一种双向微动试验专用夹具制造技术

一种双向微动试验专用夹具，夹具的主要结构是：平面试件夹具（２）呈“人”字型，下部左右两侧的相对面均开有与平面试件（１３）相适配的凹槽（４），凹槽（４）壁上设有顶紧螺钉（３）；球试件夹具（８）开有与球试件（５）相适配的球试件腔（７），球试件腔（７）的壁上设有顶紧球螺钉（６）；球试件腔（７）、活塞（９）及平面试件夹具（２）三者的竖轴线重合。平面试件夹具（２）的上部的一侧连有上垂向螺杆（１０）、球试件夹具（８）上则连有下垂向螺杆（１２），上下垂向螺杆（１２）间连有位移传感器。该实验夹具能在现有的液压伺服微动实验台上，有效地模拟球／面接触条件下的双向微动磨损，测试出其摩擦学性能，以及评估涂层在球／面接触双向微动条件下的接触疲劳寿命。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及材料摩擦磨损性能和涂层寿命评估试驺r
，尤其涉 及材料的微动试验夹具。
技术介绍
不同于滑动、滚动等摩擦方式，微动是紧配合件间发生的振幅极小(通常在 微米量级)的相对运动。微动的运动方式十分复杂，以球与平面接触为例，按不 同的相对运动方向，樣t动可分为切向式、径向式、滚动式和扭动式等四种基本 类型，其中切向式孩i动的孩i动方向为球/面接触处的^求面的切向方向，径向式凝: 动的孩i动方向为球/面接触处的球面的法向方向。孩i动可以造成"l妄触面间的表面 磨损，产生材料损失和构件尺寸变化，引起构件咬合、松动、功率损失、噪声 增加或形成污染源等；它也可以加速裂紋的萌生和扩展，使零部件的寿命大大 P争低。在机械、核电、航空、铁路、电力等工业中微动已成为紧配合部件失效 的主要原因之一。因此，对材料进行微动实验，测试出材料在微动工况下的摩 擦学性能，对减少工程实际中出现的微动磨损问题，改进工程的相关设计，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。在工程实际中，单一的切向与径向微动相对较少，大量存在的是两紧配合 接触副承受倾斜载荷、发生斜向微动的情况。这种斜向微动沿接触表面的切向 和法向分解，可分解为切向和径向两种微动，因此可以称之为双向微动，接触 副表面的破坏也就是切向和径向双向微动作用的结果，并导致严重的表面损伤 (磨损或/和疲劳)。而现有的微动实验夹具，其所夹持的平面试件与液压伺服 实验台的液压加载方向(即模拟的微动方向)或者垂直或者平行，因而只能进 行单一的切向或径向微动实验而无法进行切向与径向双向微动的实验，从而对 大量存在的双向微动工况条件下材料的摩擦学性能，无法进行真实、准确的测 试及涂层寿命的评估。
技术实现思路
本技术的目的，就是提供一种双向微动试验专用夹具，该夹具能在现有 的液压祠服微动实验台上，有效地模拟球/面接触条件下的双向微动磨损，测试出其摩擦学性能，以及评估涂层在球/面接触双向孩i动条件下的接触疲劳寿命。 本技术实现其专利技术目的，所采用的技术方案是一种双向微动试验专用夹具，包括液压伺服微动实验台的横梁下面的载 荷传感器下部螺紋连接的平面试件夹具，液压伺服微动实l^台的液压缸的活塞 上面螺紋连接的球试件夹具，其结构特点是平面试件夹具呈"人"字型，平面试件夹具下部左右两侧的相对面均开有 与平面试件相适配的凹槽，且在该凹槽壁上设有顶紧平面试件的螺zt丁；球试件夹具开有与球试件相适配的球试件腔，球试件腔的壁上设有顶紧球 试件的螺钉；球试件腔、活塞及平面试件夹具三者的竖轴线重合。平面试件夹具的上部的一侧连有安装垂向位移传感器的上垂向螺杆、球试 件夹具上则连有安装垂向位移传感器的下垂向螺杆，上、下垂向螺杆的中轴线 重叠。本技术的使用方法是A、 试件安装将一个平面试件置于平面试件夹具一侧的凹槽中，或者将两 个平面试件置于平面试件夹具两侧的凹槽中；然后再旋紧凹槽壁上的螺钉将一 个或两个平面试件顶紧；将球试件置于球试件夹具的球试件腔中，旋紧球试件 腔壁上的螺钉将球试件顶紧；B、 位置调整通过液压系统向下移动调节液压伺服微动实验台的横梁的垂 向位置，实现平面试件与球试件位置的粗调；通过计算机测控系统，精确控制 液压伺服微动实验台液压缸的活塞向上移动，加上设定预载、实现平面试件与 球试件的可靠接触。C、 安装位移传感器将垂向位移传感器的安装在平面试件夹具侧的上垂向 螺杆上及球试件夹具的下垂向螺杆上；D、 微动实验载荷传感器数据清零，计算机测控系统控制活塞使球试件夹具按设定的加载 速度向上移动，对平面试件施加载荷至设定的最大载荷止；然后活塞向下运动 卸载至设定的最小载荷止，该最小载荷值大于设定预载值；活塞往复移动，对 平面试件施加往复循环的载荷，往复循环载荷的最大值与最小值分别与第一次 循环的最大载荷与最小载荷相等，活塞往复移动至设定的循环次数为止；在活 塞向平面试件施加载荷的同时，垂向位移传感器测出平面试件与球试件之间的垂向位移，该位移信号送入计算机测控系统，得出设定载荷条件下每一次循环后的栽荷-位移曲线，以表征材料在双向微动模式下的摩擦动力学特征；或者，栽荷传感器数据清零，计算机测控系统控制活塞使球试件夹具按设定 的加载速度向上移动，对平面试件施加栽荷，使球试件压入平面试件至设定的 深度；然后活塞以该深度的位置为中心，以设定的位移幅值上下往复运动，位 移幅值的值小于设定深度值的2倍；活塞往复移动至设定的循环次数;在活塞往 复移动的同时，载荷传感器测出平面试件受到的垂向载荷，该载荷信号送入计 算机测控系统，得出设定位移条件下每一次循环后的载荷-位移曲线，以表征材 料在双向微动模式下的摩擦动力学特征。根据测试得出不同循环次数下的载荷-位移曲线进行分析，即可以得出材料 在双向微动模式下的动力学特性，将试验后的材料进行磨损分析，可方便的评 估出其磨损机制及其服役寿命。与现有技术相比，本技术的有益效果是本技术的平面试件夹具呈"人，，字型，将平面试件夹持在平面试件夹 具下部左右两側的凹槽内，再将球试件夹持在球试件夹具的球试件腔内。因此， 夹持后的平面试件与球试件在偏离竖轴线的两侧倾斜接触。然后通过液压伺服 实验台的活塞驱动球试件沿其竖轴线向下移动，从而使平面试件与球试件在接 触处发生斜向(双向)微动，因此本技术的试验专用夹具能够实现平面试 件与球试件双向微动，有效地模拟球/面接触条件下的双向微动。再通过位移传 感器和载荷传感器对双向微动时平面试件与球试件的相对位移与载荷进行测 试，即可得出平面试件与球试件在双向微动条件下的摩擦学性能，对于涂层平 面试件，即可评估其在双向微动条件下的寿命。安装垂向位移传感器的上垂向螺杆、下垂向螺杆的中轴线重叠，且分别连 接在平面试件夹具与球试件夹具上，使上、下垂向螺杆的长度最短、距离最小， 从而使平面试件与球试件的位移能够直接有效的传递给垂向位移传感器，位移 测量精确、误差小。上述的平面试件夹具下部左右两侧相对面的夹角为20°~L60°;通过更换不 同角度的平面试件夹具，可以模拟出不同倾斜角度的双向微动，从而可以使本 技术的试验专用夹具能够根据工程实际中不同的工况进行双向微动实验的 模拟，使其模拟测试结果更真实、更准确。5上述的活塞的移动速度范围为1 6000 um/min,位移变化范围为l~12000ju m。垂向位移传感器的量程为l~60|am，其测量精度为0.2 jam;载荷传感器的量 程为0~1000N。这样能够精确的对双向微动实验参数进行设定、测量与控制，可 满足常见材料双向微动实验的要求。本技术在进行实验时，既可在平面试件夹具下部左右两侧的任 一 側的 凹槽内安装一个平面试件进行试验，也可同时在两侧的两个凹槽内均安装平面 试件即共安装两个平面试件进行试验，当安装一个平面试件时，系统刚度较小； 当安装两个平面试件时，系统刚度4交大，这两种情况在工程实际中都存在。以下结合附图和具体的实施方式，对本技术作进一步详细的说明。附图说明图1为本技术实施例的结构示意图图2a为采用本技术实施例的夹具及第一种方法，对一具体试件进行试 -验在第1次循环完成后得到的平面试件的载荷-位移曲线。(平面试件夹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向微动试验夹具，包括：液压伺服微动实验台的横梁下面的载荷传感器（１）下部螺纹连接的平面试件夹具（２），液压伺服微动实验台的液压缸的活塞（９）上面螺纹连接的球试件夹具（８），其特征是：　　　　平面试件夹具（２）呈“人”字型，平面试件夹具（２）下部左右两侧的相对面均开有与平面试件（１３）相适配的凹槽（４），且在该凹槽（４）壁上设有顶紧平面试件（１３）的螺钉（３）；　　　　球试件夹具（８）开有与球试件（５）相适配的球试件腔（７），球试件腔（７）的壁上设有顶紧球试件（５）的螺钉（６）；球试件腔（７）、活塞（９）及平面试件夹具（２）三者的竖轴线重合。　　　　平面试件夹具（２）的上部的一侧连有安装垂向位移传感器（１１）的上垂向螺杆（１０）、球试件夹具（８）上则连有安装垂向位移传感器（１１）的下垂向螺杆（１２），上、下垂向螺杆（１１、１２）的中轴线重叠。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱旻昊，蔡振兵，周仲荣，莫继良，刘启跃，石心余，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：实用新型
国别省市：90[中国|成都]