回转摩擦试验机的制作方法

本实用新型涉及回转摩擦试验机，机用于对摩擦片进行测试。

背景技术：

现有的直线往复式摩擦试验机仅支持一个摩擦片进行试验，试验效率不高；所使用的双向压力传感器精度和稳定性较差，推方向和拉方向所测得的摩擦系数相差较大，试验数据不准确，试验机的机架刚度不足，在正压力达到200kN以上时，整机变形较明显，影响了试验数据的准确性；现有直线往复式摩擦试验机采用液压驱动，使用较高精度的伺服阀来实现摩擦速度控制及方向变换，驱动系统较复杂，可靠性相对较低，且造价昂贵。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是提供一种回转摩擦试验机，可以同时对多个摩擦片进行试验，测量各块摩擦片的正压力和摩擦力，以此得出各摩擦片的摩擦系数。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：回转摩擦试验机，包括支撑底座、外齿式回转支承、摩擦环板、支撑架、多个加载装置和减速机，回转支承内圈固定在支撑底座上，各减速机连接在支撑底座上，各齿轮均与回转支承外齿相啮合，摩擦环板安装在回转支承外圈上，支撑架安装在支撑底座，各加载装置安装在支撑架上，各加载装置绕着摩擦环板轴线均匀分布；

所述加载装置包括固定在支撑架上的安装架，安装架内设两组滚动块，一块顶板两端由下向上分别顶在两组滚动块上，在安装架一侧安装有用来检测顶板水平方向推力的摩擦力传感器，在顶板上设有缸套一，在缸套一内由上到下依次设有加压部、正压力传感器和夹持部，夹持部用于固定摩擦片，加压部通过正压力传感器推动夹持部将摩擦片抵靠在摩擦环板上。

还包括冷却组件，所述冷却组件包括封闭环板、设置在摩擦环板内侧的集流环、开设摩擦环板下端面上的多条蛇形槽和开设在摩擦环板内的多组进出水孔；

各组进出水孔与各条蛇形槽相对应，所述进出水孔包括进水孔和出水孔，蛇形槽两端分别连通在进水孔一端和出水孔一端；

沿着集流环圆周方向、在集流环外壁面上开设有多条切槽，切槽与摩擦环板内壁面构成环形空腔，在各环形空腔中包括进水空腔和出水空腔，在集流环内壁面上安装有多个与进水空腔相连通的进水接头和多个与出水空腔相连通的出水接头；

所述进水孔远离蛇形槽一端与进水空腔连通，出水孔远离蛇形槽一端与出水空腔连通，封闭环板密封安装在各蛇形槽上，由各蛇形槽与封闭环板形成一个蛇形通道。

回转支承内圈通过多颗定位螺丝安装支撑底座上，在定位螺丝与回转支承之间压紧有定位垫片，定位垫片一端固定连接在集流环内壁面上。

所述支撑底座包括安装板和底板，安装板和底板之间通过多根支撑板连接，在安装板内固定芯筒，支撑架、减速机和回转支承均安装在安装板上，芯筒上端凸出于安装板。

所述安装架包括两个定位座，所述定位座包括底架，底架上固定有横板，横板一端凸出于底架，在横板上固定有一块立板，立板与横板之间通过多条筋板连接固定，两个定位座中的两块立板通过多根拉杆可拆卸式连接，两个底架一侧通过一块顶架可拆卸式连接，顶板安置在两块底架之间，两组滚动块分别设置在顶板的两端，由顶板由下向上将两组滚动块顶压在两块横板凸出于底架的一端，所述摩擦力传感器设在顶架与顶板之间。

在各底架背向于顶架一侧面上设有一片挡片，挡片上开设有两条腰形孔，两颗螺钉穿两腰形孔与底架连接，挡片一端可沿着腰形孔滑动至两底架之间的间隙中。

所述加压部包括固定安装缸套一上端的端盖，在端盖中部螺纹连接有加载螺栓，加载螺栓下端可转动的连接在一个连接块内，正压力传感器通过多颗螺丝连接在连接块下端。

所述夹持部包括阶梯轴和通过螺丝连接在缸套一下端的缸套二，缸套二内设有活塞，活塞下端位于缸套二外，在活塞下端开设有用于容纳摩擦片的凹槽，在活塞上端开设有盲孔，在盲孔内设有碟簧组件，阶梯轴较细一端插入在碟簧组件内，阶梯轴较粗一端压在碟簧组件上，正压力传感器压在阶梯轴上。

本实用新型的有益效果为：

1、多个加载装置可以将多片摩擦片同时压紧在摩擦环板上进行摩擦试验，允许同时试验的各个摩擦片规格与正压力不同，与现有直线往复式摩擦试验机相比，大幅度提高了试验能力和效率；

2、根据回转试验机的使用特点，设计了一种整体浮动式结构的摩擦单元，根据水平方向的力平衡原理，利用竖直方向上支撑力的不均等自动平衡摩擦力带来的额外转矩，巧妙地从复杂的力系中提取出了摩擦力。

3、同时采用多个减速机驱动外齿式回转支承旋转，分摊了变频器调节电机的输出扭矩，使小齿轮和小齿轮轴所承担的载荷大幅减小，降低了对其强度的要求。

4、冷却组件能够对摩擦环板进行降温，保证设备的有效稳定运行，此外为摩擦环板降温是采用进水空腔同时向各个蛇形通道中灌水，扩大了与水的接触面积，保证了灌水的有效性和提高了冷却效果。

5、芯筒简化了支撑底座结构，进水软管和出水软管可以由芯筒插入到进水接头和出水接头上，优化的底座结构，方便对其进组装。

6、本专利利用有限元仿真的方法设计了两侧定位座的刚度，使得试验时两定位座变形量保持基本一致，避免加载装置两端因变形不一致而引起摩擦片偏载。

7、本专利利用拉杆将两定位座进行连接，以将两定位座组合成一个整体，在加压部顶动摩擦片时，能够避免两定位座因悬臂支撑而过度变形。

8、使用碟簧组件来保持正压力载荷，当摩擦片磨损时，碟簧组件可补偿磨损量确保试验时的正压力始终在规定范围内。

9、进行了误差分析，识别并分析了原理性误差和结构件尺寸和刚度引起的误差，分配了结构件的变形量指标和尺寸精度，该试验机的误差幅度约为2.5%，测量精度较现有直线往复式摩擦试验机大幅提高。

10、信号采集及处理系统能实时同步采集各个传感器的信号，保证试验结果的准确性，经分析和处理后，能以规定的形式输出试验数据。

11、试验机电气控制系统具备调节并维持摩擦线速度的功能，同时能够监测试验运行状态，如果有任何一个电机出现故障，能够立即关闭整机电源，避免试验机损坏。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

图1为本实用新型的立体结构示意图，

图2为本实用新型的主视图，

图3为本实用新型的俯视图，

图4为本实用新型关于加载装置的立体结构示意图，

图5为本实用新型关于加载装置的主视结构示意图，

图6为本实用新型关于加载装置的剖视结构示意图，

图7为本实用新型的剖面结构示意图，

图8为图7中B处的局部放大结构示意图，

图9为图3中A-A处的剖面结构示意图，

图10为本实用新型关于冷却组件的局部剖面结构示意图，

图11为本实用新型的俯视结构示意图，图中将封闭环板进行了隐藏，

图12为本实用新型关于加载装置测量原理示意图。

图中：支撑底座1、支撑架2、加载装置3、摩擦环板4、减速机5、滚柱滚动块7、摩擦片8、冷却组件9、外齿式回转支承10、安装板11、底板12、支撑板13、芯筒14、底架31、横板32、立板33、拉杆34、顶板35、挡片37、缸套一38、腰形孔39、摩擦力传感器61、加压部62、正压力传感器63、夹持部64、集流环91、切槽911、蛇形槽913、定位垫片914、密封圈915、封闭环板916、进水接头921、出水接头922、进水孔931、出水孔932、加载螺栓621、端盖622、并紧螺母623、连接块624、缸套二641、活塞642、阶梯轴643、碟簧组件644。

具体实施方式

如图1到11所示，回转摩擦试验机，包括支撑底座1、外齿式回转支承10、摩擦环板4、支撑架2、多个加载装置3和减速机5，回转支承10内圈固定在支撑底座1上，各减速机5连接在支撑底座1上，各减速机5均与回转支承10外齿相啮合，摩擦环板4安装在回转支承10外圈上，支撑架2安装在支撑底座1，各加载装置3安装在支撑架2上，各加载装置3绕着摩擦环板4轴线均匀分布；

如图4和5所示，所述加载装置3包括固定在支撑架2上的安装架，安装架内设两组滚柱滚动块7，一块顶板35两端由下向上分别顶在两组滚动块7上，在安装架一侧安装有用来检测顶板35水平方向推力的摩擦力传感器61，在顶板35上设有缸套一38，在缸套一38内由上到下依次设有加压部62、正压力传感器63和夹持部64，夹持部64用于固定摩擦片8，加压部62通过正压力传感器63推动夹持部64将摩擦片8抵靠在摩擦环板4上。

运转时，由一台变频器控制四台相同减速机5上的电机，各减速机的输出齿轮同步驱动回转支承10外圈旋转，让摩擦环板4抵靠在各摩擦片8上旋转，与之形成相对滑动。在摩擦片8轴线方向和摩擦片8所处位置的切向分别使用一个压力传感器同时测量摩擦片8所受到的正压力和摩擦力，最后得出摩擦片8的摩擦系数。外齿式回转支承10的输出转速可通过变频器调节电机的工作频率来控制，需要时可调整不同的摩擦线速度。

在测量摩擦力时，滚柱滚动块7的摩擦系数在0.002左右，安装架和顶板35施加在滚珠滚动块7上的摩擦力可以忽略，当摩擦环板4通过摩擦片8拖动顶板35压向摩擦力传感器61时，摩擦力传感器61检测到压力就为摩擦片8的摩擦力。

如图10和11所示，还包括冷却组件9，所述冷却组件9包括封闭环板916、设置在摩擦环板4内侧的集流环91、开设摩擦环板4下端面上的多条蛇形槽913和开设在摩擦环板4内的多组进出水孔；

各组进出水孔与各条蛇形槽913相对应，所述进出水孔包括进水孔931和出水孔932，蛇形槽913两端分别连通在进水孔931一端和出水孔932一端；

沿着集流环91圆周方向、在集流环91外壁面上开设有五条切槽911，切槽911与摩擦环板4内壁面构成环形空腔，在五个环形空腔中包括由上到下第二个环形空腔为进水空腔，第四个环形空腔为出水空腔，在其他空腔中安装有密封圈，密封圈用于将进水空腔和出水空腔两端封闭，防止水由集流环91与摩擦环板4之间的空隙流出；在集流环91内壁面上安装有多个与进水空腔相连通的进水接头921和多个与出水空腔相连通的出水接头922；

所述进水孔931远离蛇形槽913一端与进水空腔连通，出水孔932远离蛇形槽913一端与出水空腔连通，封闭环板916密封安装在各蛇形槽913上，由各蛇形槽913与封闭环板916形成一个蛇形通道。

使用时，将进水多根进水软管连接各进水接头921，多根出水软管连接出水接头922，将水灌入到进水空腔中，进水空腔中的水由进水孔931进入到蛇形通道内，流动在蛇形通道中的水将带走摩擦环板4的热量，水随后由出水孔932排入到出水空腔中，最后由出水管软排走，以带走摩擦产生的热量，确保摩擦环板4温度与环境温度的差值不超过试验规定的范围，保证了试验机的稳定运行。为避免冷却水影响其他零部件，设计时考虑了泄漏水引导和回收功能。

回转支承10内圈通过多颗定位螺丝安装支撑底座1上，在定位螺丝与回转支承10之间压紧有定位垫片914，定位垫片914一端固定连接在集流环91内壁面上。

回转支承10内圈通过多颗定位螺丝安装支撑底座1上后，松开与定位垫片914相对应的定位螺丝，而后在摩擦环板4内圈中涂抹黄油，在将集流环91插入到摩擦环板4内圈中，并将各个定位垫片914上的定位孔与回转支承10上空余出来的螺丝孔相对应，在取来刚松开的定位螺丝将定位垫片914固定到回转支承10上，实现对集流环91的固定，避免摩擦环板4在旋转的过程中集流环91振动。

所述支撑底座1包括安装板11和底板12，安装板11和底板12之间通过多根支撑板13连接，在安装板11内固定芯筒，支撑架2、减速机5和回转支承10均安装在安装板11上，芯筒上端凸出于安装板11。

如图4所示，所述安装架包括两个定位座，所述定位座包括底架31，底架31上固定有横板32，横板32一端凸出于底架31，在横板32上固定有一块立板33，立板33与横板32之间通过多条筋板连接固定，两个定位座中的两块立板33通过多根拉杆34可拆卸式连接，两个底架31一侧通过一块顶架可拆卸式连接，顶板35安置在两块底架31之间，两组滚动块7分别设置在顶板35的两端，由顶板35由下向上将两组滚动块7顶压在两块横板32凸出于底架31的一端，所述摩擦力传感器61设在顶架与顶板35之间。

拉杆34为双头螺杆，拉杆34两端分别插入在两块立板33上，而后通过螺母对拉杆34进行固定，其作用在于：将两个定位座组合成一个整体，顶板35由下向上通过两组滚动块7顶动立板33时，能够保证两块立板33同步受力，避免两定位块因单边受力或受力不均而导致立板33偏斜。

在各底架31背向于顶架一侧面上设有一片挡片37，挡片37上开设有两条水平腰形孔39，两颗螺钉穿两腰形孔39与底架31连接，挡片37一端可沿着腰形孔39滑动至两底架31之间的间隙中。

这种结构可以方便将顶板35从安装架中拆出或者安装，以方便替换摩擦片8和对缸套一38内的各部件进行维修，其拆除过程为，首先松开各挡片37上的螺钉、拉杆34和加压部62，而后将挡片37沿着腰形孔39向安装架两侧滑动，将两底架31之间的间隙打开，这时就可以将顶板35和滚动块7从两底架31之间的空隙抽出，以对摩擦片8进行替换和对缸套一38内的各部件进行维修。

所述加压部62包括固定安装缸套一38上端的端盖622，在端盖622中部螺纹连接有加载螺栓621，加载螺栓621下端可转动的连接在一个连接块624内，正压力传感器63通过多颗螺丝连接在连接块624下端。

可以在加载螺栓621上安装有并紧螺母623，加载时，可以旋转加载螺栓621，对正压力传感器63进行加载，当正压力传感器63检测到加载至预设压力时，停止加载，而后使用并紧螺栓将加载螺栓621予以固定。

所述夹持部64包括阶梯轴643和通过螺丝连接在缸套一38下端的缸套二641，缸套二641内设有活塞642，活塞642下端位于缸套二641外，在活塞642下端开设有用于容纳摩擦片8的凹槽，在活塞642上端开设有盲孔，在盲孔内设有碟簧组件644，阶梯轴643较细一端插入在碟簧组件644内，阶梯轴643较粗一端压在碟簧组件644上，正压力传感器63压在阶梯轴643上。

如图6和12所示，根据回转试验机的使用特点，设计了一种浮动式加载装置，其在竖直方向上所受的正压力由两侧滚柱滚动块7承担，由于额外转矩M=A*Ff的作用，两侧滚柱滚动块7对夹持部64的支撑反力Fn1和Fn2并不相等，如图12中，Fn1大于等于Fn2，两者之差所带来的转矩恰好可以平衡额外转矩M。在水平方向上，滚柱滚动块7在顶板35上的滚动摩擦系数很小（约0.002），因此真实摩擦力Ff近似等于测量摩擦力Ff1。

在图12中：Ff为真实摩擦力，Ff1测量摩擦力，Fn1与Fn2为正压支撑反力，Fn为正压力,A为Ff1与Ff之间的距离。

使用本回转摩擦试验机对多组摩擦片8进行实验的方法包括如下步骤：

在实验前，各正压力传感器63和各摩擦力传感器61均与电脑连接，由电脑记录和显示正压力传感器63和摩擦力传感器61所检测到的数据；冷却组件9被灌入冷却水。

第一步：将各摩擦片8安装到各加载装置3上，并让各摩擦片8贴在摩擦环板4上；

用砂纸打磨所有试验用摩擦片8的摩擦面，以去除加工痕迹，然后将试验用摩擦片8背面和活塞642清理干净（注意记录摩擦片上的序号），再用双面胶将摩擦片8粘接到活塞642内的凹槽内，再将活塞642和摩擦片8一起装配到加载装置3内，另外装配时，应当时尽可能使摩擦片绕摩擦环板4轴线均匀分布。

第二步：开启电脑，运行电脑上的试验显示软件，正压力传感器实时将数据传输给电脑，电脑开始记录试验数据；

第二步：采用扭矩扳手旋转加载螺栓621，扭矩扳手给摩擦片施加115～125kN的正压力，与此同时观测由正压力传感器63传输过来的正压力值，看是否与扭矩扳手上显示的正压力值相同，以此检测正压力传感器63的好坏，而后停止加载，而后并紧螺栓对加载螺栓621予以固定；

第三步：在试验记录本上记录试验开启时的时间和温湿度，先确定冷却水循环是否正常运行，然后按下试验机启动按钮进行摩擦试验。

试验要求：

1）摩擦试验期间，环境温度和刹车板温度差值不得超过2℃；

2）摩擦系数稳定后，测试时间至少持续2小时；

3）摩擦试验期间，每隔20分钟，检查各摩擦片8试验曲线和试验设备有无异常

第四步：试验结束后，关闭试验机，在试验记录本上记录试验结束时的时间、温湿度。取下摩擦片8并清理干净，做好标记后装入零件袋，并在零件袋上和摩擦片8上做相应的标记；

其中摩擦系数μ的计算方法为：μ等于Ff除以Fn；Fn为正压力传感器63所测得的试验正压力；Ff为摩擦力传感器61所测得的试验摩擦力。