专利名称：一种直线往复式滑动摩擦磨损测试装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种摩擦、磨损领域技术，特别是涉及一种直线往复式滑动摩 擦磨损测试装置及方法。
背景技术：
两体间的匀速直线、往复相对滑动磨损是一种常见的两体磨损形式。经一 定周期磨损后，材料的磨损失重、以及两体材料间的最大静摩擦或滑动摩擦系 数、或与其他材料间的最大静摩擦或滑动摩擦系数，是材料的重要基础指标。
例如，美军标MIL-PRF-24667B (SH)提出了以下测试要求(1)耐磨性测试 钢缆轴线与试板测试面平行，对钢缆均匀施加额定载荷，使之压在试板上，钢 缆轴线与运动方向垂直，二者进行额定行程的匀速直线、往复相对运动，单向 行程不小于225mm，从而在试板上形成225mmX 150 mm的磨损平面，测量若 干磨损周期后试板、钢缆的失重。(2)摩擦系数测试经若干磨损周期后，将 橡胶滑块平放在涂层的磨损平面上，施加额定正压力，二者进行额定速度和额 定行程的水平相对运动，行程不小于25mm，用力矩传感器测量最大静摩擦力， 计算出最大静摩擦系数。
该测试条件具备如下四个技术特征(1)可实现两体在较长单向行程内的 匀速直线、往复相对滑动磨损。(2)在一定磨损周期后，可测试两体材料与其 他材料间的最大静摩擦系数。(3)可设置直线滑动速度、载荷与行程。(4)可 完成线缆、板材、块体等不同结构形式样品的摩擦磨损试验。
目前的滑动磨损测试方法大致可分为三类
一是摩擦盘与摩擦副对磨形式。依靠摩擦盘的旋转，形成摩擦盘的外圆或端面与摩擦副的相对滑动磨损，只能实现两体间的单向滑动，两体材料均为块 体材料。当摩擦盘的外圆与摩擦副发生相对滑动磨损时，摩擦盘的磨损面即外 圆，摩擦副的磨损面为弧面。磨损面往往受材料的特性、制样水平、设备精度 等的影响，而产生不规则形状。虽可测量磨损过程中二者间的滑动摩擦阻力， 但滑动摩擦系数实际上只具有相对意义。而且经一定周期磨损后，两体间的最 大静摩擦系数，以及任一材料与第三种材料间的最大静摩擦或滑动摩擦系数无 法测量。当摩擦盘的端面与摩擦副发生相对滑动磨损时，摩擦盘的磨损面即端 面上的环状平面，摩擦副的磨损面为平面。虽然磨损面为规则的平面，也可测 量磨损过程中二者间的滑动摩擦阻力，但磨损面上的线速度因半径差异而不同， 不同部位的磨损状态存在显著差异，滑动摩擦系数实际上也只具有相对意义。 而且经一定周期磨损后，两体间的最大静摩擦系数，以及任一材料与第三种材 料间的最大静摩擦或滑动摩擦系数无法测量。
二是两体间的小振幅对磨形式。两体间的小振幅对磨虽然可实现两体间的 往复直线运动，但线速度不可控，行程有限，两体材料均为块体材料。形成的 磨损面过小，材料的一致性难以评价，无法测量经一定周期磨损后，两体间的 最大静摩擦系数，以及任一材料与第三种材料间的最大静摩擦或滑动摩擦系数。
三是模拟工况，但应用对象和获得的性能参数非常有限。例如拖动钢缆使 其与摩擦副形成对磨，用以考核钢缆在额定周期内的磨损失重。其应用对象为 电梯钢缆，只考核了其磨损失重指标。
显然，上述滑动磨损测试方法无法实现两体间的匀速直线、往复相对滑动 磨损，也难以测定经一定周期磨损后，两体材料间的最大静摩擦或滑动摩擦系 数，或与其他材料间的最大静摩擦或滑动摩擦系数。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是设计一种直线往复式滑动摩擦磨损测试方法及装置，依靠这种方法及装置，在个装置上可以达到磨损试验和摩擦系数 测试要求，并具有如下效果(1)可实现两摩擦体在较长单向行程内的匀速直 线、往复相对滑动磨损；(2)在一定磨损周期后，既可测试两摩擦体间的最大 静摩擦或滑动摩擦系数，又可测试两摩擦体材料与其他材料间的最大静摩擦或 滑动摩擦系数；(3)磨损和摩擦系数测试时的直线滑动速度可调，载荷可调， 行程可调;(4)可完成线缆、板材、块体等不同结构形式样品的摩擦磨损试验。 为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案
本发明的直线往复式滑动摩擦磨损测试装置，装置由变频器、工作台、试 样台、拖动框、拉力传感器、转向开关、计数器、锁定装置、导轨、挡板、钢 丝绳、减速机、峰值保持仪、控制部分以及辅助组件组成，其中，工作台的前 后限位处各有至少一个转向开关，转向开关之间放置试样台和拖动框，工作台 上有至少一个锁定装置固定试样台，拖动框上有摩擦块以及固定摩擦块的挡板， 拖动框上配置有拉力传感器，用钢丝绳来将将电机的运动转化为拖动框和试样 台之间的运动，工作台的前后两侧各有至少一个滑轮，用来转换钢丝绳的运动 方向和运动形式。根据需要还可以在工作台下面设置钢丝绳的张紧轮，用来保 持钢丝绳的张紧度。
本发明的直线往复式滑动摩擦磨损测试装置，进一步优选具体的技术方案 是装置的控制部分由以下几部分组成由变频器精确调整试样的移动速度， 可实现额定速度的匀速直线运动；在工作台两侧安装转向开关，实现往复运动； 安装计数器，实现磨损周期的设定和磨损周期的显示。设备可自动完成设定周 期的磨损试验，可手动完成摩擦系数的测试。
本发明的直线往复式滑动摩擦磨损测试方法为利用本专利的直线往复式 滑动摩擦磨损测试装置，首先测量摩擦块和试样的原始重量，然后将摩擦块垂 直放置在试样上，试样也可视作摩擦块，并保持一定的正压力，使两体发生往 复水平相对滑动，完成额定周期的磨损后，再次测量摩擦块和试样的重量，获 得磨损失重率；滑块可为两摩擦体材料屮的任一个或第三种材料，将滑块垂直放置在试样上，并保持一定的正压力，牵引滑块，使滑块从静止到匀速运动， 记录牵引力的峰值和开始滑动后的稳定值，除以正压力，即为最大静摩擦系数 和滑动摩擦系数；可多次重复上述循环，以获得不同磨损周期材料的磨损率、 最大静摩擦系数和滑动摩擦系数。测试装置工作原理见附图1、 2、 3。
通过采用以上技术方案，本发明的一种直线往复式滑动摩擦磨损测试装置 及方法，与现有测试装置和方法相比，其有益效果在于
(1) 可实现两体在较长单向行程内的匀速直线、往复相对滑动磨损。
(2) 在一定磨损周期后，既可测试两体间的最大静摩擦或滑动摩擦系数，
又可测试两体材料与其他材料间的最大静摩擦或滑动摩擦系数。
(3) 磨损和摩擦系数测试时的直线滑动速度可调，载荷可调，行程可调。
(4) 可完成线缆、板材、块体等不同结构形式样品的摩擦磨损试验。
图1是磨损试验工作原理图。
l滑轮；2工作台；3计数器传感器；4拖动框；5锁定装置；7摩擦块；8 挡板；9试样；IO试样台；12拉力传感器；13钢丝绳；14转向开关；15钢丝 绳；16导轨；17钢丝绳；18张紧轮；19减速机带轮
图2是摩擦系数测试原理图。
l滑轮；2工作台；3计数器传感器；4拖动框；5锁定装置；6滑块；7摩 擦块；8挡板；9试样；IO试样台；11轻质高强度线；12拉力传感器；13钢丝 绳；14转向开关；16导轨；18张紧轮19减速机带轮。
图3是控制面板结构示意图。
20峰值保持仪；21峰值保持仪开关；22计数器；23计数器开关；24总开 关；25电机左启动开关；26电机左启动开关；27变频器开关。
具体实施方式
磨损试验工作原理如图1、图3所示。本发明采用变频减速电机作为动力，
滑轮1和钢丝绳13将电机的匀速圆周运动转化为匀速直线运动，钢丝绳13拖 动行走机构运动。通过设定电机频率设定行走速度。行走机构由安装在导轨上 的拖动框4、平台10组成，通过安装了滚动轴承的挡板8保持摩擦块7水平静 止，通过调整配重调整摩擦块7对试样9的正压力。钢丝绳13牵引拖动框4运 动，拖动框4牵引平台10同步运动。平台10上固定的试样9与水平静止的摩 擦块7发生相对滑动磨损。当拖动框4运动至转向开关14时，反向运动，运动 至计数器传感器3时，计数器22计数。通过设定计数器22的值，实现额定周 期的往复磨损。从而实现摩擦块7同固定在平台10上的试样9间的相对直线往 复运动，完成额定周期磨损。
摩擦系数测试原理见图2、图3所示，测试设备与磨损试验为同一设备。 将平台10与拖动框4脱开，固定平台10。更换摩擦块7为滑块6。通过调整配 重调整滑块6对试样9的正压力。将滑块6用轻质高强度线11与拉力传感器12 连接。钢丝绳13牵引拖动框4运动，拖动框4上固定的拉力传感器12牵引滑 块6同步运动。平台10上固定的试样9与滑块6发生相对滑动。拉力传感器 12与峰值保持仪20信号连通。峰值保持仪20实时读取试样9与滑块6间的摩 擦力，并显示峰值。从而获得滑块6与试样9间的最大静摩擦力和滑动摩擦力， 除以正压力，即为最大静摩擦系数和滑动摩擦系数。
控制部分工作原理见图3所示，控制部分由以下几部分组成由变频器精 确调整试样的移动速度，可实现额定速度的匀速直线运动；在工作台两侧安装 转向开关，实现往复运动；安装计数器，实现磨损周期的设定和磨损周期的显 示。设备可自动完成设定周期的磨损试验，可手动完成摩擦系数的测试。
实施例1
启动变频器，设定行走速度。安装试样9，打开试样台10的锁定装置5， 用钢丝绳13， 15、 17把拖动框和试样台10进行连接。将摩擦块7放在试样9上。在计数器22上设定磨损周期，启动电机，进行磨损试验。磨损一定周期后， 对试样或金属丝进行评价。
实施例2
启动变频器，设定行走速度。安装试样，断开工作台同拖动框之间的连接，
并锁定试样台10。把滑块6放在试样9上，用轻质高强度线11连接滑块6和拉 力传感器12。启动峰值保持仪21,启动电机，进行最大静摩擦力及滑动摩擦系
权利要求
1、一种直线往复式滑动摩擦磨损测试装置，其特征在于装置由变频器、工作台(2)、试样台(10)、拖动框(4)、拉力传感器(12)、转向开关(14)、计数器(3)、锁定装置(5)、导轨(16)、挡板(8)、钢丝绳(13、15、17)、减速机、峰值保持仪(20)以及辅助组件组成，其中，工作台(2)的前后限位处各有至少一个转向开关(14)，转向开关之间放置试样台(10)和拖动框(4)，工作台(2)上有至少一个锁定装置(5)固定试样台(10)，拖动框(4)上有摩擦块(7)以及固定摩擦块(7)的挡板(8)，拖动框(4)上配置有拉力传感器(12)，用钢丝绳来将将电机的运动转化为拖动框(4)和试样台(10)之间的运动，工作台(2)的前后两侧各有至少一个滑轮(1)，用来转换钢丝绳(13)的运动方向和运动形式。
2、 根据权利要求1所述直线往复式滑动摩擦磨损测试装置，其特征在于 在工作台(2)下面设置钢丝绳(13)的张紧轮(18)，用来保持钢丝绳的张紧度。
3、 根据权利要求1所述直线往复式滑动摩擦磨损测试装置，其特征在于装置的控制部分由以下几部分组成由变频器精确调整试样的移动速度，可实 现额定速度的匀速直线运动；在工作台(2)两侧安装转向开关(14)，实现往复运动；安装计数器(22)，实现磨损周期的设定和磨损周期的显示。
4、 一种直线往复式滑动摩擦磨损测试方法，其特征在于利用本专利的直线往复式滑动摩擦磨损测试装置，首先测量摩擦块和试样的原始重量，然后 将摩擦块或者试样垂直放置在试样或者摩擦块上，并保持一定的正压力，使两 体发生往复水平相对滑动，完成额定周期的磨损后，再次测量摩擦块和试样的重量，获得磨损失重率，滑块可为两体材料中的任一个或第三种材料；将滑块 垂直放置在试样上，并保持一定的正压力，牵引滑块，使滑块从静止到匀速运 动，记录牵引力的峰值和开始滑动后的稳定值，除以正压力，即为最大静摩擦 系数和滑动摩擦系数；多次上述循环，以获得不同磨损周期材料的磨损率、最 大静摩擦系数和滑动摩擦系数。
全文摘要
本发明介绍了一种直线往复式滑动摩擦磨损测试装置及方法，装置由变频器、工作台、试样台、拖动框、拉力传感器、转向开关、计数器、锁定装置、导轨、挡板、钢丝绳、减速机、峰值保持仪、控制部分以及辅助组件组成，设备可自动完成设定周期的磨损试验，可手动完成摩擦系数的测试。测试时首先使擦块和试样保持压力往复水平滑动，磨损后获得磨损失重率；并在保持一定的正压力，使滑块从静止到匀速运动，得到最大静摩擦系数和滑动摩擦系数；本发明可实现在较长单向行程内的匀速直线、往复相对滑动磨损，测试两体间的最大静摩擦系数，以及与其他材料间的最大静摩擦系数，速度、载荷、行程可调，可广泛用于各种材料、不同结构形式样品的检测。
文档编号G01N5/00GK101556238SQ200910064979
公开日2009年10月14日 申请日期2009年5月11日 优先权日2009年5月11日
发明者张燕阳, 岳 王, 王德义 申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所