本發(fā)明涉及一種可調(diào)控水平方向磁場的磁環(huán)境摩擦學(xué)試驗裝置。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，磁場由于其獨特的磁性功能不斷吸引著人們的關(guān)注，并被廣泛地應(yīng)用于許多機(jī)械產(chǎn)品的摩擦部件（如球磨機(jī)磁性襯板、電動機(jī)電刷、磁化切削刀具、新型制動系統(tǒng)的電磁磨屑清潔裝置）中。但同時，磁場對這些摩擦部件造成何種影響尚未得到明確的結(jié)論，包括磁場是否會對摩擦副的材料產(chǎn)生作用，使其表現(xiàn)出不同的磁屬性，進(jìn)而影響其性能；抑或磁場是否會對摩擦副在摩擦磨損過程中發(fā)生的現(xiàn)象（氧化、磨屑剝落等）產(chǎn)生作用，使得摩擦部件的效能發(fā)生變化等等。因此，模擬工業(yè)生產(chǎn)中各種相關(guān)的磁環(huán)境工況，全面系統(tǒng)地進(jìn)行磁環(huán)境下摩擦副的摩擦學(xué)試驗，尋找并探究磁環(huán)境對特定摩擦部件的摩擦學(xué)特性的影響因素和機(jī)理，對這類摩擦部件的設(shè)計和工業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)和指導(dǎo)原則是具有重要意義的。

當(dāng)前，國內(nèi)外對磁環(huán)境下摩擦部件的摩擦學(xué)試驗裝置分為以下兩類：一類試驗裝置僅對摩擦副試樣進(jìn)行了預(yù)磁化的操作，但并沒有提供持續(xù)的磁場環(huán)境；另一類試驗裝置將通電線圈與摩擦試樣（如銷-盤摩擦試驗中的銷）連接，提供了持續(xù)的磁場，但無法更換不同形狀的摩擦副和磁場環(huán)境。而且，這兩類裝置中摩擦副均無法與提供磁環(huán)境的磁性部件分開，導(dǎo)致摩擦過程中由摩擦界面產(chǎn)生的振動可能會作用于磁性部件，從而使得磁環(huán)境不穩(wěn)定。因此，研制一臺能夠根據(jù)工業(yè)中的真實磁環(huán)境工況提供持續(xù)穩(wěn)定且可調(diào)控的磁場，同時可靈活更換不同對磨材料及形狀，且摩擦副與提供磁環(huán)境的磁性部件分開的試驗裝置是十分必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的問題而提供一種可調(diào)控水平方向磁場的磁環(huán)境摩擦學(xué)試驗裝置，旨在能夠方便地調(diào)整水平方向磁場，并可靈活更換不同對磨材料及形狀，且摩擦副與提供磁環(huán)境的磁性部件分開。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種可調(diào)控水平方向磁場的磁環(huán)境摩擦學(xué)試驗裝置，包括，用作固定安裝上摩擦試樣的上夾具，用作安裝固定下摩擦試樣的下夾具，上加載機(jī)構(gòu)為：垂向電機(jī)安裝在機(jī)座頂板底面上，垂向電機(jī)軸與垂向絲桿固定聯(lián)接，滑塊橫梁固定在機(jī)座側(cè)立板上，左、右垂向?qū)к壒潭ㄔ诨瑝K橫梁底面上，且左、右垂向?qū)к壔顒硬迦氪瓜蚧瑝K上的兩個導(dǎo)槽中，垂向滑塊中部與垂向絲桿螺旋連接，水平絲桿活動地架設(shè)在垂向滑塊的兩側(cè)立板上、并與水平電機(jī)（水平電機(jī)安裝在垂向滑塊右側(cè)立板外側(cè)）軸固定聯(lián)接，水平滑塊活動地旋接在水平絲桿上，水平滑塊下方順次固定二維應(yīng)變式力傳感器以及所述上夾具；下傳動機(jī)構(gòu)為：傳動電機(jī)以及工作平臺底座均安裝在機(jī)座底板上，傳動電機(jī)軸上安裝的小齒輪經(jīng)齒帶與安裝在工作平臺底座上的大齒輪傳動聯(lián)接，工作平臺底座固定在機(jī)座底板上，工作平臺經(jīng)多根立柱支撐固定在工作平臺底座上方，大齒輪的軸從下向上活動地從工作平臺的中心圓孔穿出，所述下夾具固定在大齒輪的軸上端。

施加磁場機(jī)構(gòu)為：磁場底座經(jīng)螺栓與四個l型連接件相固定，四個l型連接件經(jīng)螺栓固定在工作平臺上，左、右水平滑盒分別與磁場底座頂部的滑槽配合，左磁鐵和右磁鐵分別裝在左水平滑盒和右水平滑盒中，或者，左通電線圈和右通電線圈分別裝在左水平滑盒和右水平滑盒中。

所述二維應(yīng)變式力傳感器與上夾具之間設(shè)置有減振裝置：剛性框架固定在二維應(yīng)變式力傳感器下面，剛性塊位于剛性框架內(nèi)、并與上夾具（位于剛性塊下方）相固聯(lián)，四個彈簧片設(shè)置在剛性塊與剛性框架之間。

該裝置能夠模擬工業(yè)生產(chǎn)中各類磁環(huán)境下的摩擦接觸工況，研究不同法向力、不同速度、不同磁場大小等相關(guān)參數(shù)下摩擦力、摩擦系數(shù)、磨損形貌等的變化規(guī)律，從而研究磁環(huán)境對摩擦副摩擦學(xué)特性的影響。并且可以為工業(yè)生產(chǎn)中的磁環(huán)境下摩擦部件的創(chuàng)新設(shè)計提供驗證手段，從而加速研制和調(diào)試的周期。

本發(fā)明的工作過程和原理是：

在試驗開始前，根據(jù)試驗所需的摩擦半徑控制水平電機(jī)調(diào)整水平滑塊使得上摩擦試樣與下摩擦試樣水平方向的相對位置保持固定；然后控制垂向電機(jī)帶動垂向滑塊向下移動使得下摩擦試樣與上試樣摩擦試樣進(jìn)行接觸并加載；二維應(yīng)變式力傳感器測量摩擦副的法向載荷和摩擦力并記錄在控制電腦中，控制電腦根據(jù)預(yù)設(shè)的法向載荷控制垂向電機(jī)的運轉(zhuǎn)保持摩擦副法向載荷的動態(tài)穩(wěn)定；當(dāng)載荷達(dá)到要求之后，控制電腦控制傳動電機(jī)通過齒帶帶動下摩擦試樣旋轉(zhuǎn)開始摩擦試驗。

l型連接件用于連接施加磁場機(jī)構(gòu)與不隨電機(jī)轉(zhuǎn)動的工作平臺。把l型連接件有單孔的一側(cè)通過螺栓螺母與工作平臺上已有的通孔連接，把l型連接件有雙孔的一側(cè)通過螺栓螺母與磁場底座上預(yù)留的通孔連接。

當(dāng)需要磁鐵提供磁場時，將左磁鐵和右磁鐵提前裝入左水平滑盒和右水平滑盒并從磁場底座頂部滑槽兩邊向中間滑入，當(dāng)達(dá)到所需的距離時用螺栓固定其位置，磁鐵的南北極方向根據(jù)實際要求進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)需要通電線圈提供磁場時，將左通電線圈和右通電線圈提前裝入左水平滑盒和右水平滑盒并從磁場底座頂部滑槽兩邊向中間滑入，當(dāng)達(dá)到所需的距離時用螺栓固定其位置，兩個線圈分別通過導(dǎo)線與控制板連接，通過控制板對磁場的方向和大小進(jìn)行調(diào)整。

在試驗過程中，安裝在上加載機(jī)構(gòu)中水平滑塊下方的二維應(yīng)變式力傳感器測量摩擦副的法向載荷和摩擦力，試驗后對樣品進(jìn)行磨損形貌觀察。所有采集到的信號均傳送給信號采集分析系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。

試驗結(jié)束后，被磁場吸引的磨屑會吸附在水平滑盒的外表面，而磁鐵或者通電線圈放置在水平滑盒內(nèi)，水平滑盒起到了隔離磨屑與磁性部件的作用，可方便直接地清理外表面的磨屑且保證磁性部件的干凈整潔。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

一、試驗裝置采用不受磁場影響的材料以保證磁場不會影響除摩擦副之外的其他部件。

二、試驗裝置所能提供的載荷、磁場和電機(jī)轉(zhuǎn)速大小范圍可以滿足磁環(huán)境下摩擦部件各種實際工況。

三、可根據(jù)試驗要求改變摩擦半徑、接觸載荷、對磨類型（球-盤、銷-盤等）、磁場，并依據(jù)試驗中采集的法向力、摩擦力、磨損形貌、磨屑情況等信息對摩擦磨損進(jìn)行分析，以探究不同工況下，磁場對摩擦部件影響的因素和規(guī)律性。

四、試驗裝置可采用磁鐵或者內(nèi)置鐵芯的通電線圈提供穩(wěn)定磁場，且由于模塊化的設(shè)計，磁環(huán)境裝置不與摩擦副直接接觸，減小了摩擦副產(chǎn)生的摩擦振動對提供磁環(huán)境的磁性部件的影響，保證了所提供的磁環(huán)境的穩(wěn)定性。

五、所提供的通電線圈可以通過控制芯片調(diào)節(jié)電流以達(dá)到實現(xiàn)磁場強(qiáng)度的無級調(diào)節(jié)，還可以結(jié)合算法提供脈沖磁場、正弦交變磁場等一系列動態(tài)磁場以根據(jù)實際情況滿足相關(guān)的研究試驗。

六、所提供的磁環(huán)境模塊可靈活調(diào)節(jié)磁性部件與摩擦副水平方向的距離，以實現(xiàn)磁場水平方向的調(diào)控，且設(shè)計的磁場裝置可以隔離會被磁場吸引的磨屑與磁性部件，以保證磁性部件的干凈整潔。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的可調(diào)控水平方向磁場的磁環(huán)境摩擦學(xué)試驗裝置的整體裝配圖；

圖1a1是圖1所述的試驗裝置中“a”部的具體裝配圖；

圖1b是本發(fā)明所述的試驗裝置的磁場施加模塊的裝配圖；

圖1b1是圖1b所述的試驗裝置中“b”部分的左視圖；

圖中：1a-機(jī)座頂板，1b-機(jī)座底板，2-施加磁場機(jī)構(gòu)，2a-左磁鐵，2b-右磁鐵，2c-左水平滑盒，2d-右水平滑盒，2e-磁場底座，2f-左通電線圈，2g-右通電線圈，2h-控制板（即控制電路），3-下傳動機(jī)構(gòu)，3a-下摩擦試樣，3b-下夾具，3c-l型連接件，3d-傳動電機(jī)，3e-小齒輪，3f-電機(jī)底座，3g-齒帶，3h-工作平臺（圓形板件），3i-大齒輪，3j-工作平臺底座，3k-立柱，4-上加載機(jī)構(gòu)，4a-垂向電機(jī)，4b-滑塊橫梁，4c-垂向絲桿，4d-左垂向?qū)к墸?e-右垂向?qū)к墸?f-垂向滑塊，4g-水平滑塊，4h-水平絲桿，4i-水平電機(jī)，5-二維應(yīng)變式力傳感器，6-減振裝置，6a-剛性框架，6b-剛性塊，6c-彈簧片（或采用壓縮螺旋彈簧），7-上夾具，8-上摩擦試樣。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

實施例

圖1示出，本發(fā)明的一種具體實施方式是上加載機(jī)構(gòu)4通過滑塊橫梁4b與機(jī)座側(cè)立板（機(jī)座由頂板、底板和連接二者間的側(cè)立板組成）用螺栓連接固定為一體，下傳動機(jī)構(gòu)3通過螺栓連接固定在機(jī)座底板1b上，施加磁場機(jī)構(gòu)2通過l型連接件3c與工作平臺3h用螺栓連接固定在一起。

圖1示出，本發(fā)明的一種具體實施方式是所述的上加載機(jī)構(gòu)4具體組成為：滑塊橫梁4b固定在機(jī)座側(cè)立板上，垂向電機(jī)4a安裝在機(jī)座頂板1a底面上、位于滑塊橫梁4b上方，垂向電機(jī)4a的軸與垂向絲桿4c連接，左垂向?qū)к?d與右垂向?qū)к?e固定在滑塊橫梁4b的下方與垂向滑塊4f后部的導(dǎo)槽配合（左、右垂向?qū)к壔顒硬迦氪瓜蚧瑝K的兩個導(dǎo)槽中），垂向滑塊4f中部內(nèi)螺紋與垂向絲桿4c配合；水平電機(jī)4i安裝在垂向滑塊4f的右部，水平電機(jī)4i的軸與水平絲桿4h連接，水平絲桿4h活動地架設(shè)在垂向滑塊4f（由水平板和左、右側(cè)立板組成）的左、右側(cè)立板上，水平滑塊4g的內(nèi)螺紋與安裝在垂向滑塊4f內(nèi)部的水平絲桿4h進(jìn)行配合；二維應(yīng)變式力傳感器5通過螺栓安裝在水平滑塊4g下方，四片彈簧片6c將剛性框架6a與剛性塊6b進(jìn)行連接形成的減振裝置6（二維應(yīng)變式力傳感器5與上夾具7之間設(shè)置有減振裝置6：剛性框架6a固定在二維應(yīng)變力傳感器5下面，剛性塊6b位于剛性框架6a內(nèi)、并與上夾具7相固聯(lián)，四個彈簧片6c設(shè)置在剛性塊6b與剛性框架6a之間）通過螺栓安裝在二維應(yīng)變式力傳感器5下方，上摩擦試樣8被上夾具7加持并通過螺栓固定在剛性塊6b下方。

圖1及圖1a1示出，本發(fā)明的一種具體實施方式是所述的下傳動機(jī)構(gòu)3具體組成為：傳動電機(jī)3d以及工作平臺底座3j均安裝在機(jī)座底板1b上，傳動電機(jī)3d軸上安裝的小齒輪3e經(jīng)齒帶3g與安裝在工作平臺底座3j上的大齒輪3i傳動聯(lián)接，工作平臺底座3j固定在機(jī)座底板1b上，工作平臺3h經(jīng)多根立柱3k支撐固定在工作平臺底座3j上方，大齒輪3i的軸從下向上活動地從工作平臺3h的中心圓孔穿出，所述下夾具3b固定在大齒輪3i的軸上端（大齒輪轉(zhuǎn)動時，工作平臺保持靜止）；下摩擦試樣3a粘貼在下夾具3b上，傳動電機(jī)3d轉(zhuǎn)動帶動小齒輪3e轉(zhuǎn)動，再通過齒帶3g帶動大齒輪3i轉(zhuǎn)動，并最終帶動下摩擦試樣3a轉(zhuǎn)動；四個l型連接件3c通過螺栓與螺母固定在工作平臺3h上。

圖1b及圖1b1示出，本發(fā)明的一種具體實施方式是所述的施加磁場機(jī)構(gòu)2具體組成為：磁場底座2e經(jīng)螺栓與四個l型連接件3c相固定，四個l型連接件經(jīng)螺栓固定在工作平臺3h上，左、右水平滑盒2c、2d分別與磁場底座2e頂部的滑槽配合，左磁鐵2a和右磁鐵2b分別裝在左水平滑盒2c和右水平滑盒2d中，或者，左通電線圈2f和右通電線圈2g分別裝在左水平滑盒2c和右水平滑盒2d中。

當(dāng)需要采用磁鐵提供磁場時，左磁鐵2a與右磁鐵2b分別裝在左水平滑盒2c與右水平滑盒2d中，左水平滑盒2c與右水平滑盒2d與磁場底座2e頂部的滑槽相配合，使得左水平滑盒2c與右水平滑盒2d可以水平滑動，并用螺栓固定位置，磁鐵的南北極方向根據(jù)實際要求進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)需要采用通電線圈提供磁場時，左通電線圈2f與右通電線圈2g分別代替左磁鐵2a和右磁鐵2b裝在左水平滑盒2c與右水平滑盒2d中，通過導(dǎo)線連接到控制板2h，通過控制板2h對磁場的方向和大小進(jìn)行調(diào)整。