一种交叉规则形貌柱体往复式微动磨损试验台装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种交叉规则形貌柱体往复式微动磨损试验台装置。该装置由旋转台座、试件夹紧装置、力加载装置、往复驱动装置、传感器装置、摩擦界面观测装置与数据采集与处理系统组成。旋转平台便于研究不同交叉角度对于磨损的影响。用于固定上、下试件的夹紧装置结构简单、夹持可靠。通过伺服电动缸推动上、下试件接触，对试验件均匀施加法向力。所述往复驱动装置包括动力源部件、直线导轨和滑块。采用激光高精度位移传感器进行切向微动位移检测，力传感器检测摩擦力和正压力。三维形貌仪和三维全场应变测试分析仪采用相机模组观测磨损界面，获得磨损性能评价参数。所设计的试验台装置具有微动精度高、接触角度可变等特点。接触角度可变等特点。接触角度可变等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种交叉规则形貌柱体往复式微动磨损试验台装置


[0001]本专利技术涉及一种微动磨损试验台装置，具体地说，涉及规则形貌柱体接合面的接触微动磨损试验台装置，属于微动磨损、磨损测试


技术介绍

[0002]宏观世界中任何结合面的接触都是粗糙表面间的接触，且结合面表面均是由一系列微凸体构成的。因此，结合面间的微凸体相互作用将直接影响结合面的接触刚度和接触变形等力学特性。事实上，在大多数机加工过程中往往具有规律性的加工方式，所以会形成规律性的加工表面，尤其在高精度机床的加工中，比如最常见的波状、抛物状以及余弦状的表面结构就是由于刨削或平铣造成的。很多机加工表面装配后贴合，在实际生产过程中难免会产生微小振动，例如机床接合面，法向受载的情况下如果切向发生微小位移就会导致微动磨损现象，这种现象潜移默化地影响着机床的加工精度以及整体刚度等等。
[0003]微动磨损是指发生在接触面之间极其微小的位移幅度的摩擦运动，位移幅度量级一般在微米级别，常发生在近似静止的工况下，而且其的演化具有很强的隐蔽性，但是危害确实是显而易见的，微动会引起材料表面破坏并产生裂纹，甚至于导致整个系统的崩溃失效。研究表明，在球—平面的接触条件下，微动可以分为切向、径向、滚动以及扭动四种基本微动模式。有相关研究表明，全世界每年大约有30％
‑
50％的能源以各种各样的形式消耗在摩擦磨损行为上，所导致的经济损失巨大。如果采取合理的措施并加大对于磨损机理的研究，就可以减少能源、资源的浪费。以机床接合面为例，现有研究手段很难对整个接合面的磨损性能进行分析评定，从表面规则形貌微凸体出发，将微观尺寸拓展到宏观尺寸上，在此基础上探索不同外加载荷、不同规则表面形貌特征、不同轴线接触角度以及不同材料等等对于磨损特性的影响。此处的磨损试验装置的合理利用可以正确评价种种因素对于材料磨损性能的影响以及研究磨损对于接触力学性能的影响，对于相应理论研究具有参考价值，对于验证实际工程机械中高端机床的磨损机理具有重大意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有研究技术的不足，提供了一种针对交叉规则形貌柱体的往复式微动磨损试验台装置，其具有操作方法简单、微动精度较高、加载过程平稳以及闭环反馈调节等等的特点。磨损界面观测装置能够显示多种磨损界面的磨损性能指标以及形变分析，更好的反映出来实际工况切向磨损，应用范围较广。
[0005]为实现上述的目的，本专利技术采用以下技术方案：一种交叉规则形貌柱体往复式微动磨损试验台装置，包括旋转台座、试件夹紧装置、力加载装置、往复驱动装置、传感器装置、摩擦界面观测装置与数据采集与处理系统。
[0006]所述旋转支撑台座的设计，分为固定平台和旋转平台，上面安装有观测装置、减速电机以及试验台高度调整装置的固定装置，减速电机驱动转台可以改变接触交叉角度，并且减速电机输出轴上布置有角度传感器，通过采集的角度信号与计算机输入形成闭环反馈
调节，使得自动化调节较为准确。
[0007]所述的夹紧装置主要是保证上、下试件处于夹紧的状态，保证下试件保持不动，上试件固定在驱动滑块上，同时是为保证微动的精确性。此外该夹紧装置的设计便于更换不同尺寸、不同形貌、不同材料以及不同表面粗糙度的试件开展多种形式的试验。由液压泵驱动液压伸缩杆来改变试验台装置的高度，并由位移传感器测量伸缩量信号与计算机计算机输入形成闭环反馈调节，以保证自动化调节的准确性。
[0008]所述伺服电动缸驱动加载的方式，伺服电动缸通过滑块安装在直线导轨上，因此加载状态不会影响切向微动过程，并且两电动缸采用对称加载的方式，加载过程平稳均匀，通过力传感器采集正压力信号，并设置计算机数据处理装置与采集到的压力信号形成闭环反馈控制，接触过程中保持施加载荷稳定。
[0009]所述往复驱动装置主要由直线滑轨、滑块以及动力源组成，所述动力源采用压电微位移驱动器，设备体积小，拥有较高精度，振幅、频率变动范围广，且驱动信号容易用计算机控制。
[0010]力传感器和激光高精度位移传感器负责测量法向力、切向摩擦力以及切向微动量。同样，测量切向微动的传感器采集的位移信号与计算机数据处理装置形成闭环反馈调节输入振动信号，接触过程中保持微动的稳定性。传感器采用多通道数据采集卡采集数据，应用计算机进行数据分析显示和存储，从而对材料的微动损伤机理进行研究。
[0011]摩擦界面观测装置主要是采用三维形貌仪观测磨损界面来分析磨损体积以及磨损深度等，此外还利用三维应变测量分析系统对磨损完的试件进行应变、变形分析，探究磨损对于试件接触力学性能的影响。
[0012]数据采集与处理系统主要包括总控制装置、传感器的多通道数据采集卡以及磨损界面观测装置采集到的数据，总控制系统通过控制程序给定驱动量或者载荷量，而通过多通道数据采集仪可以采集到位移以及压力相关参数并反馈到计算机，计算机根据反馈做出相应的输入调节。此外计算机控制系统还利用闭环反馈调节来实现角度、高度调节过程自动控制。最后利用相应的分析模块对于观测装置相机模组采集到的数据进行处理、分析和显示。
[0013]本专利技术所述的两交叉规则形貌柱体往复式微动磨损试验装置。将微观难以观测和研究的微动磨损问题拓展到宏观问题来解决。本装置通过加不仅可以通过改变不同形貌柱体、尺寸以及材料属性等来实现试验的多样性，还可以加减正压力、改变激振频率或者幅度等模拟不同情况下的摩擦磨损试验，而且还拓展思路研究了磨损对于接触力学性能的影响。具有高精度、可自动调节、以及便于操作的特点。
附图说明
[0014]下面将结合附图和实施方式对本专利技术一种交叉规则形貌柱体往复式微动磨损试验台装置作进一步的详细说明。
[0015]图1为本专利技术实施例的结构示意图
[0016]图2为本专利技术实施例结构示意图的俯视图
[0017]图3为下夹紧装置结构演示示意图
[0018]图4为半圆柱对接触区域示意图
[0019]图5为数据采集与分析系统控制原理图
[0020]图中：1为减振垫一，2为减振垫二，3为减速电机，4为固定支撑圆平台，5为旋转圆平台，6为固定装置一，7为液压泵一，8为液压伸缩杆一，9为下夹紧装置，10为下试件，11为采集仪固定装置，12为三维形貌采集仪，13为螺栓组一，14为直线导轨，15为伺服电动缸一，16为滑块一，17为正压力传感器，18为往复驱动滑块，19为压电微位移驱动器，20为驱动器固定装置，21为激光高精度位移传感器，22为上夹紧装置，23为摩擦力传感器，24为滑块二，25为电动伺服缸二，26为螺栓组二，27为上试件，28为液压伸缩杆二，29为液压泵二，30为固定装置二，31为三维全场应变测量分析仪的多相机组，32为相机组固定装置，33为减振垫三，34为减振垫四。
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术的目的、技术实施方案以及特点更加直观，接下来将结合附图以及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用于解释本专利技术。
[0022]本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交叉规则形貌柱体往复式微动磨损试验台装置，其特征在于包括:旋转台座、试件夹紧装置、力加载装置、往复驱动装置、传感器装置、摩擦界面观测装置与数据采集与处理系统组成；整个基础台座由固定支撑圆平台(4)和旋转圆平台(5)组成，其中固定支撑圆平台(4)有四个支撑腿，而且将减振垫一(1)、减振垫二(2)、减振垫三(33)以及减振垫四(34)都布置在支撑腿下面；左右两边控制试验装置高度的液压伸缩杆一(8)和液压泵一(7)通过固定装置一(6)固定在固定支撑圆平台(4)上；同样液压伸缩杆二(28)和液压泵二(29)通过液固定装置(30)也固定在固定支撑圆平台(4)上，液压伸缩杆一(8)和液压伸缩杆二(28)支撑着整个加载装置和往复驱动装置；同时下夹紧装置(9)固定在旋转圆平台(5)上；其中下夹紧装置(9)主体呈“T”型导轨状，与“T”型贯穿孔的下试件(10)相配合，下夹紧装置(9)一端为挡板，另一端为开合结构设计；利用液压泵一(7)和液压泵二(29)同时同量驱动液压伸缩杆一(8)和液压伸缩杆二(28)进行高度调节；当上试件(27)被上夹紧装置(22)和往复驱动滑块(18)固定在直线导轨(14)上后，再将下试件(10)固定在旋转圆平台(5)上，且两者之间预留足够间隙，通过液压伸缩杆一(8)和液压伸缩杆二(28)进行高度调整，使得上试件(27)与下试件(10)刚好接触，但不产生任何正压力；此时旋转圆平台(5)正下方减速电机(3)再驱动下试件(10)进行旋转，通过计算机闭环反馈调节下试件(10)与上试件(27)的角度，达到测量不同交叉角度的影响的目的；直线导轨(14)通过螺栓组一(13)和螺栓组二(26)分布固定在液压伸缩杆一(8)和液压伸缩杆二(28)上，伺服电动缸一(15)通过滑块一(16)固定在直线导轨(14)上；同样，伺服电动缸二(25)通过滑块二(24)固定在直线导轨(14)上，两个加载装置对称分布，并且通过弧状加载装置均匀施加在上试件(27)上表面；当上、下试件被夹紧且角度设置完成后，先利用直线导轨(14)与滑块一(16)、滑块二(24)调整加载装置的位置，再通过计算机控制施加定量正压力，并通过闭环反馈调节使得载荷恒定；往复驱动装置中压电微位移驱动器(19)通过驱动器固定装置(20)固定在直线导轨(14)上方，并利用螺纹一体化结构与上试件(27)上表面连接，驱动器的输出施加在上试件(27)上；当载荷施加完成后，利用往复驱动装置施加切向微动，为接下来微动磨损研究创造前提条件；传感器装置包括检测正向力的力传感器(17)、检测切向摩擦力的力传感器(23)以及检测切向微动量的激光高精度位移传感器(21)；传感器装置能够在磨损过程中实时监测力与位移的大小，为后续分析提供数据，并且通过数据采集完成闭环反馈控制；三维形貌采集仪(12)通过采集仪固定装置(11)固定在旋转圆平台(5)上；同样三维全场应变测试分析仪的多相机组(31)通过相机组固定装置(32)也固定在旋转圆平台(5)上。2.根据权利要求1所述的一种交叉规则形貌柱体往复式微动磨损试验台装置，，其特征在于：对于三维形貌采集仪(12)，试验前要先对三维形貌进行校准，也要保证试验台光照充足达到视场范围要求，当试验结束，利用液压装置顶起加载装置使得上、下试件分开，将三维采集仪(12)通过底部的伸缩结构和万向结构调节观测范围和角度以观测磨损形貌参数；同样在开始试验之前，保证三维全场应变测试分析仪的多相机组(31)镜头视角要对准磨损界面，保持开机状态；经过计算机图像数据处理，三...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭铁能，石浩，李博，王晨航，季如国，马云飞，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：