材料表面磨损及疲劳实验装置

1.本发明涉及金属材料加工技术领域，尤其是一种材料表面磨损及疲劳实验装置。


背景技术：

2.随着金属材料在冶金、轨道车辆、制造业等方面的广泛应用，特别是应用在轴承、齿轮、轧辊等零件上时，常常需要在高速、重载、高温的运行条件下使用，因此金属材料的表面磨损和接触疲劳实验尤为重要，通过实验可以为这些零件的设计、选材、加工工艺提供重要的实验依据。
3.目前行业中所采用的实验方式主要包括两种，第一种是采用理论计算，创造虚拟模型通过仿真计算以复原两种材料的接触关系以达到计算效果，但实际测量中会存在很多不确定的因素，往往理论计算与实际测量之间会存在很大的差异；第二种是通过对金属材料在实际应用中的磨损程度进行测量，但这种方式受到环境、气候、工况等外部条件的干预，所得测量结果往往也会存在很大误差。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：提供一种可准确对不同材质进行同步测试的材料表面磨损及疲劳实验装置。
5.为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：材料表面磨损及疲劳实验装置，包括底座、动力装置、升降机构、平移机构、测试工件盘安装架和测试材质盘安装架；所述动力装置固定在底座上，测试工件盘安装架和测试材质盘安装架都与动力装置传动连接，测试工件盘安装架和测试材质盘安装架可在动力装置的驱动下轴向转动；测试工件盘安装架连接在升降机构上并可在升降机构的带动下竖直升降，测试材质盘安装架连接在平移机构上并可在平移机构的带动下水平移动，测试工件盘安装架和测试材质盘安装架位于同一竖直线上测试工件盘安装架上可拆卸安装测试工件盘，测试材质盘安装架上可拆卸安装测试材质盘，所述测试材质盘的圆周上设有至少一种测试材质；测试工件盘安装架上还设有感应加热器。
6.进一步的是：所述动力装置包括减速电机和传动齿轮分配箱，传动齿轮分配箱内设有齿轮传动机构，减速电机的输出端与齿轮传动机构传动连接；所述测试工件盘安装架通过万向接轴与传动齿轮分配箱内的齿轮传动机构传动连接，所述测试材质盘安装架与传动齿轮分配箱内的齿轮传动机构传动连接。
7.进一步的是：所述测试工件盘安装架通过第一传动轴与万向接轴连接，所述测试材质盘安装架通过第二传动轴与传动齿轮分配箱传动连接内的齿轮传动机构。
8.进一步的是：还包括机架，所述机架固定在底座上，机架上设有可供第一传动轴和第二传动轴穿过的通孔。
9.进一步的是：所述机架上设有至少一个活动轴承和至少一个固定轴承，活动轴承可升降设置在机架上，固定轴承固定在机架上；第一传动轴与活动轴承过渡配合，第二传动
轴与固定轴承过渡配合。
10.进一步的是：所述升降机构包括液压缸，液压缸固定在机架上，液压缸的输出轴竖直设置在测试工件盘安装架下方并可对测试工件盘安装架进行顶升。
11.进一步的是：还包括压力传感器和缓冲弹簧，所述压力传感器设置在液压缸下方，缓冲弹簧套设在液压缸的输出轴上。
12.进一步的是：所述平移机构包括锁紧液压缸和滑动支座，所述滑动支座可滑动设置在底座上，测试材质盘安装架未与动力装置相连的一端与滑动支座可转动连接，锁紧液压缸水平设置，锁紧液压缸的输出端与滑动支座连接。
13.进一步的是：所述底座上固定有滑轨，滑动支座的底部与滑轨滑动配合。
14.进一步的是：还包括配重块，所述配重块通过滑轮组连接在测试工件盘安装架下方。
15.本发明的有益效果是：本发明可通过升降机构、动力装置和感应加热器来模拟生产现场的环境，能够在不同温度、压力、润滑条件下进行对金属材料变形过程中磨损、疲劳、变形力和摩擦条件改变的测试；本发明通过在测试材质盘上设置不同的测试材质来实现多种材质的同时和同步测试，在测试的过程中通过感应加热器保证恒温环境，通过动力装置为测试提供恒定的动力，使测试工件盘和测试材质盘能够以稳定的速差进行转动；本发明结构简单、零部件拆装方便，便于进行更换调整，能够有效提高测试的效率和准确度。
附图说明
16.图1为本发明的示意图；
17.图2为本发明工作状态的示意图；
18.图3为本发明工作状态的侧视图；
19.图4为测试工件盘的示意图；
20.图5为测试材质盘的示意图；
21.图中标记为：100
‑
底座、200
‑
动力装置、210
‑
减速电机、220
‑
传动齿轮分配箱、300
‑
升降机构、310
‑
液压缸、320
‑
压力传感器、330
‑
缓冲弹簧、400
‑
平移机构、410
‑
锁紧液压缸、420
‑
滑动支座、500
‑
测试工件盘安装架、510
‑
万向接轴、520
‑
第一传动轴、530
‑
测试工件盘、600
‑
测试材质盘安装架、610
‑
第二传动轴、620
‑
感应加热器、630
‑
测试材质盘、700
‑
机架、710
‑
活动轴承、720
‑
固定轴承、800
‑
配重块、900
‑
滑轮组。
具体实施方式
22.为了便于理解本发明，下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
23.如图1和图2所示，本发明中所公开的材料表面磨损及疲劳实验装置包括底座100、动力装置200、升降机构300、平移机构400、测试工件盘安装架500和测试材质盘安装架600，其中，动力装置200、升降装置300、平移机构400、测试工件盘安装架500和测试材质盘安装架600都安装在底座100上，测试工件盘安装架500用于安装测试工件盘530，测试材质盘安装架600用于安装测试材质盘630，如图4和图5所示，安装测试工件盘530和测试材质盘630都采用圆盘结构；测试工件盘安装架500和测试材质盘安装架600都与动力装置200传动连接，测试工件盘安装架500和测试材质盘安装架600可在动力装置200的驱动下轴向转动，动
力装置200为测试工件盘安装架500和测试材质盘安装架600提供转动的动力，通过动力装置200可使安装在测试工件盘安装架500上的测试工件盘530和安装在测试材质盘安装架600上的测试材质盘630以相同或不同的转速进行相对同步转动；测试工件盘安装架500连接在升降机构300上并可在升降机构300的带动下竖直升降，测试材质盘安装架600连接在平移机构400上并可在平移机构400的带动下水平移动，测试工件盘安装架500和测试材质盘安装架600位于同一竖直线上，升降机构300用于调整测试工件盘安装架500在竖直方向上的高度，平移机构400用于调整测试材质盘安装架600在水平方向上的距离，如图3所示可对测试工件盘530和测试材质盘630中间的相对位置进行调整，使测试工件盘530和测试材质盘630能够对准并接触。
24.本发明可以模拟生产现场的环境，具体表现在通过设置在测试工件盘安装架500上的感应加热器620对测试工件盘630进行加热，使测试工件盘630在测试过程中保持恒定的温度；通过动力装置200为测试工件盘530和测试材质盘630提供恒定的速差，使测试工件盘530和测试材质盘630同步转动；测试工件盘530和测试材质盘630在转动的同时二者接触发生摩擦，通过在测试材质盘630上设置不同的测试材质来对不同的测试材质进行同步测试，如图5所示，本发明在测试材质盘630上设置了四种不同的测试材质，四种不同的测试材质环绕测试材质盘630的圆周均匀排布。
25.如图1和图2所示，本发明中所采用的动力装置200由减速电机210和传动齿轮分配箱220组成，传动齿轮分配箱220内设有齿轮传动机构，减速电机210的输出端与齿轮传动机构传动连接；由于测试工件盘安装架500会在升降机构300的带动下竖直升降，因此采用万向转轴510将测试工件盘安装架500与传动齿轮分配箱220内的齿轮传动机构进行连接，同时利用第一传动轴520与万向接轴510连接，实现测试工件盘安装架500与齿轮传动机构的传动连接；测试材质盘安装架600通过第二传动轴610与传动齿轮分配箱220内的齿轮传动机构传动连接。
26.本发明在底座100上设置了机架700来进行各个部件的固定和支撑，机架700上设有可供第一传动轴520和第二传动轴610穿过的通孔，通孔的孔径要大于第一传动轴520和第二传动轴610的外径，以保证第一传动轴520和第二传动轴610能够稳定转动。另外，在机架700上还设有活动轴承710和固定轴承720，通过在机架700上设置限位槽来使活动轴承710可以顺着限位槽在机架700上升降，固定轴承720则固定在机架700上；第一传动轴520与活动轴承710过渡配合，第二传动轴610与固定轴承720过渡配合，活动轴承710和固定轴承720的数量根据实际需要进行设定，本发明中为了保证对第一传动轴520和第二传动轴610的稳定支撑效果，活动轴承710和固定轴承720都采用了两个。
27.如图1和图2所示，本发明中所采用的升降机构300包括液压缸310，液压缸310固定在机架700上，液压缸310的输出轴竖直设置在测试工件盘安装架500下方并可对测试工件盘安装架500进行顶升，利用液压缸310来带动测试工件盘安装架500在竖直方向上进行升降。本发明可以使测试工件盘530和测试材质盘630在不同的压力环境下进行测试，利用配重块800来使测试工件盘530和测试材质盘630之间产生压力，配重块800通过滑轮组900连接在测试工件盘安装架500下方，通过增减配重块800的质量来改变测试工件盘530和测试材质盘630之间的压力。另外，在液压缸310的下方设置有压力传感器320，通过压力传感器320可对测试工件盘530和测试材质盘630之间的压力进行实时监控，便于对测试条件进行
记录；在液压缸310的输出轴上套设有缓冲弹簧330，利用缓冲弹簧330对测试工件盘安装架500进行支撑缓冲。
28.如图1和图2所示，本发明中所采用的平移机构400由锁紧液压缸410和滑动支座420组成，在底座100上固定由滑轨，滑动支座420的底部与滑轨滑动配合，使滑动支座420可以在底座100上顺着滑轨平移，测试材质盘安装架600未与动力装置200相连的一端与滑动支座420可转动连接，通过滑动支座420的移动来带动测试材质盘安装架600在水平方向上平移，从而对测试工件盘530和测试材质盘630之间的水平间距进行调节；锁紧液压缸410水平设置并固定在机架700上，锁紧液压缸410的输出端与滑动支座420连接，通过锁紧液压缸410为滑动支座420的平移提供动力，同时也可以通过锁紧液压缸410对滑动支座420进行锁紧，在滑动支座420移动到位后使其保持稳定。
29.在采用本发明所公开的材料表面磨损及疲劳实验装置进行测试实验时，以下步骤进行测试工作：
30.1、完成测试工件盘530和测试材质盘630的场外制作，在测试材质盘630上设置一种测试材质或多种不同的测试材质；
31.2、对材料表面磨损及疲劳实验装置进行调节，利用升降机构300中的液压缸310将测试工件盘安装架500顶升到设定位置，利用平移机构400中的锁紧液压缸410将滑动支座420推移至设定位置，然后将测试工件盘530安装在测试工件盘安装架500上，将测试材质盘630安装在测试材质盘安装架600上，利用锁紧液压缸410将滑动支座420推移回位并锁紧；
32.3、根据测试接触面的压力要求，配合压力传感器320上的监测数据将配重块800调整至设定的重量；
33.4、启动动力装置200中的减速电机210，使测试工件盘530和测试材质盘630按照设定的速度进行转动；
34.5、启动感应加热器620对测试工件盘530进行加热，当测试工件盘530的温度达到设定数值时，调节液压缸310使其失压，此时测试工件盘530和测试材质盘630在恒定的压力、温度和速差条件下转动，当运行时间或转数达到要求时，重新启动液压缸310使其对测试工件盘安装架500进行顶升，使测试工件盘530和测试材质盘630分离，然后关闭感应加热器620和减速电机210；
35.6、待测试工件盘530自然冷却至室温时，将测试工件盘530和测试材质盘630拆卸下，对测试材质盘630上测试材质的变形数据进行检测。