预应力下微动摩擦磨损试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种预应力下微动摩擦磨损试验装置，属于精密摩擦学领域。包括试验压力加载单元、预应力加载单元、往复微动单元以及数据采集单元，试验压力加载单元布置在上侧，由精密伺服电动缸提供动力，完成精确闭环压力加载；预应力加载单元布置在下侧，由精密伺服电机提供动力，经由两级蜗轮蜗杆减速机构配合双向丝杠螺母副完成精确预应力加载；往复微动单元布置在上侧，由精密压电促动器输出动力实现往复位移；数据采集单元包括二维力传感器、拉压力传感器等。本发明专利技术原理可靠，结构紧凑，同步性高，补偿精确，可为预应力工况条件下微动摩擦磨损提供有效测试手段。

Fretting Friction and Wear Testing Device under Prestressing

The invention relates to a fretting friction and wear test device under prestressing force, belonging to the field of precision tribology. Including test pressure loading unit, pre-stressed loading unit, reciprocating micro-motion unit and data acquisition unit, test pressure loading unit is arranged on the upper side, powered by precise servo electric cylinder to complete precise closed-loop pressure loading; pre-stressed loading unit is arranged on the lower side, powered by precise servo motor, and cooperated with two-way screw and screw through two-stage worm deceleration mechanism. Precise pre-stress loading is completed by the parent and the pair; the reciprocating micro-motion unit is arranged on the upper side, and the power output of the precise piezoelectric actuator is used to realize the reset movement; the data acquisition unit includes two-dimensional force sensor, tension and pressure sensor, etc. The invention has reliable principle, compact structure, high synchronization and accurate compensation, and can provide effective testing means for fretting friction and wear under prestressing conditions.

【技术实现步骤摘要】
预应力下微动摩擦磨损试验装置
本专利技术涉及材料性能测试领域，特别涉及精密摩擦学领域，尤指一种预应力下微动摩擦磨损试验装置。用于试件在预应力条件下的摩擦磨损试验，可对特定材料在此过程中的摩擦磨损行为进行评估，为揭示其在特殊工况环境下的磨损特性和损伤机理提供测试方法。
技术介绍
不同于传统的滑动和滚动，微动（Fretting）指的是两个接触表面发生极小幅度的相对运动，它通常存在于振动工况（如发动机运转、气流波动、热循环应力、疲劳载荷、电磁震动、传动等）下的“近似紧固”的机械配合件中，位移幅度为微米量级，微动可以造成接触面间的表面磨损，产生材料损失和构件尺寸变化，引起构件咬合、松动。微动也能加速裂纹的萌生和扩展，使构件疲劳寿命大大降低，造成一些灾难性事故。要探寻材料磨损机理，明确各种因素对材料磨损过程的影响，研究新的耐磨、减磨材料和表面处理技术，必须掌握相应的摩擦磨损试验技术，摩擦磨损试验装置/试验机是进行摩擦学试验必不可少的试验设备。材料实际服役过程中，不可避免的会受到拉/压等复杂应力的作用。在预加拉/压应力条件下，材料的微动摩擦磨损特性会发生显著改变。预应力条件下材料的微动摩擦磨损特性及失效机理的研究是相关材料安全服役的重要保障。然而，目前有关预应力条件下材料的微动摩擦磨损研究鲜见报道，其主要原因是目前尚缺乏有效的预应力条件下材料微动磨损磨损试验装置。因此，开发预应力条件下材料微动摩擦磨损试验装置并进行相关试验，探究预应力条件下材料的微动摩擦磨损特性及失效机理具有非常重要的理论价值和实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种预应力下微动摩擦磨损试验装置，揭示预应力工况条件下材料的微动摩擦磨损特性及损伤失效机理，填补相关领域的空白。本专利技术突破性地将摩擦磨损试验与传统材料拉伸性能测试相结合，并且通过电动缸实现精确加载控制，是一种综合的、多功能的摩擦磨损精密试验装置。本专利技术使用二维力传感器同步输出压力和摩擦力数值，并实时进行反馈修正，确保压力加载准确无误。本专利技术结构布局合理，整体分为上下结构，上部主要布置压力加载单元，往复微动单元。精密电动缸结构可实现直接位移输出，反馈式压力动态加载。精密压电促动器实现可控微小位移同步往复摩擦。下部主要布置核心预拉压力加载模块，结合精密伺服电机以及精密蜗轮蜗杆减速增扭机构，可实现拉压力动态加载；借助于现有的精密传感测试技术可实时监测，反馈，进行后期处理。本专利技术结构精巧，传动精密平稳，可实现动态加载，反馈闭环式精准输出，可对特殊工况环境材料磨损参数做准确计量与分析，对特殊材料在摩擦磨损试验中的微观力学行为和损伤机制做深入研究。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：预应力下微动摩擦磨损试验装置，包括试验压力加载单元、预应力加载单元、往复微动单元以及数据采集单元，试验压力加载单元布置在上侧，由精密伺服电动缸14提供动力，完成精确闭环压力加载；预应力加载单元布置在下侧，由精密伺服电机2提供动力，经由两级蜗轮蜗杆减速机构配合双向丝杠螺母副完成精确预应力加载；往复微动单元布置在上侧，由精密压电促动器13输出动力实现往复位移；数据采集单元包括二维力传感器11、拉压力传感器23等。所述试验压力加载单元是：精密伺服电动缸14直接输出位移，带动上试件杆12向着平面试件接近，当上、下试件接触后完成压力加载，并通过二维力传感器11的反馈实现压力的精确控制。所述的精密伺服电动缸14通过电动缸连接板17与侧支撑板16刚性连接。所述预应力加载单元是：精密伺服电机2驱动扭矩经由一级蜗轮24、一级蜗杆3和二级蜗杆27、二级蜗轮8增扭减速后，带动精密丝杠21旋转，精密丝杠21与螺母座20配合将旋转运动变为预应力单元支撑台5在导轨18上的整体移动，通过平面试件下夹具9和平面试件上夹具10实现预应力加载。所述的一级蜗轮24、二级蜗杆27通过一根公共轴26及精密轴承28固定在轴承支座4上，轴承支座4与下支撑平台1刚性连接。所述的精密丝杠21通过精密滚珠丝杠轴承座7刚性支撑，配合连接精密螺母座20，精密螺母座20与预应力单元支撑台5通过螺钉连接，平面试件下夹具9通过过渡板6与预应力单元支撑台5刚性连接。所述往复微动单元是：精密压电促动器13输出轴直接输出位移带动上试件杆12实现往复微动；精密压电促动器13与促动器连接座15刚性连接，促动器连接座15与侧支撑板16刚性固定，上试件杆12与精密压电促动器13的输出端螺纹连接。所述的数据采集单元是：拉压力传感器23一端与预应力单元支撑台5刚性连接，另一端通过轴孔方式与固定座板19配合并与固定螺母22连接，拉压力传感器23测量预应力并进行反馈调节，控制精密伺服电机2输出准确信号，实现精准控制；二维力传感器11采集压力和摩擦力，同时进行反馈和补偿，保证压力的精准加载和摩擦力的准确输出。本专利技术的有益效果在于：体积精巧，结构紧凑，原理可靠，同步性高，补偿精确，可为预应力工况条件下微动摩擦磨损提供有效测试手段，应用广泛。突破传统摩擦磨损测试手段和领域，提供在特殊预拉压应力工况环境下的摩擦磨损试验技术。精密电动缸结构可实现直接位移输出，反馈闭环式压力动态加载结构。精密压电促动器输出微米级往复位移，运动频率和位移幅值可调；精密伺服电机结合双级减速机构实现预拉压力加载，法向载荷和压力值可调。同时，利用先进传感器技术精确闭环控制加载参数，通过相关控制算法可自行拟合载荷加载过程中参数关系，采集呈现曲线。综上所述，本专利技术在核工业、航空航天、电力工业等具有重要应用前景。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术的整体外观结构示意图；图2为本专利技术的侧视结构示意图。图中：1、下支撑平台；2、精密伺服电机；3、一级蜗杆；4、轴承支座；5、预应力单元支撑台；6、过渡板；7、精密滚珠丝杠轴承座；8、二级蜗轮；9、平面试件下夹具；10、平面试件上夹具；11、二维力传感器；12、上试件杆；13、精密压电促动器；14、精密伺服电动缸；15、促动器连接座；16、侧支撑板；17、电动缸连接板；18、导轨；19、固定座板；20、精密螺母座；21、精密丝杠、22、固定螺母；23、拉压力传感器；24、一级蜗轮；25、电机支撑座；26、轴；27、二级蜗杆；28、精密轴承。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的详细内容及其具体实施方式。参见图1及图2所示，本专利技术的预应力下微动摩擦磨损试验装置，突破性地将微动摩擦与传统材料拉伸性能测试相结合，并且通过电动缸实现精确加载，通过压电驱动实现精确控制，是一种综合的、多功能的摩擦磨损精密试验装置，可对特定材料在此过程中的摩擦磨损行为进行监测，为揭示其在特殊工况环境下的摩擦特性和损伤办法提供测试方法。本专利技术整体为上下立体布置结构，在有效的空间内增加了平台的集成度，具体由试验压力加载单元、预拉压力加载单元、往复微动单元以及数据采集单元组成。所述试验压力加载单元是：精密伺服电动缸14直接输出位移，向着平面试件接近，被测上、下试件接触后进行压力加载，并通过二维力传感器11的反馈闭环实现压力的精确控制，精密伺服电动缸14与侧支撑板16通过电动缸连接板17刚性连接。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预应力下微动摩擦磨损试验装置，其特征在于：包括试验压力加载单元、预应力加载单元、往复微动单元以及数据采集单元，试验压力加载单元布置在上侧，由精密伺服电动缸（14）提供动力，完成精确闭环压力加载；预应力加载单元布置在下侧，由精密伺服电机（2）提供动力，经由两级蜗轮蜗杆减速机构配合双向丝杠螺母副完成精确预应力加载；往复微动单元布置在上侧，由精密压电促动器（13）输出动力实现往复位移；数据采集单元包括二维力传感器（11）、拉压力传感器（23）。

【技术特征摘要】
1.一种预应力下微动摩擦磨损试验装置，其特征在于：包括试验压力加载单元、预应力加载单元、往复微动单元以及数据采集单元，试验压力加载单元布置在上侧，由精密伺服电动缸（14）提供动力，完成精确闭环压力加载；预应力加载单元布置在下侧，由精密伺服电机（2）提供动力，经由两级蜗轮蜗杆减速机构配合双向丝杠螺母副完成精确预应力加载；往复微动单元布置在上侧，由精密压电促动器（13）输出动力实现往复位移；数据采集单元包括二维力传感器（11）、拉压力传感器（23）。2.根据权利要求1所述的预应力下微动摩擦磨损试验装置，其特征在于：所述试验压力加载单元是：精密伺服电动缸（14）直接输出位移，带动上试件杆（12）向着平面试件接近，当上、下试件接触后完成压力加载，并通过二维力传感器（11）的反馈实现压力的精确控制。3.根据权利要求2所述的预应力下微动摩擦磨损试验装置，其特征在于：所述的精密伺服电动缸（14）通过电动缸连接板（17）与侧支撑板（16）刚性连接。4.根据权利要求1所述的预应力下微动摩擦磨损试验装置，其特征在于：所述预应力加载单元是：精密伺服电机（2）驱动扭矩经由一级蜗轮（24）、一级蜗杆（3）和二级蜗杆（27）、二级蜗轮（8）增扭减速后，带动精密丝杠（21）旋转，精密丝杠（21）与螺母座（20）配合将旋转运动变为预应力单元支撑台（5）的整体移动，通过平面试件下夹具（9）和平面试件上夹具（10...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欣，赵宏伟，李磊，田媛，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22