【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种交叉规则柱面切向循环磨损刚度检测装置，具体地说，涉及规则形貌柱体结合面的接触磨损刚度测试试验台装置，属于磨损测试。
技术介绍
1、结合面的接触问题一直是摩擦学中重点研究的问题之一。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。结合面间的接触刚度反映了接触物体表面的变形和磨损情况、出现噪音和过量振动的可能性等，所以对结合面间接触刚度的研究非常关键。在外部载荷的作用下，机械零部件表面上由相对运动引起的磨损现象称为磨损。磨损是指在周期性载荷作用下的材料疲劳现象，这将导致表面尺寸和轮廓的变化、表面材料的去除、关键部件的失效以及稳定性和精度的下降，这种现象也潜移默化地影响着机床加工精度和整体刚度的变化。
2、目前针对结合面接触分析的研究，主要的还是针对两粗糙表面，基于mb接触分形理论、gw统计模型及相关改进模型等来分析接触力学特性，如接触应力、接触面积等等，这种方法缺陷就是无法保证研究结果的可复制性和可溯源性，为此需要有具体的研究对象和精确的解析解。在大多数机加工过程中往往具有规律性的加工方式，会形成规律性的加工表面，尤其在高精度机床的加工中，比如最常见的波状或余弦状的表面结构就是由于刨削或平铣造成的。这种规则形貌柱体的接触理论研究多数存在于圆柱体，其他形貌的柱体试验研究较少。并且现有的模型接触和磨损理论解析方面大多是面向一些简单的二维平面模型，并未涉及到考虑实际生产中较为复杂的载荷和工况条件
技术实现思路
1、本专利技术针对现有的研究技术的不足，提供了一种交叉规则柱面切向循环磨损刚度检测装置，解决了现有装置不够集成缺乏通用性、无法检测接触模型在磨损后无法直接测量刚度的问题。基于内置磨损参数与微凸体刚度变化关系，磨损刚度检测装置能够显示界面磨损后模型性能指标的变化和试件法向刚度和切向刚度的变化，能更好的反应磨损这一接触面的普遍现象对机床整体刚度的影响。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种交叉规则柱面切向循环磨损刚度检测装置，包括自调平固定基座、滑块试件夹紧模块、法向驱动力加载模块、切向驱动力加载模块、数据采集与处理模块以及视频图像采集模块。
3、所述的自调平固定基座是由一个旋转台和三个水平调节支座组成，圆平台由三个分布为120°的水平调节支座组成，水平调节支座由大小两个圆柱体构成，采取螺纹连接调节水平基座布置在旋转台平台下面，旋转台上布置固定夹具夹紧试件，改变旋转台角度使两个试件产生轴交角，从而形成椭圆形赫兹接触。
4、所述的滑块试件夹紧模块是由两个交叉柱面的试件及其夹具构成，其中一个试件固定在旋转台上；另外一个试件垂直于往复杆加载的固定试件之上，先施加法向压力使两试件充分接触挤压，随后施加切向压力进行往复运动，从而产生椭圆形赫兹接触。夹具保证两试件处于被夹紧状态，即上试件固定在驱动加载模块上，下试件固定在旋转台上。
5、所述的法向驱动力加载模块是由法向压力组件和法向压力检测组件组成。法向压力组件是法向伺服电机滑轨位移系统和法向压力件组组成。法向伺服电机滑轨位移系统由法向丝杆、法向丝母、法向伺服电机、法向滑轨、法向滑道组成。法向丝杆和法向丝母机构在法向伺服电机的驱动下将转动转化为平动，提供法向运行的动力来源。这让法向滑座得以运行在两条法向滑轨和法向滑道上，从而为法向伺服系统提供法向位移。伺服电机的主要优点包括高精度、快速响应、稳定性强的特点，因此能为法向位移提供精准的位移。法向压力件组是由冷却线性制动器的气缸作为主要驱动力。气缸安装在法向滑座上，连接并将压力作用在夹具上，从而提供稳定、迅速、范围广泛的法向压力。将法向伺服电机滑轨位移系统与冷却线性制动器的气缸压力系统进行配合，既保证进给位移精度、也能保证稳定迅速的法向压力。
6、切向驱动力加载模块由切向压力组件和切向压力检测组件组成。切向压力组件是由磁滞伸缩线性驱动器和直流放大器组成。切向伺服电机滑轨位移系统由切向丝杆、切向丝母、切向伺服电机、切向滑轨、切向滑道组成。切向丝杆和切向丝母机构在切向伺服电机的驱动下将转动转化为平动，提供切向运行的动力来源。这让切向滑座得以运行在两条切向滑轨和切向滑道上，从而为切向伺服系统提供切向位移。伺服电机的主要优点包括高精度、快速响应、稳定性强的特点，因此能为切向位移提供精准的位移。
7、所述的数据采集与处理模块主要包括总控制装置、传感器以及多通道传感器数据采集卡。总控制系统通过plc程序控制进给量和载荷量，多通道数据采集器将位移数据和载荷数据传递到计算机。该模块的主要特征在于是一个闭环反馈调节系统，计算机根据采集反馈做出响应的调节，通过负反馈调节可以控制位移传导精度和载荷传到精度。得到确切参数的计算机，将得到的压力、位移数据带入到计算机内置的计算模块，从而得到切向循环磨损后的刚度变化。
8、所述的视频图像采集装置模块主要由工业相机、激光控制器、数据采集系统、反射静、线性狭缝、激光准直设备组成。激光控制器与数据采集光纤连接，通过反射镜将激光投射在系统测量平台，并利用线性狭缝和激光准直设备调整采集位置。采用工业相机观测磨损界面的形貌特征，从而分析磨损深度以及磨损体积。三维应变测量分析系统对磨损后的试件进行应力应变分析，从而探究磨损对于接触力学的影响。
9、本专利技术所述的交叉规则柱面往复磨损刚度检测装置。将微观难以观测和研究的切向循环磨损问题拓展到宏观问题来解决。本装置可适用于多种不同宏观形貌、不同尺寸参数、不同材料属性的柱面，也可精准的施加不同范围的法向力载荷、切向位移载荷，以及不同激振频率或幅值的磨损刚度实验测量。该装置具备精度高、适用型广的特点，以适用于不同工况下磨损对接触表面接触力学特性的影响。
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1.一种交叉规则柱面切向循环磨损刚度检测装置，其特征包括：自调平固定基座、滑块试件夹紧模块、法向驱动力加载模块、切向驱动力加载模块、数据采集与处理模块以及视频图像采集模块组成：
2.根据权利要求1所述的一种交叉规则柱面切向循环磨损刚度检测装置，其特征在于，所述的法向驱动力加载模块：
3.应用如权利要求1或2所述装置的方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种交叉规则柱面切向循环磨损刚度检测装置，其特征包括：自调平固定基座、滑块试件夹紧模块、法向驱动力加载模块、切向驱动力加载模块、数据采集与处理模块以及视频图像采集模块组成：
【专利技术属性】
技术研发人员：郭铁能，姜楠，张建硕，高双福，郑雪健，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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