协同作用试验。试验过程中，通过测量采集系统对两根试验块悬臂4对应悬臂段的应变数据进行实时采集，计算获得两个摩擦试验块5与摩擦试验环2之间的压紧力和摩擦力数据，已测试摩擦副的摩擦磨损情况，与此同时，通过测量采集系统对中间旋转轴1的转速实时检测，以对驱动传动系统进行闭环控制。与现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于环块摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，其特征在于：由用于安装承载功能部件的机械支承系统、环快摩擦副机构、加载机构、驱动传动系统和测量采集系统组成；所述环快摩擦副机构由中间旋转轴(1)、摩擦试验环(2)、试验块悬臂(4)和摩擦试验块(5)组成，所述中间旋转轴(1)两端旋转安装在机械支承系统中部，所述摩擦试验环(2)同轴安装在中间旋转轴(1)上，两根所述试验块悬臂(4)的顶端铰接在中间旋转轴(1)正上方的机械支承系统上，且两根所述试验块悬臂(4)的旋转轴线与中间旋转轴(1)平行，两根所述试验块悬臂(4)的中段分别固定安装摩擦试验块(5)，所述试验块(5)与摩擦试验环(2)形成摩擦副；所述试验块悬臂(4)的顶端与中段沿所述中间旋转轴(1)的轴线前后设置，使得两根试验块悬臂(4)正向安装时，其中段的摩擦试验块(5)沿中间旋转轴(1)轴线前后分布，两根试验块悬臂(4)反向安装时，其中段的摩擦试验块(5)沿中间旋转轴(1)轴线位置重合；所述加载机构连接在两根试验块悬臂(4)的末端，所述加载机构通过试验块悬臂(4)向摩擦试验块(5)与摩擦试验环(2)之间施加载荷；所述驱动传动系统与中间旋转轴(1)传动连接，以提供旋转驱动力；所述测量采集系统通过实时采集试验块悬臂(4)的力应变信号，进而分析摩擦试验块(5)与摩擦试验环(2)之间的摩擦磨损情况。...

【技术特征摘要】
1.一种基于环块摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，其特征在于：由用于安装承载功能部件的机械支承系统、环快摩擦副机构、加载机构、驱动传动系统和测量采集系统组成；所述环快摩擦副机构由中间旋转轴(1)、摩擦试验环(2)、试验块悬臂(4)和摩擦试验块(5)组成，所述中间旋转轴(1)两端旋转安装在机械支承系统中部，所述摩擦试验环(2)同轴安装在中间旋转轴(1)上，两根所述试验块悬臂(4)的顶端铰接在中间旋转轴(1)正上方的机械支承系统上，且两根所述试验块悬臂(4)的旋转轴线与中间旋转轴(1)平行，两根所述试验块悬臂(4)的中段分别固定安装摩擦试验块(5)，所述试验块(5)与摩擦试验环(2)形成摩擦副；所述试验块悬臂(4)的顶端与中段沿所述中间旋转轴(1)的轴线前后设置，使得两根试验块悬臂(4)正向安装时，其中段的摩擦试验块(5)沿中间旋转轴(1)轴线前后分布，两根试验块悬臂(4)反向安装时，其中段的摩擦试验块(5)沿中间旋转轴(1)轴线位置重合；所述加载机构连接在两根试验块悬臂(4)的末端，所述加载机构通过试验块悬臂(4)向摩擦试验块(5)与摩擦试验环(2)之间施加载荷；所述驱动传动系统与中间旋转轴(1)传动连接，以提供旋转驱动力；所述测量采集系统通过实时采集试验块悬臂(4)的力应变信号，进而分析摩擦试验块(5)与摩擦试验环(2)之间的摩擦磨损情况。2.如权利要求1所述一种基于环块摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，其特征在于：所述试验块悬臂(4)的上端设有轴承座，两根试验块悬臂(4)的上端均通过轴承(17)安装在机械支承系统上部的铰轴上，并通过限位螺母沿轴向固定。3.如权利要求1或2所述一种基于环块摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，其特征在于：所述摩擦试验块(5)通过试验块固定装置(41)固定安装在试验块悬臂(4)的中段，所述试验块固定装置(41)为一个形状与摩擦试验块(5)相匹配的凹槽，在凹槽的侧面开口处装配有调整螺栓(42)和螺母，通过旋紧或旋松调整螺栓(42)实现凹槽的收缩和扩张，进而实现对摩擦试验块(5)的紧固或松开。4.如权利要求1所述一种基于环块摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，其特征在于：所述摩擦试验环(2)与中间旋转轴(1)之间采用锥斜面配合，并通过平键连接传递动力，摩擦试验环(2)的端部通过旋紧在中间旋转轴(1)的紧固螺母(3)实现轴向固定。5.如权利要求1所述一种基于环块摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，其特征在于：所述加载机构由加载绳索(6)、滑轮车(7)和加载砝码(8)组成；所述加载绳索(6)的两端分别连接在两根所述试验块悬臂(4)的末端；所述滑轮车(7)由滑轮(71)和砝码架(72)连接组成，所述滑轮(71)通过其圆周上的滑轮环槽滑动安装在加载绳索(6)上；所述砝码架(72)上端穿过滑轮(71)的轴线并安装在滑轮(71)的前后端面两侧，所述加载砝码(8)置于砝码架(72)下端托架上。6.如权利要求1所述一种基于环块摩擦副的多功能摩擦磨损试验机，其特征在于：所述驱动传动系统由驱动电机(9)、大皮带轮(10)、小皮带轮(11)和传动皮带(12)组成；所述驱动电机(9)安装在机械支承系统下部，所述大皮带轮(10)与驱动电机(9)的输出轴同轴传动连接，所述小皮带轮(11)与中间旋转轴(1)同轴传动连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：高炳钊，林志斌，李湘吉，陈虹，彭显昌，蔡文奇，岳汉奇，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22