一种特殊气体氛围下的轴套磨损试验装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种特殊气体氛围下的轴套磨损试验装置，根据功能可以分为动力传动部分、密封部分、加载部分、试件装夹部分、测试处理部分。本发明装置的加载可实现恒定加载，采用杠杆加载和电磁加载相结合的方式进行径向加载，采用滚动导轨来减小加载时径向的摩擦力，通过水平滚动的下导轨和上导轨以及圆锥滚子轴承的配合，将外界摩擦力的影响降到了最低。通过两个压力传感器可实现载荷及摩擦力的实时控制显示。另外，试验中被试轴的转速可以自动无级调节，加载力及摩擦力可以自动调节和准确测量，该装置的轴套试件拆卸方便，便于测量磨损量。
【专利说明】一种特殊气体氛围下的轴套磨损试验装置
【技术领域】
[0001]本发明属于摩擦磨损试验设备【技术领域】，用于在特殊气体氛围下对轴和轴套磨损及摩擦力的性能试验，具体涉及一种特殊气体氛围下的轴套磨损试验装置。
【背景技术】
[0002]大多数的机械设备都是工作在大气环境中，由于大气中氧气含量较高，摩擦副表面容易形成氧化膜，氧化膜在摩擦磨损过程中对摩擦副起到一定的保护作用。而在特殊的气体氛围环境下，氧气含量极少，摩擦副表面很难形成氧化膜，这时摩擦副的摩擦状态与在大气中相比存在很大差别。
[0003]而在实际生产中例如高压断路器的操纵系统，为了灭弧的需要，就需要在SF6气体氛围中工作。因此需要研制出在特殊气体氛围下进行摩擦磨损试验的装置，来研究工作在此类特殊气氛环境中机构系统运动副的摩擦磨损性能。
[0004]现有的摩擦磨损装置的摩擦副大都是销盘式或是盘盘式的，而实际使用的机械设备中的摩擦副很多都是轴套式的，采用盘盘式或销盘式的摩擦副来研究不能很好地模拟实际工况，因此测出的结果与实际工况有较大差异。
[0005]目前已有的轴套式摩擦磨损试验装置，一般只能在大气环境下工作，其加载、测量的自动化程度不高、使得测量结果不够准确。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种特殊气体氛围下的轴套磨损试验装置，解决了现有技术的设备只能在大气环境下工作，加载、测量的自动化程度不高、结果不够准确的问题。
[0007]本发明所采用的技术方案是，一种特殊气体氛围下的轴套磨损试验装置，包括底座，在底座中固定有电动机，在底座台面上固定有下支架，在下支架台面上固定有下底板，在下底板上表面固定有上支架，在上支架台面上固定有上底板，
[0008]在上底板上表面设置有一对下导轨，下导轨向上通过下滑块支撑有一对上导轨，上导轨与下导轨沿水平方向分层垂直交叉设置，上导轨向上通过上滑块支撑有托板；托板上表面的中心位置安装有圆锥滚子轴承，在圆锥滚子轴承的内圈安装有夹具；
[0009]夹具的内圈用于装夹套试件，套试件内圆中用于套接轴试件，轴试件向下与传动机构连接；在夹具外圈固定有测力块，在托板上安装有压力传感器一；
[0010]在上底板上另外固定设置有外支座和内支座，在外支座上固定安装有电磁铁的一极，在内支座的上端支撑有加载用的杠杆，杠杆一端固定安装有电磁铁的另一极，杠杆另一端安装有压力传感器二；
[0011]在下底板上表面沿上支架、外支座和内支座外围设置有密封罩，密封罩壁上分别连通有充气阀、放气阀和压力计。
[0012]本发明的特殊气体氛围下的轴套磨损试验装置，其特点还在于:
[0013]下滑块和上滑块下部安装有滚动体。[0014]密封罩上表面中心位置开有观察窗。
[0015]观察窗与密封罩上表面的接触面安装有密封垫，密封罩与下底板的接触面设置有垫片，下底板向下开有电缆线引出口。
[0016]夹具设置为圆锥形结构，夹具与套试件之间采用标准锥面连接。
[0017]传动机构向下依次包括上联轴器、传动轴、下联轴器、动力输出轴与电动机，传动轴外圆表面套装有密封总成，密封总成壳体的上端面与下底板固定连接。
[0018]密封总成的动密封采用磁流体密封。
[0019]各个电器部件均与控制机构连接，控制机构与上述的电器部件反馈连接，控制机构最终与计算机连接。
[0020]本发明的有益效果是，I)能够给摩擦副提供一个特殊的气氛环境，用于模拟在特殊气体氛围下轴、套摩擦副的工作状态。2)采用了电磁加载，故可以实现载荷的连续加载并保持载荷的恒定，便于自动化控制。3)采用了圆锥滚子轴承和双层滚动导轨来减小相应部位摩擦力的影响，测量结果比较准确。4)电动机转速可调，能够测定不同转速下的摩擦力随所加载荷的变化规律。5)通过计算机实时监测摩擦力的大小及摩擦因数的大小。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明轴套磨损试验装置的结构示意图；
[0022]图2是图1中的A-A剖视图；
[0023]图3是本发明装置中的加载装夹部分的结构放大示意图。
[0024]图中，1.底座，2.电动机，3.密封总成，4.下底板，5.下支架，6.上支架，7.上底板，8.充气阀，9.下导轨，10.下滑块，11.上滑块，12.托板，13.螺栓，14.压块，15.圆锥滚子轴承，16.测力块，17.压力传感器一，18.夹具，19.压力计，20.套试件，21.观察窗，22.密封垫，23.放气阀，24.压力传感器二，25.电磁铁，26.外支座，27.内支座，28.上导轨，29.密封罩，30.轴试件，31.垫片，32.电缆线引出口，33.上联轴器，34.传动轴，35.下联轴器，36.动力输出轴，37.杠杆，38.垫块。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0026]参照图1、图2、图3，本发明装置的结构是，包括一个固定设置的底座1，在底座I框架中固定安装有电动机2，在底座I台面上固定安装有下支架5，在下支架5台面上固定安装有下底板4，在下底板4上表面固定安装有上支架6，在上支架6台面上固定安装有上底板7，
[0027]在上底板7上表面设置有一对下导轨9，下导轨9向上通过下滑块10支撑有一对上导轨28，上导轨28与下导轨9沿水平方向分层垂直交叉设置，上导轨28向上通过上滑块11支撑有托板12，托板12与上滑块11之间通过压块14、垫块38和螺栓13固定连接，其中，下滑块10和上滑块11下部安装有滚动体，通过滚动体分别实现各自的水平移动；托板12上表面的中心位置安装有圆锥滚子轴承15，在圆锥滚子轴承15的内圈安装有夹具18，夹具18的内圈用于装夹套试件20 (实验对象)，套试件20内圆中用于套接轴试件30 ;在夹具18外圈固定(焊接)有测力块16，在托板12上安装有压力传感器一 17 ；[0028]在上底板7上另外固定设置有外支座26和内支座27，在外支座26上固定安装有电磁铁25的一极，在内支座27的上端支撑有加载用的杠杆37，杠杆37 —端固定安装有电磁铁25的另一极，杠杆37另一端串联安装有压力传感器二 24 ；
[0029]在下底板4上表面沿上支架6外围设置有密封罩29，密封罩29壁上分别连通有充气阀8、放气阀23和压力计19，密封罩29上表面中心位置开有观察窗21，观察窗21与密封罩29上表面的接触面安装有密封垫22，密封罩29与下底板4的接触面设置有垫片31，垫片31采用聚四氟乙烯材料实现静密封；下底板4向下开有电缆线引出口 32，用于密封罩29内腔中的各个电器对外走线通道，该电缆线引出口 32同样采用聚四氟乙烯材料形成静密封；
[0030]轴试件30向下与传动机构连接，传动机构向下依次包括上联轴器33、传动轴34、下联轴器35、动力输出轴36与电动机2，传动轴34外圆表面套装有密封总成3，密封总成3壳体的上端面与下底板4固定连接。
[0031]下导轨9与上导轨28上下分层并且中心线互相垂直，该双层导轨结构设置方式能够自由调整套试件20的中心位置，便于轴套中心重合。
[0032]变频调速电动机2提供动力，通过传动轴34及其密封总成3将动力传递到密封罩29内。密封总成3的动密封采用磁流体密封方式，密封效果好。
[0033]轴试件30和套试件20采用竖直套装的方式，夹具18设置为圆锥形结构，夹具18与套试件20之间采用标准锥面连接，能够自动定心和夹紧，安装方便。
[0034]夹具18坐在圆锥滚子轴承15的内圈上，圆锥滚子轴承15外圈固定在托板12上，托板12固定在上滑块11上，上滑块11可将托板的水平移动采用滚动的方式实现，故可以减少径向加载时托板12与上底板7间的摩擦力，夹具18下部采用圆锥滚子轴承15将夹具有转动趋势时与托板12间的滑动改为滚动，故可以减少夹具18与托板12间的摩擦力，使得测量的摩擦力更加准确。
[0035]米用电磁铁25与杠杆37相组合的加载方式,通过杠杆37将电磁铁25 —端产生的拉力改变成另一端对套试件20的压力。电磁铁25的吸力大小可以通过调节流过电磁铁的电流大小来控制。
[0036]轴试件30和套试件20的摩擦力F可以通过测量该力与相应力臂的乘积再换算得至IJ，即通过安装在托板12上的压力传感器一 17和焊接在夹具上的测力块16配合测出摩擦力与力臂的乘积，再除以相应的力臂就可以得到轴试件30和套试件20的摩擦力F。径向加载力P的大小通过串联安装在加载杠杆37上的压力传感器二 24来测量，之后可以通过公
式# = |来计算摩擦系数，其中F是轴套间的摩擦力，P是径向加载力，μ为摩擦系数。两 P
个压力传感器能够将实际施加的压力转换为电信号，并通过采集卡和后续处理电路输出显示在计算机上。
[0037]上述的所有电器部件均与控制机构连接，控制机构还与上述的电器部件(执行机构)反馈连接，控制机构最终与计算机连接，进行显示输出及操作。
[0038]从上可见，本发明特殊气体氛围下的轴套磨损试验装置根据功能可以分为动力传动部分、密封部分、加载部分、试件装夹部分、测试处理部分，
[0039]动力传动部分包括电动机2、两个联轴器、传动轴34，[0040]密封部分包括密封罩29、下底板4、磁流体方式的密封总成3、压力计19、充气阀8、放气阀23、电缆线引出口 32、观察窗21，
[0041]加载部分包括电磁铁25、外支座26、内支座27、杠杆37，
[0042]试件装夹部分包括夹具18、测力块16、圆锥滚子轴承15、下导轨9、上导轨28、上底板7，
[0043]测试处理部分包括压力传感器一 17、压力传感器二 24、控制机构、计算机。
[0044]本发明装置的工作原理是:
[0045]将试验用特殊气体从充气阀8充入，压力计19用来检测密封罩29内气体压强的大小，根据压力计19的显示判断密封罩29内的压强大小；开启电动机2使之达到试验要求的转速，调整电磁铁25的电流大小控制对套试件20的径向加载力的大小，加载力可通过计算机屏幕显示出来，此时就可通过计算机屏幕观察加载力、转速、摩擦力及摩擦系数的大小。达到设定的磨损时间后停机，通过放气阀23将密封罩29内的废气抽出到储气瓶内，到专门处理场所进行处理，打开密封罩29，从夹具18上卸下套试件20，采用高精度电子天平(选用GTZ型光学天平，称重290g、感量为l/10000g)来称量套试件20的磨损量。换用不同的轴套试件能够满足不同材料的摩擦磨损规律实验。
[0046]本发明装置能够在特殊气体氛围下对轴套摩擦副的摩擦磨损性能进行研究，定量测量出轴、套材料的磨损率和摩擦系数。该装置的加载可实现恒定加载，采用杠杆加载和电磁加载相结合的方式进行径向加载，采用滚动导轨来减小加载时径向的摩擦力，通过水平滚动的下导轨9和上导轨28以及圆锥滚子轴承15的配合，将外界摩擦力的影响降到了最低。通过两个压力传感器可实现载荷及摩擦力的实时控制显示。另外，试验中被试轴的转速可以自动无级调节，加载力及摩擦力可以自动调节和准确测量，该装置的轴套试件拆卸方便，便于测量磨损量。本发明装置结构简单、密封效果良好、工作原理明了，测试结果准确。
【权利要求】
1.一种特殊气体氛围下的轴套磨损试验装置，其特点在于:包括底座(1)，在底座(I)中固定有电动机(2)，在底座(I)台面上固定有下支架(5)，在下支架(5)台面上固定有下底板(4)，在下底板(4)上表面固定有上支架(6)，在上支架(6)台面上固定有上底板(7)， 在上底板(7)上表面设置有一对下导轨(9)，下导轨(9)向上通过下滑块(10)支撑有一对上导轨(28)，上导轨(28)与下导轨(9)沿水平方向分层垂直交叉设置，上导轨(28)向上通过上滑块(11)支撑有托板(12);托板(12)上表面的中心位置安装有圆锥滚子轴承(15)，在圆锥滚子轴承(15)的内圈安装有夹具(18)； 夹具(18)的内圈用于装夹套试件(20)，套试件(20)内圆中用于套接轴试件(30)，轴试件(30)向下与传动机构连接；在夹具(18)外圈固定有测力块(16)，在托板(12)上安装有压力传感器一(17); 在上底板(7)上另外固定设置有外支座(26)和内支座(27)，在外支座(26)上固定安装有电磁铁(25 )的一极，在内支座(27 )的上端支撑有加载用的杠杆(37 )，杠杆(37 ) —端固定安装有电磁铁(25)的另一极，杠杆(37)另一端安装有压力传感器二(24)； 在下底板(4)上表面沿上支架(6)、外支座(26)和内支座(27)外围设置有密封罩(29)，密封罩(29 )壁上分别连通有充气阀(8 )、放气阀(23 )和压力计(19 )。
2.根据权利要求1所述的特殊气体氛围下的轴套磨损试验装置，其特点在于:所述的下滑块(10)和上滑块(11)下部安装有滚动体。
3.根据权利要求1所述的特殊气体氛围下的轴套磨损试验装置，其特点在于:所述的密封罩(29)上表面中心位置开有观察窗(21)。
4.根据权利要求3所述的特殊气体氛围下的轴套磨损试验装置，其特点在于:所述的观察窗(21)与密封罩(29)上表面的接触面安装有密封垫(22)，密封罩(29)与下底板(4)的接触面设置有垫片(31)，下底板(4)向下开有电缆线引出口(32)。
5.根据权利要求1所述的特殊气体氛围下的轴套磨损试验装置，其特点在于:所述的夹具(18)设置为圆锥形结构，夹具(18)与套试件(20)之间采用标准锥面连接。
6.根据权利要求1所述的特殊气体氛围下的轴套磨损试验装置，其特点在于:所述的传动机构向下依次包括上联轴器(33)、传动轴(34)、下联轴器(35)、动力输出轴(36)与电动机(2)，传动轴(34)外圆表面套装有密封总成(3)，密封总成(3)壳体的上端面与下底板(4)固定连接。
7.根据权利要求6所述的特殊气体氛围下的轴套磨损试验装置，其特点在于:所述的密封总成(3)的动密封采用磁流体密封。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的特殊气体氛围下的轴套磨损试验装置，其特点在于:所述的各个电器部件均与控制机构连接，控制机构与上述的电器部件反馈连接，控制机构最终与计算机连接。
【文档编号】G01N19/02GK103743643SQ201310740354
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】原大宁, 张广刚, 刘宏昭, 王建平 申请人:西安理工大学