一种关节曲面结合面摩擦磨损特性测试装置及测试方法
【技术领域】
[0001]本发明设计关节曲面结合面摩擦磨损特性测试，采用可变加载载荷的结构设计，通过传感器检测其在转动过程中的扭矩信号，得到曲面结合面的摩擦磨损特性，适用于对比研究不同种材料的关节曲面结合面的摩擦磨损特性，属于曲面结合面摩擦磨损测量技术领域。
【背景技术】
[0002]随着工业技术向着更高层次的发展，对机械设备的精度以及可靠性的要求越来越高。同时，对各种新型材料的探索也在不断地进行，结合面广泛存在于各类机械机构中，是机械设备中最为重要的组成部分之一，得到某种新型材料关节曲面结合面的摩擦磨损特性对于探求整个装置的可靠性具有一定的指导意义。
[0003]目前，曲面结合面广泛存在于各种机械结构中，比如机构中的球面铰支副、轴承滚子等等，对于不同种材料制成的曲面结合面，需要得到其摩擦磨损特性，并且通过对比不同材料曲面结合面的摩擦磨损性能优劣，对实际应用中的关节曲面结合面材料选型给出指导意义，但是目前工程应用中并没有针对这类问题的解决方案。传统的曲面结合面一般采用特定的几种已知材料，其摩擦磨损特性的评估往往是根据经验值，没有一个具体的试验设备对其进行量化的测试，导致结合面实际摩擦磨损以及可靠性与预估值不准确，造成设备损失；另外，有些试验台虽然能够简易的测量曲面的摩擦性能，但是设备过于简单，数据不可靠，并且不具有良好的互换性，即同一个试验台不能测试不同材料的关节曲面结合面摩擦磨损特性，导致试验台的成本高，重复利用率低等问题。
[0004]因此，找到一种能够准确的、具有良好互换性的、并且能够实现同一个试验台测试不同种材料的曲面结合面摩擦磨损特性的试验装置是非常有意义的。
【发明内容】
[0005]本装置采用可以互换的待测试件，同一个试验台可以测量不同种材料的关节曲面结合面的摩擦磨损特性，提高了试验台的利用率，试验台可以施加不同大小的载荷，并且可以直观的得到加载力的大小，装置结构简单，便于操作，可靠性强，对于工程实践中关节曲面结合面的摩擦磨损特性具有很好的指导意义。
[0006]—种关节曲面结合面摩擦磨损特性测试装置，该测试装置包括摩擦测试装置与信号采集分析处理系统；所述的摩擦测试装置由加载系统、试验结合面系统、导向支撑系统、信号检测系统、支撑动力系统组成。
[0007]加载系统由加载螺栓A(4)、加载螺栓B(28)、加载螺母A(3)、加载螺母B(6)、加载导轨A (2)、加载导轨B (5)、加载支座(7)、弹簧座B (8)、弹簧座A (12)、加载弹簧(27)、芯轴螺母(34)和加载芯轴(35)组成；加载螺母A(3)与加载螺母B(6)关于加载芯轴(35)中心呈对角线对称布置于加载支座(7)上；加载支座(7)的另一对角线上设有螺纹孔，加载螺栓A (4)和加载螺栓B (28)旋进螺纹孔并对摩擦测试装置进行加载；加载导轨A (2)与加载导轨B (5)关于加载芯轴(35)中心呈对角线对称布置于加载支座(7)上，并在加载支座(7)的对应位置上设有光孔，通过加载螺母A (3)与加载螺母B (6)将其固定于加载支座(7)上；弹簧座A (12)与弹簧座B (8)通过轴孔配合分别将其放置于加载导轨A (2)、加载导轨B (5)上，并能沿加载导轨A(2)、加载导轨B(5)进行滑动；加载芯轴(35)通过芯轴螺母(34)固定于弹簧座A(12)的中心位置处，加载弹簧(27)套在加载芯轴(35)上，并置于弹簧座A(12)与弹簧座B (8)之间；通过旋进加载螺栓A (4)和加载螺栓B (28)压缩加载弹簧(27)，将加载弹簧(27)的加载力传递到弹簧座B (8)，从而实现加载的目的。
[0008]试验结合面系统由导轨支座A (10)、导轨支座B (26)、导轨A (I I)、导轨B (24)、导轨螺母A (9)、导轨螺母B (25)、下桥板(13)、轴(14)、螺钉(32)和待测试件(33)组成；导轨A(Il)通过导轨螺母A(9)连接在导轨支座A(1)上；导轨B(24)通过导轨螺母B(25)连接在导轨支座B(26)上，下桥板(13)通过轴孔配合与导轨A(Il)、导轨B(24)连接，使下桥板
(13)沿导轨A(ll)、导轨B(24)自由滑动；下桥板(13)的中心位置处开有一个弧形球窝，其半径尺寸与待测试件(33)相同；通过加载系统的加载力使待测试件(33)与下桥板(13)中心处的弧形球窝紧密贴合，待测试件(33)通过径向的螺钉(32)与轴(14)进行联接并固定，待测试件(33)是具有良好互换性的零件，可以分别测试不同种材料的待测试件(33)，得到不同工况下的试验数据。
[0009]导向支撑系统由轴承座(15)、轴承A(29)、联轴器D(23)、轴套(30)和轴承B(31)组成；轴承座(15)的一侧设有轴肩，轴承B(31)的外圈顶在轴肩处，轴承B(31)与轴承A(29)相互平行布置，轴承B(31)与轴承A(29)之间的距离与轴套(30)的截面尺寸相等，轴套(30)设置在轴承A (29)和轴承B (31)之间，轴套(30)的长度应至少为轴承A (29)厚度的三倍，使轴承A (29)的内圈与轴承B (31)的内圈分别顶在轴套(30)上；安装时，将轴(14)依次穿过轴承A(29)、轴套(30)、和轴承B(31)，使轴(14)的轴肩顶在轴承A(29)的内圈上，轴(14)与联轴器D (23)通过单键联接。
[0010]信号检测系统包括联轴器C(22)、动态扭矩传感器(16)、传感器垫块(21)和联轴器A(17)组成；联轴器C(22)通过单键与动态扭矩传感器(16)的一侧输出轴联接，联轴器A(17)通过单键与动态扭矩传感器(16)的另一侧输出轴联接，将传感器垫块(21)通过螺栓固定于动态扭矩传感器(16)的下方，通过调节传感器垫块(21)的厚度来实现动态扭矩传感器(16)的输出轴与轴(14)的同心度。
[0011]支撑动力系统由下底板(1)、电机座(18)、联轴器B(20)和电机(19)组成；电机
(19)通过端面法兰与电机座(18)进行配合，并通过螺栓对其二者进行固定，联轴器B (20)通过单键与电机(19)的输出轴进行联接。
[0012]下底板(I)是整个试验系统的支撑骨架，加载系统通过螺栓联接到下底板(I)的左侧，轴承座(15)通过螺栓联接到下底板(I)上，其安装距离应与加载系统和下桥板(13)、轴(14)的距离相当，即恰好能使在空载情况下，轴(14)与下桥板(13)的弧形球窝紧密接触，在轴承座(15)的右侧，传感器垫块(21)通过螺栓联接到下底板(I)上，其安装位置以恰使联轴器C(22)与联轴器D(23)联接为宜，将电机座(18)通过螺栓联接到下底板(I)的最右侧，其安装位置以恰使联轴器A(17)与联轴器B(20)联接为宜，通过调节电机座(18)、传感器垫块(21)、轴承座(15)、导轨支座A(1)、导轨支座B(26)、加载支座(7)的位置，保证电机(19)的输出轴、动态扭矩传感器(16)输出轴、轴(14)与下桥板(13)的弧形球窝置于同一水平线上。
[0013]由于加载弹簧(27)的刚度是已知的，所以加载系统的加载力可以通过测量出弹簧座A(12)和弹簧座B(8)之间加载前后的距离变化值得到具体加载力的大小。
[0014]加载系统在进行加载时，应使加载螺栓A(4)和加载螺栓B(28)同时均匀拧紧，保证弹簧座B (8)在加载导轨A (2)和加载导轨B (5)水平滑移，