一种用于陶瓷球滚动摩擦试验的配副装置及使用方法与流程

本发明属于材料摩擦领域，具体涉及一种用于陶瓷球滚动摩擦试验的配副装置及使用方法。

背景技术：

根据国内外学者对材料摩擦学行为的研究可知，材料的摩擦试验多为滑动摩擦和滚动摩擦，目前，常见的研究材料滑动摩擦学性能的配副为销-盘配副、销-平面配副、球-盘配副和环-块配副等等，而研究材料滚动摩擦学性能的配副大多为四球配副、环-环配副、四球-杆配副等。

对于滚动摩擦学行为，通常不可能为纯滚动，多为滚动兼滑动，适用的配副种类也较少，一般情况下需要采用辅助试验夹具，而尤其是对于陶瓷材料，其成型工艺较为复杂，不易加工成环状和杆状等形状，多为球形和盘形，故球-盘配合的摩擦试验是简便可行的，另外标准陶瓷球的直径大多不是整数，故辅助试验夹具需满足不同尺寸范围的陶瓷球。同时，寻求合理的试验配副装置以满足所具有的试验条件，准确有效的控制实验条件也是我们追求的目标。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于陶瓷球滚动摩擦试验的配副装置及使用方法，解决了现有球-盘配合的摩擦试验中辅助夹具尺寸单一，不能满足不同尺寸范围的陶瓷球的夹持。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种用于陶瓷球滚动摩擦试验的配副装置，所述安装在摩擦机主轴系统上的安装夹头、左侧保持架、陶瓷球、右侧保持架、块试样和盘试样，

其中，所述左侧保持架的一端安装在安装夹头下表面的中心处，另一端开设有第一V型槽；所述右侧保持架的一端安装在安装夹头的圆周侧面上，另一端开设有第二V型槽；所述第一V型槽和第二V型槽的开口相对应，且所述第一V型槽和第二V型槽之间夹持有陶瓷球；

所述块试样安装在安装夹头的下表面上，且设置在陶瓷球的上端；所述盘试样设置在陶瓷球的下端。

优选地，所述安装夹头包括连接部分，所述连接部分的下端连接有夹持部分，其中，所述连接部分采用圆锥形结构，所述加持部分采用圆柱形结构，同时，所述圆锥形结构的连接部分与主轴系统连接。

优选地，所述左侧保持架安装在圆柱形结构下表面的中心处，同时，所述圆柱形结构的下表面开设有矩形槽，所述块试样安装在所述矩形槽内。

优选地，所述圆柱形结构的圆周侧面上安装有连接架，所述连接架的一端通过紧固螺钉固定安装圆柱形结构上，另一端与右侧保持架固定连接。

优选地，所述紧固螺钉伸至上述矩形槽内，用以固定块试样。

优选地，所述连接架与右侧保持架之间设置有若干个调整垫片。

优选地，所述第一V型槽和第二V型槽的表面均喷涂有聚四氟乙烯涂层。

一种用于陶瓷球摩擦试验的配副装置的使用方法，包括以下步骤：

第一步，将安装夹头固定安装在主轴系统上，根据摩擦试验所选用的陶瓷球的直径，确定块试样的长度和所使用的调整垫片的数量；

第二步，将块试样放置于安装夹头下表面开设的矩形槽中，同时，将连接架通过紧固螺钉固定在安装夹头上，并且所述紧固螺钉的长度深入安装夹头的矩形槽中，通过紧固螺钉将块试样固定；

第三步，将左侧保持架通过内六角圆柱头螺钉连接在安装夹头的中心位置；

第四步，将右侧保持架通过两个十字槽盘头螺钉与连接架连接在一起，并将调整垫片放置在两者的连接处；

第五步，将陶瓷球放置在左侧保持架上开设的第一V型槽和右侧保持架上开设的第二V型槽之间，所述陶瓷球的上端与块试样接触；

第六步，将左侧保持架上的内六角圆柱头螺钉以及连接架与右侧保持架之间的十字槽盘头螺钉拧紧，同时，将盘试样放置在陶瓷球的下端，通过主轴系统的转动，驱动陶瓷球在盘试样上做圆周滚动兼滑动。

优选地，所述配副装置所选用的陶瓷球的直径范围为Φ5～Φ10。

优选地，所述块试样采用聚四氟乙烯材料制备所得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种用于陶瓷球滚动摩擦试验的配副装置，通过左侧保持架、右侧保持架、陶瓷球、块试样和盘试样构成了一组“块-球-盘”的配副装置，同时，通过调整左侧保护架和安装夹头之间的距离、右侧保护架和左侧保护架之间的距离以及块试样的长度，满足了一定直径范围内不同直径的陶瓷球的夹持。同时，左、右侧保护架上开设的V型槽，保证了轴向尺寸不再进行调整。本发明具有结构紧凑，对研究滚动兼滑动混合状态下材料的摩擦学行为具有很好的适用性。

进一步的，在第一V型槽和第二V型槽的表面喷涂聚四氟乙烯涂层，该涂层材料与陶瓷球在摩擦过程中不易成膜，且摩擦系数较小，既可以避免不锈钢材料对陶瓷球摩擦学行为的影响，同时又可满足两侧保持架的强度和刚度要求。

进一步的，所述安装夹头的连接部位采用锥形结构，可与主轴系统自动对心，连接可靠并且精度高。

一种用于陶瓷球摩擦试验的配副装置的使用方法，首先根据摩擦试验所选用的陶瓷球的直径大小，确定装配配副装置，再通过主轴系统的转动，带动陶瓷球在盘试样上做滚动兼滑动试验，本发明提供的使用方法操作简单、运行平稳可靠、适用范围广的特点，对研究滚动兼滑动混合状态下材料的摩擦学行为具有很好的适用性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的仰视图；

图3为本发明的剖视图。

其中，1-主轴系统；2-安装夹头；3-左侧保持架；4-陶瓷球；5-右侧保持架；6-调整垫片；7-连接架；8-块试样；9-盘试样；10-聚四氟乙烯涂层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明提供的一种用于陶瓷球滚动摩擦试验的配副装置，包括安装夹头2，所述安装夹头2连接在摩擦试验机的主轴系统1上，同时，所述安装夹头2包括连接部分和加持部分，其中，所述加持部分设置在连接部分的下方。

所述连接部位采用锥形结构，可与主轴系统1自动对心，连接可靠并且精度高。所述主轴系统1驱动安装夹头2进行旋转运动。

所述加持部分为圆柱形结构，在圆柱形结构的下方中心处安装有左侧保持架3，所述左侧保持架3的一端通过内六角圆柱头螺钉连接固定在加持部分。所述左侧保持架3的另一端开设有第一V型槽。

所述圆柱形结构的一侧安装有连接架7，所述连接架7的一端通过紧固螺钉安装在圆柱形结构上，另一端安装有右侧保持架5，所述右侧保持架5的一端通过两个十字槽盘头螺钉与连接架7固定连接在一起，并在右侧保持架5和连接架7之间的连接处设置有一定数量的调整垫片6；同时，所述右侧保持架5的另一端开设有第二V型槽。

所述第一V型槽和第二V型槽的开口相对应，且两者之间夹持有陶瓷球4，所述陶瓷球4分别与左侧保持架3和右侧保持架上5的V型槽高副接触。

所述圆柱形结构的下表面上开设有矩形槽，所述矩形槽内设置有块试样8，所述块试样8能够在矩形槽内滑动，同时，所述的用于固定连接圆柱形结构和连接架7的紧固螺钉延伸至矩形槽内，用以固定块试样8。

并且所述块试样8设置在陶瓷球4的上端，所述陶瓷球4的下端设置有盘试样9。所述块试样8、陶瓷球4和盘试样9构成一组“块-球-盘”配副。

所述配副装置可通过调整左侧保持架3与圆柱形结构下表面之间的距离、右侧保持架5和连接架7之间设置的调整垫片6的个数以及通过调整块试样8的长度来满足不同直径系列的陶瓷球4，其中，可满足的陶瓷球4直径范围为Φ5～Φ10，并且左侧保持架3和右侧保持架5上的V型槽结构，无需再对配副的轴向尺寸进行调整。

参见图2和图3，所述左侧保持架3和右侧保持架5的材料为不锈钢，其V型槽的表面分别喷涂有聚四氟乙烯涂层10，聚四氟乙烯涂层10与陶瓷球4在摩擦过程中不易成膜，且摩擦系数较小，既可以避免不锈钢材料对陶瓷球4滚动摩擦行为的影响，同时又可满足左侧保持架3和右侧保持架5的强度和刚度要求。

本发明的工作原理如下所述：

Step1：根据摩擦试验所选用的陶瓷球4的直径和配副要求，确定块试样8的长度和调整垫片6的数量；

Step2：将块试样8放置于安装夹头2的矩形槽中，连接架7通过螺钉固定在安装夹头2中，并且螺钉的长度深入安装夹头2的矩形槽中，通过螺钉将块试样8固定；

Step3：将左侧保持架3通过内六角圆柱头螺钉连接在安装夹头2的中心位置，螺钉不需拧紧；

Step4：将右侧保持架5通过两个十字槽盘头螺钉与连接架7连接在一起，螺钉不需拧紧，并在连接处放置调整垫片6；

Step5：将陶瓷球4放置在V型槽中，并与块试样8接触，通过调整左侧保持架3的位置将陶瓷球4与两侧的V型槽接触，满足摩擦配副的要求。

Step6：将左侧保持架3和连接架7的螺钉拧紧，陶瓷球4分别与左侧保持架3、右侧保持架上5、块试样8和盘试样9高副接触，构成一组“块-球-盘”配副系统，主轴系统1转动，驱动陶瓷球4在盘试样9上做圆周滚动兼滑动。

其中，所述陶瓷球4也可以为其他材料，如聚合物和耐磨合金材料等，用于研究聚合物球和耐磨合金球的滚动兼滑动混合摩擦状态下的行为。

所述块试样8的材料可以为金属、聚合物、涂层和薄膜材料等，用于研究不同配副材料对摩擦学性能的影响。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。