一种扭转复合微动摩擦磨损的试验方法及其装置，方法是：ａ、将上试件夹持在连有六维力／力矩传感器的上夹具上，用下夹具夹持下试件，下夹具固定在倾斜的回转电机１３）轴上；ｂ、数据采集控制系统控制上夹具及上试件上下、左右移动，使二者接触并保持设定的法向载荷Ｆｎ；同时，数据采集控制系统控制回转电机及下试件以设定参数进行旋转；ｃ、六维力／力矩传感器测出切向力即摩擦力Ｆｔ送至数据采集控制系统，分析得出摩擦力Ｆｔ和回转角位移幅值θ的曲线，以表征扭转复合微动的动力学特性。该方法更真实地模拟构件在复杂应力作用下的复合微动损伤，控制与测试的精度高，实验数据的重现性好；且其自动化程度高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微动摩擦磨损的试验方法及其试验装置。
技术介绍
微动(Fretting)是指在机械振动、疲劳载荷、电磁振动或热循环等交变载荷作用 下，名义上静止的接触表面间发生的振幅极小的相对运动(位移幅度一般为微米量级)，即 微动发生在“紧固”配合的机械部件中。微动普遍存在于机械行业、核反应堆、航空航天、桥 梁工程、汽车、铁路、船舶、电力工业、武器系统、电讯装备和人工植入器官等领域的紧配合 零部件中。紧配合零部件中存在的微动会引起构件咬合、松动、功率损失、噪声增加或形成 污染源，或者产生疲劳裂纹并扩展，导致疲劳寿命大大降低。随着高科技机械对高精度、长 寿命和高可靠性的要求，以及各种工况条件的日益苛刻，微动损伤的危害日益凸现，已成为 引发灾难性事故的主要原因之一，被称为工业界的“癌症”。在球/平面接触条件下，微动有4种基本模式，即切向微动、径向微动、扭动微动 和转动微动。工业中实际的微动工况十分复杂，往往集两种或两种以上微动基本模式复合 的复杂运动也经常出现。扭转(扭动+转动)复合微动是扭动微动和转动微动两种模式的耦合，是在交变 载荷作用下接触副发生微幅扭转的相对运动。扭转复合微动现象大量存在于机械装备和器 械中，涉及交通运输、生物医学等众多领域。例如汽车转向系统中球接头与球窝配合面、人 体植入器械中的髋关节和膝关节杵白状接触区、轴承内发生的微动等。扭转复合微动导致 的疲劳和磨损大大的缩短了零部件的使用寿命、直接影响了安全生产，同时也带来了巨大 的经济损失。由于研究与分析设备及手段的限制，扭转复合微动的相关研究、分析工作一直 以来开展的较少。研究扭转复合微动试验的方法及其装置，对减少工程中出现的复杂微动 磨损问题，改进机械、生物工程等领域的相关设计，提高装备与器械的性能与寿命、节约能 源等具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的第一个专利技术目的是提供一种扭转复合微动摩擦磨损试验方法，该试验方 法能方便地使材料发生小角度的扭转复合微动摩擦磨损，较真实地模拟构件在复杂应力作 用下的复合微动损伤，控制与测试的精度高，实验数据的重现性好；且其自动化程度高。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种扭转复合微动摩擦磨损试验方 法，其作法是一种扭转复合微动摩擦磨损的试验方法，其作法是a、将平面的上试件夹持在上夹具上，上夹具固定在六维力/力矩传感器上，用下 夹具夹持球形的下试件，下夹具固定在倾斜的高精度超低速的回转电机输出轴上的安装盘 上，球形的下试件的中心位于回转电机输出轴的轴线上；b、通过数据采集控制系统控制上夹具及其夹持的上试件的上下、左右移动，使上、 下试件接触并使上、下试件间保持设定的法向载荷Fn;同时，数据采集控制系统控制回转4电机并带动下夹具及其夹持的下试件以设定的转速ω、回转角位移幅值θ和往复周次N进 行往复旋转，上、下试件间即在承受扭动和转动的共同作用下进行扭转复合微动；C、在上、下试件进行扭转复合微动的同时，与上夹具相连的六维力/力矩传感器 测出切向力即摩擦力Ft，并送至数据采集控制系统，数据采集控制系统分析得出设定载荷 Fn和转速ω条件下的摩擦力Ft和回转角位移幅值θ的曲线，以表征扭转复合微动的动力 学特性。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是一、本专利技术的方法，将电机倾斜一定角度α，使球形的下试件倾斜旋转，从而实现 了球形下试件与平面上试件间同时进行扭动和转动的双重复合微动(倾斜旋转的水平分 量对应的微动分量为扭动微动，垂直分量对应的微动分量为转动微动)，从而能更加真实有 效地对扭转复合微动进行分析和测试。二、由于球形下试件的中心与高精度超低速回转电机的旋转轴对中，高精度超低 速回转电机能保证球形试件绕电机旋转轴回转，不会发生偏心现象；从而确保扭转复合微 动得以实现。三、通过数据采集控制控制系统控制高精度超低速回转电机的转动，能精确实现 下夹具及其下试件按给定的微小转角幅值及超低转速进行往复旋转；也能精确实现上夹具 位置的调整和设定法向载荷的试加，从而精确实现给定参数条件下的扭转复合微动摩擦磨 损试验。四、通过与上夹具相连的六维力/力矩传感器测出复合微动时的切向力即摩擦 力，并送数据采集控制系统处理，得到设定条件下的摩擦力-角位移曲线，可以准确表征扭 转复合微动的动力学特性。并可将试验后的材料进行其它相关分析。总之，该试验方法能方便的使材料发生精确的微小角度的扭转复合微动摩擦磨 损，试验直接由数据采集控制系统控制给定相应测试参数，并测出摩擦力，进行自动的分析 及处理，能较真实地模拟构件在复杂应力作用下的复合微动损伤，实验结果更准确、可靠； 控制与测试的精度高，实验数据的重现性好，且自动化程度高。克服了现有实验方法结果具 有单一性，重现性差等缺陷。本专利技术的另一目的是提供一种实施上述扭转复合微动摩擦磨损的试验方法的试 验装置，该装置结构简单，易操作，能够进行不同工况与规格材料的扭转复合微动摩擦磨损 试验，控制与测试的精度高，实验数据更准确、可靠，重现性好。本专利技术实现该专利技术目的所采用的技术方案是一种上述的试验方法的试验装置， 包括夹持平面的上试件的上夹具、上夹具通过六维力/力矩传感器及能够进行水平与垂向 移动的二维调整移动台固定在机座的中上部；夹持球形的下试件的下夹具安装在机座的中 下部，其特征在于所述的下夹具安装在机座的中下部的具体结构为下夹具螺纹连接固 定在高精度超低速的回转电机输出轴上的安装盘上，下夹具的夹持腔的中心位于回转电机 输出轴的轴线上，回转电机按设定的倾斜角α倾斜地安装在电机倾斜台上，电机倾斜台固 定在机座的底部。回转电机、二维调整移动台、六维力/力矩传感器均与数据采集控制系统电连接。该装置的使用方法及工作过程为将上试件固定在上夹具上，下试件固定在下夹具上。调节电机倾斜台，使电机倾斜到设定角度后固定；通过数据采集控制系统控制二维调整移动台的运动，调整上试件在竖 直、水平两个方向的位置，使其与下试件接触并施加给定的法向载荷。再由数据采集控制 系统控制高精度超低速回转电机的转动，使下试件按设定的参数绕电机旋转轴进行往复旋 转，实现下、上试件的球-平面扭转复合微动，在此过程中，六维力/力矩传感器实时监测扭 转复合微动时的切向力(摩擦力)，送数据采集控制系统进行处理，得到摩擦力-角位移幅 值(Ft-Θ)曲线。同时，六维力/力矩传感器实时监测微动时的法向载荷，传送给数据采集 控制系统，由数据采集控制系统对二维调整移动台的垂向位置进行实时调节控制，确保下 试件的法向载荷始终处于恒定的给定值。 给定不同的参数，即可进行不同工况下的扭转复合微动摩擦磨损试验。对于不同 尺寸的上、下试件，采用相应规格的上、下夹具即可完成试验。可见，采用以上装置可以方便的实现本专利技术的试验方法，，能够进行不同工况与规 格材料的扭转复合微动摩擦磨损试验，较真实地模拟出构件在复杂应力作用下的复合微动 损伤，控制与测试的精度高，实验数据更准确、可靠，重现性好。上述的电机倾斜台的组成为回转电机的机身固定在电机固定套内，电机固定套 置于电机座的内腔中，且电机固定套两侧的旋转轴和电机座的轴孔配合；紧固螺栓穿过电 机座上的弧形槽与电机固定套上的螺孔连接，弧形槽的弧心在旋转轴的轴线上，电机座固 定于机座的底部。这样，电机固定套本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种扭转复合微动摩擦磨损的试验方法，其作法是：ａ、将平面的上试件（６）夹持在上夹具（５）上，上夹具（５）固定在六维力／力矩传感器（４）上，用下夹具（１６）夹持球形的下试件（１４），下夹具（１６）固定在倾斜的高精度超低速的回转电机（１３）输出轴上的安装盘（１２）上，球形的下试件（１４）的中心位于回转电机（１３）输出轴的轴线上；ｂ、通过数据采集控制系统控制上夹具（５）及其夹持的上试件（６）的上下、左右移动，使上、下试件（６、１４）接触并使上、下试件（６、１４）间保持设定的法向载荷Ｆｎ；同时，数据采集控制系统控制回转电机（１３）并带动下夹具（１６）及其夹持的下试件（１４）以设定的转速ω、回转角位移幅值θ和往复周次Ｎ进行往复旋转，上、下试件（６、１４）间即在承受扭动和转动的共同作用下进行扭转复合微动；ｃ、在上、下试件（６、１４）进行扭转复合微动的同时，与上夹具（５）相连的六维力／力矩传感器（４）测出切向力即摩擦力Ｆｔ，并送至数据采集控制系统，数据采集控制系统分析得出设定载荷Ｆｎ和转速ω条件下的摩擦力Ｆｔ和回转角位移幅值θ的曲线，以表征扭转复合微动的动力学特性。
【技术特征摘要】
一种扭转复合微动摩擦磨损的试验方法，其作法是a、将平面的上试件(6)夹持在上夹具(5)上，上夹具(5)固定在六维力/力矩传感器(4)上，用下夹具(16)夹持球形的下试件(14)，下夹具(16)固定在倾斜的高精度超低速的回转电机(13)输出轴上的安装盘(12)上，球形的下试件(14)的中心位于回转电机(13)输出轴的轴线上；b、通过数据采集控制系统控制上夹具(5)及其夹持的上试件(6)的上下、左右移动，使上、下试件(6、14)接触并使上、下试件(6、14)间保持设定的法向载荷Fn；同时，数据采集控制系统控制回转电机(13)并带动下夹具(16)及其夹持的下试件(14)以设定的转速ω、回转角位移幅值θ和往复周次N进行往复旋转，上、下试件(6、14)间即在承受扭动和转动的共同作用下进行扭转复合微动；c、在上、下试件(6、14)进行扭转复合微动的同时，与上夹具(5)相连的六维力/力矩传感器(4)测出切向力即摩擦力Ft，并送至数据采集控制系统，数据采集控制系统分析得出设定载荷Fn和转速ω条件下的摩擦力Ft和回转角位移幅值θ的曲线，以表征扭转复合微动的动力学特性。2.一种实施权利要求1所述的试验方法的试验装置，包括夹持平面的上试件(6)的上 夹具(5)、上夹具(5)通过六维力/力矩传感器(4)及能够进行水平与垂向移动的二维调整 移动台(2)固定在机座(1)的中上部；夹持球形的下试件(14)的下夹具(16)安装在机座 (1)的中下部，其特征在于所述的下夹具(16)安装在机座(1)的中下部的具体结构为下 夹具(16)螺纹连接固定在高精度超低速的回转电机(13)输出轴上的安装盘(12)上，下夹 具(16)的夹持腔的中心位于回转电机(13)输出轴的轴线上，回转电机(13)按设定的倾斜 角...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱旻昊，沈明学，莫继良，蔡振兵，彭金方，周仲荣，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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