一种微动滑动复合摩擦磨损试验系统及其操作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种微动滑动复合摩擦磨损试验系统，包括支撑装置、压力加载装置、三维力传感器、微动及滑动驱动装置、精密夹持装置、测量装置、摩擦副单元、数据采集卡以及计算机控制系统；通过计算机控制系统进行协调，从而实时的输出各种不同载荷大小、摩擦力频率和振动位移幅值下摩擦副的磨损性能情况；本发明专利技术实现的试验系统能很好地模拟人体和工业应用中等许多摩擦副实际运动模式为微动、滑动复合叠加的实际情形，同时该试验系统能够对试验载荷、润滑工况、滑动摩擦的滑动速度及速度、微动摩擦的微动幅度及频率进行设定，可以进行纯微动及纯滑动模式下的摩擦磨损试验。

A fretting sliding composite friction and wear test system and its operation method

【技术实现步骤摘要】
一种微动滑动复合摩擦磨损试验系统及其操作方法
本专利技术涉及一种复合式摩擦磨损试验系统，具体涉及一种微动滑动复合摩擦磨损试验系统。
技术介绍
微动摩擦是指接触表面发生的极小幅度微米甚至纳米量级的往复运动，通常发生在由疲劳载荷、机械振动、电磁振动或热循环等引起的近似静止的接触界面之间，其运动具有隐蔽性，但其危害巨大。微动会引起材料接触表面破坏，产生裂纹，甚至导致整个系统的失效；滑动摩擦是指两个相互接触的物体具有相对运动或相对运动趋势时,两个相互接触的物体之间总是存在着阻止这种相对运动或相对运动趋势的量，通常其运动幅度至少为毫米量级。在人体和工业应用中，接触面的磨损形式并非单一，而是多种多样的。对机床上的螺钉而言，其磨损形式主要为微动磨损。对导轨而言，其磨损形式主要为滑动。微动滑动复合摩擦也是非常常见的。例如人肘关节，小幅度运动时发生微动，大幅度运动时发生滑动，引起其磨损形式为微动滑动复合。同时高速列车、火电与核电设备、军用与民用航空装备、现代斜拉桥与悬索桥、传输电缆和海上石油开采设备等也大量存在微动滑动复合摩擦磨损现象。由于微动会引起材料接触表面破坏、产生裂纹；同时在滑动摩擦较大振幅的放大作用下，裂纹会进一步加大。因此微动滑动复合摩擦磨损形式比单一摩擦形式造成的危害是更加巨大的，如果加强对微动滑动复合摩擦磨损机理的研究，开展对高温、低温、真空和腐蚀介质等特殊工况下微动滑动复合摩擦磨损研究并且采取适当的措施,就可以大大减轻微动滑动复合摩擦带来的严重后果。因此开展实施微动滑动复合摩擦磨损试验的研究对于正确地评价各种摩擦形式对材料摩擦磨损性能的影响有重要的指导作用。摩擦磨损试验机可以较为真实地模拟实际工况环境,对于探索和验证实际工程机械当中的摩擦磨损机理及其影响因素,从而采取适当的措施来减缓摩擦磨损现象具有重大意义。
技术实现思路
：本专利技术填补了现有关于微动滑动复合摩擦磨损研究领域的空白,提供了一种微动滑动复合摩擦磨损试验系统，其具有操作方便、原理可靠、结构紧凑、载荷平稳、微动和滑动幅值精度高的特点、能更好的反应实际工况微动滑动复合摩擦磨损特性等特点，该试验系统能够对试验载荷、润滑工况、滑动摩擦的滑动幅度及速度、微动摩擦的微动幅度及频率进行设定，能很好地模拟人体和工业应用中等许多摩擦副的实际运动情形，解决了现有摩擦磨损试验系统无法很好开展相关模拟研究的难题。为实现上述目的，本专利技术公开了一种微动滑动复合摩擦磨损试验系统，其特征在于，该系统包括支撑装置、压力加载装置、三维力传感器、微动及滑动驱动装置、精密夹持装置、测量装置、摩擦副单元、数据采集卡以及计算机控制系统；支撑装置包括下支撑部件和固定在下支撑部件顶部的上支撑部件，下支撑部件由四个下支撑立柱和一个下支撑平台组成，下支撑平台固定安装在四个下支撑立柱的上方，上支撑部件由四根上支撑立柱以及固定安装在四根上支撑立柱上方的顶板组成，四根上支撑立柱均固定安装在下支撑平台的顶面；所述压力加载装置包括液压加载装置、液压加载装置支架、阶梯板、加载块、导向块，所述导向块为空心长方体结构，所述长方体结构由左侧面、右侧面、前侧面、后侧面和下底面组成，一端具有开口，所述长方体结构的左侧面上设置有左翻板，所述长方体结构的右侧面上设置有右翻板，左翻板与左侧面之间的夹角为90°，右翻板与右侧面之间的夹角也为90°，左翻板与右翻板通过滑动块与顶板上方的导轨连接，顶板上开设有方形孔，所述长方体结构位于所述方形孔内，所述加载块呈倒“几”字形结构，所述加载块的主体部位于所述导向块内部，且能够在所述导向块内上下滑动；阶梯板与左翻板和右翻板固定连接，液压加载装置支架通过立柱固定安装在左翻板和右翻板上，液压加载装置固定安装在液压加载装置支架下底面上，液压加载装置的输出轴与阶梯板固定连接；所述摩擦副单元包括块状下试样和钢球上试样；所述微动及滑动驱动装置包括电液激振器和高精度电动平移台，所述电液激振器通过大L形板与顶板固定连接，大L形板的其中一个侧板与电液激振器固定连接，另外一个侧板与顶板下表面固定连接，电液激振器的输出轴与所述空心长方体结构的右侧面固定连接；所述高精度电动平移台包括高精度步进电机、减速箱、滚珠丝杠、滑板、滑块、支撑块，所述支撑块呈U型结构，所述支撑块位于所述四根上支撑立柱之间，所述滑板和滚珠丝杠均与支撑块两个侧壁相连，高精度步进电机和减速箱固定相连，减速箱的输出轴伸入所述支撑块的其中一个侧壁且与滚珠丝杠相连接，滑块上开设有与滚珠丝杠相配合的螺纹通孔和滑槽，所述滑槽与滑板相配合；所述测量装置由标尺光栅和光栅读数头组成，标尺光栅固定在所述支撑块的一个侧面上，光栅读数头通过小L形板固定安装在所述滑块的一个侧面上，标尺光栅和光栅读数头位置相对应；所述三维力传感器固定安装在所述加载块的下端部；所述精密夹持装置包括上试样夹具系统与下试样夹具，所述上试样夹具系统安装在三维力传感器的下方，所述下试样夹具置于电动平移台上，所述上试样夹具系统用于固定钢球上试样，所述下试样夹具用于固定块状下试样；上试样夹具系统由上试样夹具Ι和上试样夹具Ⅱ组成，两者通过沉头螺钉固定相连，上试样夹具Ι的下表面设置有与钢球上试样配合的球面凹槽，上试样夹具Ⅱ上设置有弧面通孔，弧面通孔的直径小于钢球直径，弧面通孔用于与钢球上试样配合；下试样夹具为空心块状结构，包括左侧板、右侧板、前侧板和后侧板，所述前侧板和后侧板的上表面均开设有两个螺纹通孔，前侧板和后侧板的下表面均开设有结构相同的双层阶梯凹槽，块状下试样两侧利用第一层阶梯侧边左右固定，下试样上表面利用第一层梯底面表面压紧固定。块状下试样垂直高度大于第一层阶梯侧边垂直高度，第二层阶梯的底面与下试样上表面之间有0.5mm间隙。下试样夹具通过螺栓固定安装在滑块上表面。进一步的，本专利技术还提供一种微动滑动复合摩擦磨损试验系统的控制方法，包括如下步骤：步骤1：设置液压加载装置的加载载荷；对电液激振器驱动轴的运动幅度和频率进行设置，从而实现对微动幅度和微动频率的设置；对高精度电动平移台运动幅度和速度进行设置，从而实现对滑动幅度和频率的设置；步骤2：三维力传感器采集摩擦副承受的由液压加载装置沿垂直方向施加的法向载荷以及摩擦副沿水平方向摩擦力，由数据采集卡将采集到的模拟信号转换为数字信号。计算机控制系统将采集到的法向载荷与预先设置的法向载荷进行对比，根据二者之间的差值，对液压加载装置进行反馈调节，保证摩擦副法向载荷的准确性；同时计算机控制系统对摩擦副之间摩擦力进行实时存储和显示；利用光栅尺对高精度电动平移台7上下试样的位移大小进行实时测量，同时对其位移幅度进行闭环反馈调节，保证滑动位移幅度的准确性；步骤3：通过改变液压加载装置输出载荷大小，改变高精度电动平移台运动幅度和速度，改变电液激振器驱动轴运动幅度和频率，可以进行不同载荷、不同滑动幅度和速度、不同微动幅度和频率下的微动滑动复合磨损试验；通过在摩擦副下面添加润滑槽，加入润滑介质直至淹没摩擦副接触界面，可以进行润滑条件下的磨损试验。步骤4：通过既开启电液激本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微动滑动复合摩擦磨损试验系统，其特征在于，该系统包括支撑装置、压力加载装置、三维力传感器、微动及滑动驱动装置、精密夹持装置、测量装置、摩擦副单元、数据采集卡以及计算机控制系统；/n所述支撑装置包括下支撑部件和固定在下支撑部件顶部的上支撑部件，下支撑部件由四个下支撑立柱和一个下支撑平台组成，下支撑平台固定安装在四个下支撑立柱的上方，上支撑部件由四根上支撑立柱以及固定安装在四根上支撑立柱上方的顶板组成，四根上支撑立柱均固定安装在下支撑平台的顶面；/n所述压力加载装置包括液压加载装置、液压加载装置支架、阶梯板、加载块、导向块，所述导向块为空心长方体结构，所述长方体结构由左侧面、右侧面、前侧面、后侧面和下底面组成，一端具有开口，所述长方体结构的左侧面上设置有左翻板，所述长方体结构的右侧面上设置有右翻板，左翻板与左侧面之间的夹角为90°，右翻板与右侧面之间的夹角也为90°，左翻板与右翻板通过滑动块与顶板上方的导轨连接，顶板上开设有方形孔，所述长方体结构位于所述方形孔内，所述加载块呈倒“几”字形结构，所述加载块的主体部位于所述导向块内部，且能够在所述导向块内上下滑动；阶梯板与左翻板和右翻板固定连接，液压加载装置支架通过立柱固定安装在左翻板和右翻板上，液压加载装置固定安装在液压加载装置支架下底面上，液压加载装置的输出轴与阶梯板固定连接；/n所述摩擦副单元包括块状下试样和钢球上试样。/n...

【技术特征摘要】
1.一种微动滑动复合摩擦磨损试验系统，其特征在于，该系统包括支撑装置、压力加载装置、三维力传感器、微动及滑动驱动装置、精密夹持装置、测量装置、摩擦副单元、数据采集卡以及计算机控制系统；
所述支撑装置包括下支撑部件和固定在下支撑部件顶部的上支撑部件，下支撑部件由四个下支撑立柱和一个下支撑平台组成，下支撑平台固定安装在四个下支撑立柱的上方，上支撑部件由四根上支撑立柱以及固定安装在四根上支撑立柱上方的顶板组成，四根上支撑立柱均固定安装在下支撑平台的顶面；
所述压力加载装置包括液压加载装置、液压加载装置支架、阶梯板、加载块、导向块，所述导向块为空心长方体结构，所述长方体结构由左侧面、右侧面、前侧面、后侧面和下底面组成，一端具有开口，所述长方体结构的左侧面上设置有左翻板，所述长方体结构的右侧面上设置有右翻板，左翻板与左侧面之间的夹角为90°，右翻板与右侧面之间的夹角也为90°，左翻板与右翻板通过滑动块与顶板上方的导轨连接，顶板上开设有方形孔，所述长方体结构位于所述方形孔内，所述加载块呈倒“几”字形结构，所述加载块的主体部位于所述导向块内部，且能够在所述导向块内上下滑动；阶梯板与左翻板和右翻板固定连接，液压加载装置支架通过立柱固定安装在左翻板和右翻板上，液压加载装置固定安装在液压加载装置支架下底面上，液压加载装置的输出轴与阶梯板固定连接；
所述摩擦副单元包括块状下试样和钢球上试样。


2.如权利要求1所述的一种微动滑动复合摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述精密夹持装置包括上试样夹具系统与下试样夹具，所述上试样加具系统安装在三维力传感器的下方，所述下试样夹具置于电动平移台上，所述上试样夹具系统用于固定钢球上试样，所述下试样夹具用于固定块状下试样；上试样夹具系统由上试样夹具Ι和上试样夹具Ⅱ组成，两者通过沉头螺钉固定相连，上试样夹具Ι的下表面设置有与钢球上试样配合的球面凹槽，上试样夹具Ⅱ上设置有弧面通孔，弧面通孔的直径小于钢球直径，弧面通孔用于与钢球上试样配合。


3.如权利要求2所述的一种微动滑动复合摩擦磨损试验系统，其特征在于，下试样夹具为空心块状结构，包括左侧板、右侧板、前侧板和后侧板，所述前侧板和后侧板的上表面均开设有两个螺纹通孔，前侧板和后侧板的下表面均开设有结构相同的双层阶梯凹槽，块状下试样两侧利用第一层阶梯侧边左右固定，下试样上表面利用第一层梯底面表面压紧固定，块状下试样垂直高度大于第一层阶梯侧边垂直高度，下试样夹具通过螺栓固定安装在滑块上表面。


4.如权利要求3所述的一种微动滑动复合摩擦磨损试验系统，其特征在于，所述微动及滑动驱动装置包括电液激振器和高精度电动平移台，所述电液激振器通过大L形板与顶板固定连接，大L形板的其中一个侧板与电液激振器固定连接，另外一个侧板与顶板下表面固定连接，电液激振器的输出轴与所述空心长方体结构的右侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张坡，李晨，曾良才，卢艳，罗石元，姜浩，陈茜琳，阮崇禄，刘思培，孙炼，张钧尧，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42