用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置和摩擦磨损试验机的制作方法

本发明涉及摩擦学研究与实验测试技术领域，具体而言，涉及一种用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置和具有所述用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置的摩擦磨损试验机。

背景技术：

在摩擦学理论与技术、机械表面/界面科学与性能控制、生物摩擦学与生物机械、微纳制造理论与技术及微纳光电测试理论与技术等领域中，基于材料特性的实验测试与表征是重要的研究手段，材料的摩擦学性能不仅取决于其本身的物理和化学特性,而且与其工作环境和相对运动状态密切相关。

在工业应用中,齿轮、轴承等常用的机械零部件大多都工作在不同滑滚比的运动状态下。例如，滚动轴承的滚动体和滚道构成的摩擦副在实际运转时，由于有些滚动体的质量较轻、转速较高，滚动体在轴承内外圈之间处于滚滑状态，即，滚动体在轴承内外圈之间的滚动过程中伴随着滑动，从而造成轴承的润滑失效、表面擦伤、磨损和剥落等失效形式。

因此，在实验研究中仅采用单一的纯滚动或纯滑动模型无法模拟实际工况，必须使用滑动和滚动可控的模型来进行实验。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置，所述用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置具有滑滚比可控、结构简单的优点。

本发明还提出一种具有所述用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置的摩擦磨损试验机。

根据本发明第一方面实施例的用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置，包括：基座；水平位移台，所述水平位移台设在所述基座上；用于控制第一试样在竖直面内转动的控制装置，所述控制装置设在所述基座上且分别与所述水平位移台和第一试样传动连接，所述水平位移台水平移动时带动所述控制装置在水平面内移动以控制所述第一试样在水平面内移动。

根据本发明实施例的用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置，可以实现滑滚比的调节，且结构简单。

另外，根据本发明实施例的用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置还具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述水平位移台包括：滑轨，所述滑轨设在所述基座上；丝杠机构，所述丝杠机构可转动地设在所述基座上；滑台，所述滑台可滑动地配合在所述滑轨上且分别与所述丝杠机构和所述控制装置传动连接。

进一步地，所述丝杠机构包括丝杠和与所述丝杠相连的摇杆，所述基座上设有固定台且所述滑台上设有螺母，所述丝杠与所述螺母配合且两端分别安装在所述固定台和所述基座上，所述摇杆摇动时带动所述丝杠绕自身轴线转动。

在本发明的一些实施例中，所述控制装置包括：驱动机构，所述驱动机构设在所述滑台上；传动轴，所述传动轴与所述驱动机构传动连接；试样轴，所述试样轴分别与所述传动轴和所述第一试样传动连接。

可选地，所述驱动机构为电机，所述电机的输出转速为20rpm-2000rpm。

在本发明的一些具体实施例中，所述第一试样为球形或圆柱形，所述第一试样具有贯通的轴孔，所述试样轴配合在所述轴孔内。

根据本发明的一些实施例，所述基座包括依次相连的第一水平段、竖直段和第二水平段，所述第一水平段和所述第二水平段均沿水平方向延伸且所述第二水平段位于所述第一水平段上方，所述竖直段分别垂直于所述第一水平段和所述第二水平段，所述水平位移台分别安装在所述第一水平段和所述竖直段上，所述控制装置安装在所述第二水平段上。

进一步地，所述竖直段的两端分别与所述第一水平段的一端和所述第二水平段的一端相连，所述第一水平段的另一端和所述第二水平段的另一端分别位于所述竖直段的两侧。

根据本发明第二方面实施例的摩擦磨损试验机，包括：底座；根据本发明第一方面实施例所述的用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置，所述基座设在所述底座上，第二试样可转动地设在所述底座上且与所述第一试样相接触；彼此相连的夹具和力传感器，所述夹具用于将所述第一试样压在所述第二试样上，所述力传感器向所述第一试样施加载荷并检测所述第一试样和所述第二试样之间的力。

根据本发明实施例的摩擦磨损试验机，通过利用如上所述的用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置，可以实现滑滚比的调节，从而可以进行不同滑滚比工况下的材料的摩擦学性能的测试。

根据本发明的一些实施例，所述夹具包括：夹具体，所述夹具体与所述力传感器相连；分别与所述第一试样相接触的多个滚动轴承，所述多个滚动轴承分别安装在所述夹具体上。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的摩擦磨损试验机的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的摩擦磨损试验机的夹具的立体图；

图3是根据本发明实施例的摩擦磨损试验机的第一试样和第二试样之间的摩擦力与实验时间的关系示意图。

附图标记：

摩擦磨损试验机100，

底座1，基座2，试样台3，第二试样4，第一试样5，夹具6，力传感器7，滑轨8，滑台9，丝杠10，摇杆11，固定台12，驱动机构13，第一联轴器14，传动轴15，轴承座16，第二联轴器17，试样轴18，滚动轴承19，夹具体20，第一水平段21，竖直段22，第二水平段23。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明第一方面实施例的用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置，该用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置具有滑滚比可控、结构简单的优点。

如图1-图3所示，根据本发明实施例的用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置，包括基座2、水平位移台和控制装置。

具体而言，水平位移台设在基座2上，水平位移台可以在水平面内移动。控制装置设在基座2上，控制装置分别与水平位移台和第一试样5传动连接，水平位移台水平移动时带动控制装置在水平面内移动，以控制第一试样5在水平面内移动，并且，控制装置控制第一试样5在竖直面内转动。

例如，以空间一点o为原点，建立三条两两垂直的数轴：x轴、y轴、z轴，这时建立了空间直角坐标系oxyz，通过使水平位移台在xoy平面内的水平移动，可以实现第一试样5分别沿x轴和y轴的移动，从而调整第一试样5在xoy平面内的位置，并且，通过控制装置可以实现第一试样5绕x轴的转动，从而实现第一试样5的滚动。

由此，根据本发明实施例的用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置，利用控制装置控制第一试样5的转动，可以有效控制滑滚比，模拟不同滑滚比下第一试样5与摩擦磨损试验机上的第二试样之间的相对转动，从而实现在变滑滚比环境下进行材料的摩擦磨损测试功能，满足对特殊工况下的弹流/薄膜润滑、水基润滑、超润滑等研究需求，并且结构简单，易于实现。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，水平位移台包括滑轨8、丝杠机构和滑台9。滑轨8设在基座2上。丝杠机构可转动地设在基座2上。滑台9可滑动地配合在滑轨8上，并且滑台9分别与丝杠机构和控制装置传动连接。由此，丝杠机构转动时驱动滑台9在滑轨8上滑动，从而带动控制装置移动。

进一步地，如图1所示，丝杠机构包括丝杠10和与丝杠10相连的摇杆11。基座2上设有固定台12，滑台9上设有螺母，丝杠10与螺母配合，并且丝杠10的两端分别安装在固定台12和基座2上，摇杆11摇动时带动丝杠10绕自身轴线转动，这样，丝杠10与螺母的螺纹配合将丝杠10的转动转变为滑台9在滑轨8上的滑动。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，控制装置包括驱动机构13、传动轴15和试样轴18。驱动机构13设在滑台9上。传动轴15与驱动机构13传动连接。试样轴18分别与传动轴15和第一试样5传动连接。如此，滑台9移动时带动驱动机构13移动，从而带动第一试样5移动，并且，驱动机构13通过驱动传动轴15转动来驱动试样轴18转动，从而带动第一试样5转动。

可选地，驱动机构13为电机，并且，电机的输出转速为20rpm-2000rpm，从而调节第一试样5在第一试样5与第二试样之间的接触点处的线速度。

举例而言，驱动机构13为伺服电机，伺服电机安装在滑台9的上部，并且伺服电机的输出端连接有第一联轴器14，传动轴15的左端连接于第一联轴器14且右端连接于第二联轴器17。试样轴18连接于第二联轴器17。由此，利用传动轴15、第一联轴器14和第二联轴器17，可以实现扭矩的传递。

在本发明的一些具体实施例中，如图1和图2所示，第一试样5为球形，从而实现第一试样5的滚动。当然，可以根据实验需求选择不同直径的第一试样5，并且，第一试样5的形状不限于此，第一试样5还可以为圆柱形。其中，第一试样5具有贯通的轴孔，试样轴18配合在轴孔内。有利地，轴孔为形状不规则的销孔，试样轴18的横截面形状与轴孔的形状相适配，从而连接更加可靠。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，基座2包括依次相连的第一水平段21、竖直段22和第二水平段23，第一水平段21和第二水平段23均沿水平方向延伸，并且第二水平段23位于第一水平段21上方，竖直段22分别垂直于第一水平段21和第二水平段23，水平位移台分别安装在第一水平段21和竖直段22上，控制装置安装在第二水平段23上。由此，根据本发明实施例的用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置的结构较为紧凑，空间利用率较高。

进一步地，如图1所示，竖直段22的两端分别与第一水平段21的一端和第二水平段23的一端相连，第一水平段21的另一端和第二水平段23的另一端分别位于竖直段22的两侧。即，基座2被构造成大体的“z”字形，从而进一步提高了用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置的结构紧凑性和空间利用率。

举例而言，竖直段22的下端与第一水平段21的右端相连，竖直段22的上端与第二水平段23的左端相连。滑轨8和固定台12分别安装在第一水平段21上，丝杠10的左端安装在固定台12上且右端安装在竖直段22上，摇杆11安装在丝杠10的左端，从而方便手动调节丝杠10。第二水平段23上设有轴承座16，传动轴15配合在轴承座16内。

如图1-图3所示，根据本发明第二方面实施例的摩擦磨损试验机100，包括底座1、根据本发明第一方面实施例所述的用于摩擦磨损试验机的滑滚测试装置、夹具6和力传感器7。

具体而言，基座2卡装在底座1上，试样台3可转动地安装在底座1上，第二试样4粘接在试样台3上，并且第二试样4可以随着试样台3转动。例如，利用摇杆11控制第一试样5水平移动，可以改变旋转半径，旋转半径的调节范围为10mm-40mm。这里，旋转半径指的是第一试样5和第二试样4的接触点到第二试样4的转动中心的距离。

夹具6安装在力传感器7上，夹具6将第一试样5压在第二试样4上，以使第一试样5与第二试样4相接触。力传感器7向第一试样5施加载荷并检测第一试样5和第二试样4之间的力，例如，力传感器7检测第一试样5和第二试样4之间的载荷和摩擦力。

其中，力传感器7可以为应变高精度力传感器，应变高精度力传感器的量程大于200n，精度优于0.1n，从而可以使第一试样5和第二试样4之间的力的测量范围较大且精度较高。

根据本发明实施例的摩擦磨损试验机100，可以模拟不同滑滚比(例如，滑滚比的调节范围为0-2)情况下第一试样5和第二试样4之间的相对转动，从而较为真实的模拟实际的工况，进行不同滑滚比工况下的材料的摩擦学性能的测试。图3示出了cof(coefficientoffriction，摩擦系数)与实验时间的关系。

根据本发明的一些实施例，如图1和图2所示，夹具6包括夹具体20和四个滚动轴承19。夹具体20与力传感器7相连。四个滚动轴承19分别安装在夹具体20上，并且四个滚动轴承19分别与第一试样5相接触。由此，通过将第一试样5压在第二试样4的上表面，可以利用滚动轴承19的活动性实现第一试样5的滚动自由度。

在本发明的一些可选实施例中，摩擦磨损试验机100还包括控制模块(图中未示出)，控制模块与第二试样4传动连接，从而驱动第二试样4转动。

进一步地，摩擦磨损试验机100还包括信号采集模块(图中未示出)，信号采集模块分别与力传感器7和控制模块通讯，信号采集模块将力传感器7的电压信号放大并转换成数字信号，以得到反馈的第一试样5和第二试样4之间的载荷和摩擦力。

根据本发明实施例的摩擦磨损试验机100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”、“可选实施例”、“示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。