專利名稱：高頻率高比壓大行程可溫控往復(fù)摩擦測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摩擦測試裝置，特別是涉及一種高比壓環(huán)境溫度較高情況下，高頻率大行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)的摩擦測試裝置。
背景技術(shù)：
在工程實(shí)際中，作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的零件因其是變速運(yùn)動(dòng)，相互接觸的兩零件表面間的摩擦情況非常復(fù)雜，對于往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與研究，國內(nèi)外眾多研究設(shè)計(jì)人員獲得了大量研究成果并運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)研究中。早在1989年，S. M. H. Benabdallaha等人 (S. M. H. Benabdallaha. Reciprocating sliding friction and wear test apparatus. Department of MechanicalEngineering, Ecole Polytechnique de Montreal, PO Box 6079，Station ‘A，，Montreal, Quebec, Canada, H3C 3A7)提出一種平面-平面接觸滑動(dòng)往復(fù)試驗(yàn)機(jī)，由于技術(shù)條件限制，其所實(shí)現(xiàn)的功能局限，且不能實(shí)現(xiàn)溫控。1994年，Yang，Henry H.等人(Yang, Henry H. Friction betweenpistons and cylinders in reciprocating pumps. Source American Society of Mechanical Engineers, Fluids Engineering Division (Publication) FED, ν 182，ρ 59-63，1994)針對缸套-活塞環(huán)的摩擦磨損設(shè)計(jì)了往復(fù)試驗(yàn)機(jī)，其是用來進(jìn)行缸套、活塞耦合研究，不能實(shí)現(xiàn)溫控，不能用于其他試驗(yàn)。1999 年，徐雙滿等人(徐雙滿，曾昭翔，馬俊林.缸套-活塞環(huán)材料摩擦系數(shù)的試驗(yàn)研究.柴油機(jī)，1999，(01),21-24)研究設(shè)計(jì)的往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)能測摩擦力，不能測試件的實(shí)時(shí)溫度，無溫控裝置，往復(fù)最大行程為90mm。2004年，施洪生等(施洪生，郭炎，高曉軍，王慧， 胡元中.缸套/活塞環(huán)摩擦學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)研究.潤滑與密封，2004，(03),76-79) 設(shè)計(jì)的往復(fù)試驗(yàn)機(jī)，也針對缸套-活塞環(huán)的實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)的，其最大頻率10Hz，最大載荷 20MPa。2009年，袁明超等(袁明超；錢雙慶；劉一靜；王曉雷.利用表面織構(gòu)提高活塞環(huán)/ 缸套摩擦性能的實(shí)驗(yàn)研究.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2009，(12),1630-1633+1638)設(shè)計(jì)的往復(fù)試驗(yàn)機(jī)也是針對缸套-活塞環(huán)摩擦副研究的，不能溫控，未見其其他公開實(shí)現(xiàn)的參數(shù)。2010 年，俞建衛(wèi)等(俞建衛(wèi)；汪中；焦明華；尤濤.重負(fù)荷往復(fù)式試驗(yàn)機(jī)動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)研究.潤滑與密封，2010，(04)，100-102+107)設(shè)計(jì)的往復(fù)試驗(yàn)機(jī)，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率為0. 2 2Hz，最大行程為40mm ；劉永平等(劉永平；龔??；辛舟；侯運(yùn)豐.往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)及其計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).儀器儀表學(xué)報(bào)，2010，(08),1750-175 設(shè)計(jì)的往復(fù)試驗(yàn)機(jī)不能測溫，未見其溫控裝置和行程實(shí)現(xiàn)參數(shù)。郭軍等(Application number :CN20101000765 20100119 Prioritynumber(s) :CN2010100076520100119)設(shè)計(jì)的往復(fù)試驗(yàn)機(jī)是小行程的，無溫控裝置。綜合目前往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)研究情況，無論是公開論文還是專利，能實(shí)現(xiàn)的往復(fù)摩擦磨損測試的條件都是有限的，要么往復(fù)行程比較小，要么往復(fù)頻率比較低，要么接觸面比壓較小或不能控制溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在不足之處，針對高接觸面比壓及高溫條件提供一種高頻率高比壓大行程可溫控往復(fù)摩擦測試裝置，以其實(shí)現(xiàn)對零件的摩擦系數(shù)和實(shí)時(shí)溫度測量，且能測得零件的極限載荷。本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明高頻率高比壓大行程可溫控往復(fù)摩擦測試裝置的特點(diǎn)是由被測單元、往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元、加載單元、摩擦系數(shù)測量單元和溫控單元組成；所述被測單元中包括分體設(shè)置的上測試件和下測試件，所述下測試件支撐在滾珠上，所述上測試件與傳壓件呈倒“T”形設(shè)置；位于所述上測試件和下測試件之間、可往復(fù)運(yùn)動(dòng)的配偶試件是與所述上測試件和下測試件為面接觸；所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元為一由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，以電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑塊通過連桿與配偶試件相連接；所述加載單元設(shè)置為可多級增量加載的加載杠桿，所述加載杠桿通過傳壓件向上測試件傳壓加載；所述摩擦系數(shù)測量單元是以下測試件為被測件的力傳感器，力傳感器設(shè)置在下測試件的一端；所述溫控單元包括上測試件表面溫度傳感器、環(huán)境溫度傳感器以及根據(jù)設(shè)定的環(huán)境溫度設(shè)置加熱工況的電熱器件。本發(fā)明高頻率高比壓大行程可溫控往復(fù)摩擦測試裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于在連桿的端部設(shè)置由左夾具和右夾具構(gòu)成的夾持件，所述配偶試件夾持在所述夾持件中。對應(yīng)于所述上測試件和下測試件，配偶試件為分體設(shè)置的上配偶試件和下配偶試件，以上配偶試件與所述上測試件相配合，以下配偶試件與所述下測試件相配合。設(shè)置防護(hù)罩將被測單元護(hù)罩在其內(nèi)部；貫穿所述防護(hù)罩設(shè)置有注油管，對應(yīng)于所述注油管的所在位置，在所述上測試件和所述傳壓件上設(shè)置有貫通的注油孔；在所述防護(hù)罩的外部設(shè)置保溫罩，所述電熱器件位于防護(hù)罩和保溫罩之間。設(shè)置所述加載杠桿的阻力臂與動(dòng)力臂的尺寸比例為1 7，使放大的載荷通過傳壓件向上測試件傳壓加載，實(shí)現(xiàn)配偶試件與上測試件和下測試件的接觸面比壓達(dá)到40Mpa。設(shè)置往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元中的電機(jī)為變頻電機(jī)，并設(shè)置由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的曲柄使滑塊獲得往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率達(dá)到40Hz。設(shè)置往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)以使滑塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程為115毫米。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明通過適當(dāng)選擇電機(jī)和適當(dāng)?shù)那B桿機(jī)構(gòu)的設(shè)置可以使曲柄的轉(zhuǎn)速范圍達(dá)到0 2500轉(zhuǎn)/分，從而使滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率達(dá)40Hz以上，并使滑塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程達(dá)到115毫米；運(yùn)用1 7的杠桿機(jī)構(gòu)對外加載荷進(jìn)行放大，接觸面比壓可達(dá)40MPa，實(shí)現(xiàn)大行程往復(fù)變速運(yùn)動(dòng)中摩擦系數(shù)的測量，頻率高、接觸面比壓大且溫度可控。2、本發(fā)明可廣泛用于各種材料零件在不同速度、不同載荷和不同環(huán)境溫度下作大行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦特性測試，還可測得零件的極限載荷。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖中標(biāo)號1曲柄；2連桿；3滑塊；4基座；5保溫罩；6防護(hù)罩；7油杯；8傳壓件； 9上測試件表面溫度傳感器；10環(huán)境溫度傳感器；11加載杠桿；12電熱器件；13支架；14力傳感器；15滾珠；16下測試件；17上測試件；18右夾具；19配偶試件；20左夾具。
具體實(shí)施例方式參見圖1，本實(shí)施例由被測單元、往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元、加載單元、摩擦系數(shù)測量單元和溫控單元組成；被測單元中包括分體設(shè)置的上測試件17和下測試件16，下測試件16支撐在滾珠 15上，上測試件17與傳壓件8呈倒“T”形設(shè)置；位于上測試件17和下測試件16之間、可往復(fù)運(yùn)動(dòng)的配偶試件19是與上測試件17和下測試件16為面接觸；往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元為一由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，以電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄1，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑塊3通過連桿2與配偶試件19相連接；加載單元設(shè)置為可多級增量加載的加載杠桿11，加載杠桿11通過傳壓件8向上測試件17傳壓加載；摩擦系數(shù)測量單元是以下測試件16為被測件的力傳感器14，力傳感器14設(shè)置在下測試件16的一端；溫控單元包括上測試件表面溫度傳感器9、環(huán)境溫度傳感器10以及根據(jù)設(shè)定的環(huán)境溫度設(shè)置加熱工況的電熱器件12。具體實(shí)施中，曲柄連桿機(jī)構(gòu)固定設(shè)置在基座4上，滑塊3通過連桿2連接配偶試件 19，具體是在連桿2的端部設(shè)置由左夾具20和右夾具18構(gòu)成的夾持件，配偶試件19夾持在該夾持件中，對應(yīng)于上測試件和下測試件，與其形成配對的試件即配偶試件19也可以是分體設(shè)置的上配偶試件和下配偶試件，以上配偶試件與上測試件相配合，以下配偶試件與下測試件相配合。圖1中所示防護(hù)罩6將被測單元護(hù)罩在其內(nèi)部；貫穿防護(hù)罩6分別設(shè)置有注油管 7、上測試件表面溫度傳感器9、環(huán)境溫度傳感器10，以及傳壓件8 ；對應(yīng)于注油管7所在位置，在上測試件17和傳壓件8上設(shè)置有貫通的注油孔，以使通過注油管7滴加的潤滑油能夠加注在摩擦面上；防護(hù)罩6的外部設(shè)置保溫罩5，電熱器件12位于防護(hù)罩和保溫罩之間，這一形式可以使防護(hù)罩內(nèi)的環(huán)境溫度更加穩(wěn)定和均勻。載荷是利用外加砝碼和加載杠桿11并通過傳壓件8沿法向逐級加載，實(shí)現(xiàn)多級增量加載的方式。對于本實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)形式，通過適當(dāng)選擇電機(jī)和適當(dāng)?shù)那B桿機(jī)構(gòu)的設(shè)置可以使曲柄的轉(zhuǎn)速范圍達(dá)到0 2500轉(zhuǎn)/分，從而使滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率達(dá)40Hz以上，并使滑塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程達(dá)到115毫米；運(yùn)用1 7的杠桿機(jī)構(gòu)對外加載荷進(jìn)行放大，接觸面比壓可達(dá)40MPa，實(shí)現(xiàn)大行程往復(fù)變速運(yùn)動(dòng)中摩擦系數(shù)的測量，頻率高、接觸面比壓大且溫度可控。
權(quán)利要求
1.高頻率高比壓大行程可溫控往復(fù)摩擦測試裝置，其特征是由被測單元、往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元、加載單元、摩擦系數(shù)測量單元和溫控單元組成；所述被測單元中包括分體設(shè)置的上測試件(17)和下測試件(16)，所述下測試件(16) 支撐在滾珠(15)上，所述上測試件(17)與傳壓件(8)呈倒“T”形設(shè)置；位于所述上測試件 (17)和下測試件(16)之間、可往復(fù)運(yùn)動(dòng)的配偶試件(19)是與所述上測試件(17)和下測試件(16)為面接觸；所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元為一由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，以電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄(1)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑塊⑶通過連桿⑵與配偶試件(19)相連接；所述加載單元設(shè)置為可多級增量加載的加載杠桿(11)，所述加載杠桿(11)通過傳壓件(8)向上測試件(17)傳壓加載；所述摩擦系數(shù)測量單元是以下測試件(16)為被測件的力傳感器(14)，力傳感器(14) 設(shè)置在下測試件(16)的一端；所述溫控單元包括上測試件表面溫度傳感器(9)、環(huán)境溫度傳感器(10)以及根據(jù)設(shè)定的環(huán)境溫度設(shè)置加熱工況的電熱器件(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻率高比壓大行程可溫控往復(fù)摩擦測試裝置，其特征是在連桿O)的端部設(shè)置由左夾具00)和右夾具(18)構(gòu)成的夾持件，所述配偶試件(19)夾持在所述夾持件中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高頻率高比壓大行程可溫控往復(fù)摩擦測試裝置，其特征是對應(yīng)于所述上測試件(17)和下測試件(16)，配偶試件(19)為分體設(shè)置的上配偶試件和下配偶試件，以上配偶試件與所述上測試件(17)相配合，以下配偶試件與所述下測試件 (16)相配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高頻率高比壓大行程可溫控往復(fù)摩擦測試裝置，其特征是設(shè)置防護(hù)罩(6)將被測單元護(hù)罩在其內(nèi)部；貫穿所述防護(hù)罩(6)設(shè)置有注油管(7)，對應(yīng)于所述注油管(7)的所在位置，在所述上測試件(17)和所述傳壓件(8)上設(shè)置有貫通的注油孔；
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高頻率高比壓大行程可溫控往復(fù)摩擦測試裝置，其特征是在所述防護(hù)罩(6)的外部設(shè)置保溫罩(5)，所述電熱器件(12)位于防護(hù)罩(6)和保溫罩 (5)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻率高比壓大行程可溫控往復(fù)摩擦測試裝置，其特征是設(shè)置所述加載杠桿(11)的阻力臂與動(dòng)力臂的尺寸比例為1 7，使放大的載荷通過傳壓件 (8)向上測試件(17)傳壓加載，實(shí)現(xiàn)配偶試件(19)與上測試件(17)和下測試件(16)的接觸面壓力達(dá)到40Mpa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻率高比壓大行程可溫控往復(fù)摩擦測試裝置，其特征是設(shè)置往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元中的電機(jī)為變頻電機(jī)，并設(shè)置由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的曲柄(1)使滑塊(3) 獲得的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率達(dá)到40Hz。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻率高比壓大行程可溫控往復(fù)摩擦測試裝置，其特征是設(shè)置往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)以使滑塊(3)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程為115毫米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高頻率高比壓大行程可溫控往復(fù)摩擦測試裝置，其特征是設(shè)置被測單元中包括分體設(shè)置的上測試件和下測試件，下測試件支撐在滾珠上，上測試件與傳壓件呈倒“T”形設(shè)置；位于上測試件和下測試件之間的配偶試件是與上測試件和下測試件為面接觸；往復(fù)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元為一由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；加載單元為可多級增量加載的加載杠桿；摩擦系數(shù)測量單元是以下測試件為被測件的力傳感器。本發(fā)明中往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率可達(dá)40Hz，往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程為115毫米，接觸面比壓可達(dá)40MPa；可實(shí)現(xiàn)對零件的摩擦系數(shù)和實(shí)時(shí)溫度測量，且能測得零件的極限載荷。
文檔編號G01N19/02GK102175599SQ20111004165
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者劉小君, 劉焜, 王偉, 王靜, 胡兆穩(wěn) 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)