往复式双工位摩擦磨损试验机的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种往复式双工位摩擦磨损试验机，包括试验机底座、驱动系统、加载系统、摩擦力测量系统和磨损量测量系统，所述驱动系统固定在底座，由调速电机驱动主动齿轮运转，主动齿轮带动从动齿轮工作，从而由曲柄滑块机构实现运动板的直线往复运动来进行工作；试验机采用对称机构的思想，由两个转向相反的从动齿轮带动运动板做相反方向的直线往复运动，每块运动板运动时所产生的惯性力恰好可以相互抵消。本发明可模拟测试自润滑关节轴承衬垫在不同工作环境中的磨损情况以及磨损性能，具有很好的工作连贯性且可以提供很宽泛的工况条件选择。
【专利说明】
往复式双工位摩擦磨损试验机
技术领域
[0001 ] 本发明涉及一种往复式双工位摩擦磨损试验机。
【背景技术】
[0002]大多数的机械设备相对运动部件之间都存在有摩擦现象，而大部分的摩擦对机械的运转都是不利的。摩擦现象会造成能量的过多损耗和机械设备的失效，除了造成直接的经济损失之外，还很容易造成其他危害。因此，开展摩擦学的相关的实验及研究在减少能源损耗、提高生产效率、保护环境、减少设备损坏和安全事故的发生方面具有十分重要的意义。机械设备中零部件的摩擦磨损性能是由材料、工作状态、接触方式和环境条件等因素决定的，为了对摩擦磨损现象及其本质进行研究和对耐磨、减磨及摩擦材料进行测定，并正确地评价各种因素对摩擦磨损性能的影响，通常需要借助摩擦磨损试验机。往复式摩擦磨损试验机是用于摩擦材料产品质量控制、新型材料开发的主要试验设备。
[0003]自润滑关节轴承是在关节轴承外圈内表面粘贴衬垫形式的自润滑材料制成的。因自润滑材料起到减磨润滑效果，所以在自润滑关节轴承技术中占有重要的地位，自润滑材料的性能直接影响了自润滑关节轴承的工作性能和工作寿命。自润滑衬垫材料的磨损是自润滑关节轴承失效的主要形式，磨损使内外圈间隙增大，衬垫失去正常润滑能力;有时因高速摩擦，衬垫材料高温粘结在金属表面，造成轴承卡死现象。在许多场合，如飞机起落架系统、火车机车的刹车系统，这种失效常导致灾难性的后果，所以对自润滑关节轴承衬垫材料的摩擦磨损性能进行研究有着重要意义。
[0004]试验机用于不同衬垫材料在不同条件下的往复式摩擦磨损实验，主要针对不同滑动速度、不同载荷条件下自润滑衬垫材料的摩擦学性能进行试验研究，并且可以进行不同的衬垫材料在相同条件下的对比试验，通过测量实验中产生的摩擦力、摩擦系数和试件的磨损量及其相互关系，来研究衬垫材料的摩擦磨损性能，可为研究零部件的摩擦磨损性能提供客观真实的评定参数，通过基础性试验，研究自润滑衬垫材料的摩擦磨损机理，以利于自润滑关节轴承的设计，并采用对置机构，最大程度的减小机构运动时所产生的惯性力，做到振动最小化。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了弥补目前往复式摩擦磨损试验机不能同时对多个衬垫进行试验的不足，双工位结构设计做到了不同衬垫材料在相同工况下同时进行的对比摩擦磨损试验，实现了变量最小化;此外采用对置式往复运动结构，解决了目前试验机在工作中运动机构高频试验时存在很大的惯性力而产生振动过大的问题，因此设计了一种往复式双工位摩擦磨损试验机，实现降低机构振动以及双工位对比试验的目的。
[0006]为了达到上述目的，本发明的构思是:
运动机构采用齿轮传动，由调速电机带动主动齿轮，主动齿轮带动其左右两侧的从动齿轮。左右两侧从动齿轮在距齿轮中心孔相同距离处打有螺纹孔，两个齿轮以调速电机轴线为中心对称放置，转向相反，螺纹孔通过链接件及轴承配合连接连杆，连杆另一端通过另外一个连接件与轴承配合连接运动板，整体成为曲柄滑块机构，从而将齿轮的旋转转化成运动板的直线往复运动，且两块运动板在任何位置均为相反方向运动，以此来抵消掉相互之间的惯性力。通过加载系统对运动板上的衬垫材料施加作用力，用力传感器和电涡流位移传感器分别测量衬垫材料的摩擦系数及磨损量。通过控制不同的时间，载荷，以及运动板的往复运行速度来模拟不同工况下自润滑关节轴承衬垫的工作情况。
[0007]根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案:
一种往复式双工位摩擦磨损试验机，包括机座、驱动系统、加载系统和测控系统，所述驱动系统固定在机座上，带动整个试验台运转;所述加载系统采用一端加载，一端调节平衡，中间是由轴和轴承支撑固定并能够摇摆的结构，并安装在机座上，在保证其浮动端未加载的时候，通过调节另一端的配重，实现摆臂在任意位置的平衡;所述测控系统由力传感器和电涡流位移传感器组成，力传感器组成在摆臂结构中，用来测量衬垫材料的摩擦系数，电涡流位移传感器放置在摆臂的上方，用来测量衬垫材料的磨损量。
[0008]所述驱动系统包括定位板，导轨支撑板，运动板，滑块，导轨，从动齿轮，主动齿轮，调速电机，从动齿轮传动轴，平键，轴承座，轴承座端盖，轴承座轴承，齿轮连接轴，连杆内端轴承，连杆外端轴承，连杆，连杆连接轴，运动板连接块;所述调速电机通过螺纹链接固定在机座上，所述主动齿轮安装在调速电机的电机轴上，通过平键连接对其轴向进行定位;所述从动齿轮传动轴为一阶梯轴，两端分别安装有两个深沟球轴承，并一起安装在轴承座内，轴承座一端连接轴承座端盖，限制其中一个轴承的自由度，另一端以螺纹连接的方式连接机座，并限制另一个轴承的自由度，两个从动齿轮分别安装在两个从动齿轮传动轴上，通过平键链接对其轴向进行定位，两个从动齿轮同时与主动齿轮啮合，并将两个打有螺纹孔的从动齿轮以电机主轴线为中心，呈中心对称方式安装;将齿轮连接轴有螺纹线的一端旋进从动齿轮的螺纹孔内，另一端配合连杆内端轴承内圈，连杆两端分别配合安装内外两个轴承的外圈，连杆外端轴承的内圈与连杆连接轴配合，运动板连接块配合连杆连接轴并固定在运动板的外侧;这些零件整体组成类似曲柄滑块机构，将调速电机的转动转化为运动板的直线往复运动；导轨支撑板与定位板组成的支撑架安装在机座上，两条导轨安装在导轨支撑板上，滑块配合安装在导轨上，运动板固定在滑块上；试验所用衬垫材料固定在衬垫板上，与加载杆上所装的钢球进行对摩，并通过夹具固定住衬垫板。
[0009]所述加载系统包括摆动支撑下部分，底座轴承，摆动支撑转轴，摆动支撑上部分，配重，配重杆，传感器与平衡装置连接块，传感器与加载杆连接块，加载砝码，夹紧环，加载杆，加载头，钢球;所述摆动支撑设计成剖分式结构，由上下两部分组成，摆动支撑两边由上下两部分压紧底座轴承外圈，摆动支撑转轴为阶梯轴;轴两端分别与底座轴承内圈配合，传感器与平衡装置连接块固定在摆动支撑转轴上，并且能够绕轴转动；力传感器两端分别连接着传感器与平衡装置连接块和传感器与加载杆连接块，加载杆通过螺栓固定在传感器与加载杆连接块上，加载杆上安装有加载砝码和夹紧环，通过加载砝码来控制加载重量，所述加载头旋在加载杆下端，内有钢球，与衬垫进行往复式摩擦;配重杆一端装在传感器与平衡装置连接块上，另一端装有配重，用来调节机构未加载情况下的平衡。
[0010]所述测控系统包括力传感器，电涡流位移传感器，计算机;所述力传感器一端连接传感器与平衡装置连接块，另一端连接传感器与加载杆连接块，通过衬垫材料与钢球的对摩，使力传感器收到水平方向的力信号，从而测得摩擦系数;所述电涡流位移传感器置于摆臂上表面，通过测量摆臂下降距离变化来计算衬垫摩擦量。
[0011]本试验机试验电机转速范围为O?8Hz;试验载荷范围为O?10Kg。
[0012]本发明与现有试验设备相比，具有如下突出实质性特点和显著的优点:
本发明可实现试验机的高频工作，可以扩大速度模拟范围，同时采对置机构，使左右两工位在任意位置均向相反方向运动，以此实现机构运动时可以达到动平衡状态，整个机构的惯性为零。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的结构示意图。
[0014]图2为本发明中驱动系统的结构示意图。
[0015]图3为本发明中轴承座部分及部分驱动系统剖视图。
[0016]图4为本发明中加载系统及测控系统的结构示意图。
[0017]其中:1-机座;2-摆动支撑下部分;3-底座轴承(型号:61804); 4_摆动支撑转轴;5_摆动支撑上部分;6-配重;7-配重杆;8-传感器与平衡装置连接块;9-力传感器；10-传感器与加载杆连接块;11-加载砝码；12-夹紧环；13加载杆;14-加载头；15-钢球;16-衬垫板;17-夹具；18定位板；19-导轨支撑板;20-运动板；21-滑块;22-导轨；23-从动齿轮；24-主动齿轮;25-调速电机；26-从动齿轮传动轴；27-平键(型号:GB1096) ; 28-轴承座；29-轴承座端盖;30-轴承座轴承(型号:6201) ; 31-齿轮连接轴;32-连杆内端轴承(型号:698) ; 33-连杆外端轴承(型号:6001) ; 34-连杆;35-连杆连接轴;36-运动板连接块;37-电涡流位移传感器。
【具体实施方式】
[0018]本发明的优选实施例结合附图详述如下:
参见图1，一种往复式双工位摩擦磨损试验机，包括机座1、驱动系统、加载系统和测控系统，所述驱动系统固定在机座I上，带动整个试验台运转;所述加载系统采用一端加载，一端调节平衡，中间是由轴和轴承支撑固定并能够摇摆的结构，并安装在机座I上，在保证其浮动端未加载的时候，通过调节另一端的配重6，实现摆臂在任意位置的平衡;所述测控系统由力传感器9和电涡流位移传感器37组成，力传感器9组成在摆臂结构中，用来测量衬垫材料的摩擦系数，电涡流位移传感器37放置在摆臂的上方，用来测量衬垫材料的磨损量。
[0019]如图2和3所示，所述驱动系统包括定位板18，导轨支撑板19，运动板20，滑块21，导轨22，从动齿轮23，主动齿轮24，调速电机25，从动齿轮传动轴26，平键27，轴承座28，轴承座端盖29，轴承座轴承30，齿轮连接轴31，连杆内端轴承32，连杆外端轴承33，连杆34，连杆连接轴35，运动板连接块36;调速电机25安装在机座I下部，机座I底部开孔，调速电机25的转轴从机座开孔处伸出，主动齿轮24安装在调速电机25转轴上，通过平键27来固定主动齿轮24的周向转动，从动齿轮传动轴26为一根阶梯轴，阶梯两端各装有一个轴承，整体装在轴承座28内，轴承座28—端由轴承座端盖29限制其中一个轴承的轴向移动，另一端固定在机座I下方，限制另一个轴承的轴向移动，从动齿轮传动轴26从机座I开孔处伸出，与从动齿轮23配合，两从动齿轮23安装分布于主动齿轮24两侧，并与主动齿轮24啮合，但要注意安装两从动齿轮23时，齿轮轮盘上的螺纹孔处要以电机轴线为中心对称形式安装，可在任意位置时呈中心对称，以此达到两个从动齿轮23作为动力输出所驱动的运动板20在工作时可以做到相反方向运动，以此来抵消掉两块运动板20运动时分别产生的惯性力，齿轮连接轴31—端以螺纹连接方式旋在从动齿轮23上，另一端与连杆内端轴承32的内圈配合，连杆34—端与连杆内端轴承32的外圈配合，另一端与连杆外端轴承33的外圈配合配合，连杆连接轴35的一端连接连杆外端轴承33的内圈，另一端穿过运动板连接块36，并由螺母固定其轴向移动，运动板连接块36由螺栓固定在运动板20的一侧，带动运动板20做直线往复运动，运动板20固定在滑块21上，滑块21配合安装在导轨22上，导轨22固定在导轨支撑板19上，以此留给下部驱动系统以足够空间，导轨支撑板19由定位板18来实现定位，保证两块导轨支撑板19的平行，以此来保证导轨22的平行。
[0020]如图4所示，所述加载系统与测控系统包括:摆动支撑下部分2，底座轴承3，摆动支撑转轴4，摆动支撑上部分5，配重6，配重杆7，传感器与平衡装置连接块8，力传感器9，传感器与加载杆连接块10，加载砝码11，夹紧环12，加载杆13，加载头14，钢球15，电涡流位移传感器37;摆动支撑转轴4为一阶梯轴，串在传感器与平衡装置连接块8的孔中，两端装有底座轴承3，两个底座轴承3卡在在摆动支撑下部分2与摆动支撑上部分5之间并夹紧，整体可以绕轴转动，力传感器9两端分别连接传感器与平衡装置连接块8和传感器与加载杆连接块10，加载杆13从传感器与加载杆连接块10中串出，下端与加载头14配合，加载杆3与加载头14中间装有钢球15，用于与衬垫材料对摩，加载砝码11串在加载杆13上，并在其顶端用夹紧环12来固定其轴向移动，配重杆7穿过传感器与平衡装置连接块8，一端用螺栓拧紧固定，另一端装有配重6，用来调节摆臂整体在系统不加载状态下的平衡位置，电涡流位移传感器37放在整个悬臂上表面小于Imm处，用于测量试验衬垫材料的磨损量。
[0021]本发明的工作原理如下:
机构在不加载时，通过调节配重6的位置，使整个摆臂可在任意位置达到平衡状态，以此来保证机构在不加载时沿加载杆方向向下对衬垫材料不施加作用力;将衬垫板16用夹具17夹紧安放在放在运动板20的上表面，衬垫材料均匀贴在衬垫板上，并将衬垫材料与加载头内钢球接触，然后在加载杆上装上砝码对衬垫材料加压;打开调速电机开关，将电机调至设定转转速值，电机轴带动主动齿轮旋转，主动齿轮从而带动两侧从动齿轮反向旋转，两侧从动齿轮通过连杆将自身的转动转变为运动板的往复直线运动，从而使运动板上的衬垫材料与钢球进行对摩，摩擦过程中使得力传感器受到水平方向的力，从而测得衬垫材料的摩擦系数，电涡流位移传感器通过测量摆臂的下降距离，换算测得衬垫材料的磨损量。
【主权项】
1.一种往复式双工位摩擦磨损试验机，其特征在于，包括机座(I)、驱动系统、加载系统和测控系统，所述驱动系统固定在机座(I)上，带动整个试验台运转;所述加载系统采用一端加载，一端调节平衡，中间是由轴和轴承支撑固定并能够摇摆的结构，并安装在机座(I)上，在保证其浮动端未加载的时候，通过调节另一端的配重(6)，实现摆臂在任意位置的平衡;所述测控系统由力传感器(9)和电涡流位移传感器(37)组成，力传感器(9)组成在摆臂结构中，用来测量衬垫材料的摩擦系数，电涡流位移传感器(37)放置在摆臂的上方，用来测量衬垫材料的磨损量。2.根据权利要求1所述的往复式双工位摩擦磨损试验机，其特征在于，所述驱动系统包括定位板(18)，导轨支撑板(19)，运动板(20)，滑块(21)，导轨(22)，从动齿轮(23)，主动齿轮(24)，调速电机(25)，从动齿轮传动轴(26)，平键(27)，轴承座(28)，轴承座端盖(29)，轴承座轴承(30)，齿轮连接轴(31)，连杆内端轴承(32)，连杆外端轴承(33)，连杆(34)，连杆连接轴(35)，运动板连接块(36);所述调速电机(25)通过螺纹链接固定在机座(I)上，所述主动齿轮(24)安装在调速电机(25)的电机轴上，通过平键(27)连接对其轴向进行定位;所述从动齿轮传动轴(26)为一阶梯轴，两端分别安装有两个深沟球轴承，并一起安装在轴承座(28)内，轴承座(28)—端连接轴承座端盖(29)，限制其中一个轴承的自由度，另一端以螺纹连接的方式连接机座(I)，并限制另一个轴承的自由度，两个从动齿轮(23)分别安装在两个从动齿轮传动轴(26)上，通过平键(27)链接对其轴向进行定位，两个从动齿轮(23)同时与主动齿轮(24)啮合，并将两个打有螺纹孔的从动齿轮(23)以电机主轴线为中心，呈中心对称方式安装;将齿轮连接轴(31)有螺纹线的一端旋进从动齿轮(23)的螺纹孔内，另一端配合连杆内端轴承(32)内圈，连杆(34)两端分别配合安装内外两个轴承的外圈，连杆外端轴承(33)的内圈与连杆连接轴(35)配合，运动板连接块(36)配合连杆连接轴(35)并固定在运动板(20)的外侧;这些零件整体组成类似曲柄滑块机构，将调速电机(25)的转动转化为运动板(20)的直线往复运动;导轨支撑板(19)与定位板(18)组成的支撑架安装在机座(I)上，两条导轨(22)安装在导轨支撑板(19)上，滑块(21)配合安装在导轨(22)上，运动板(20)固定在滑块(21)上；试验所用衬垫材料固定在衬垫板(16)上，与加载杆(13)上所装的钢球(15)进行对摩，并通过夹具(17)固定住衬垫板(16)。3.根据权利要求1所述的往复式双工位摩擦磨损试验机，其特征在于，所述加载系统包括摆动支撑下部分(2)，底座轴承(3)，摆动支撑转轴(4)，摆动支撑上部分(5)，配重(6)，配重杆(7)，传感器与平衡装置连接块(8)，传感器与加载杆连接块(10)，加载砝码(11)，夹紧环(12)，加载杆(13)，加载头(14)，钢球(15);所述摆动支撑设计成剖分式结构，由上下两部分组成，摆动支撑两边由上下两部分压紧底座轴承(3)外圈，摆动支撑转轴(4)为阶梯轴，轴两端分别与底座轴承(3)内圈配合，传感器与平衡装置连接块(8)固定在摆动支撑转轴(4)上，并且能够绕轴转动；力传感器(9)两端分别连接着传感器与平衡装置连接块(8)和传感器与加载杆连接块(10)，加载杆(13)通过螺栓固定在传感器与加载杆连接块(10)上，加载杆(13)上安装有加载砝码(11)和夹紧环(12)，通过加载砝码(11)来控制加载重量，所述加载头(14)旋在加载杆(13)下端，内有钢球(15)，与衬垫进行往复式摩擦;配重杆(7)—端装在传感器与平衡装置连接块(8)上，另一端装有配重(6)，用来调节机构未加载情况下的平衡。4.根据权利要求1所述的往复式双工位摩擦磨损试验机，其特征在于，所述测控系统包括力传感器(9)，电涡流位移传感器(37)，计算机;所述力传感器(9)一端连接传感器与平衡装置连接块(8)，另一端连接传感器与加载杆连接块(10)，通过衬垫材料与钢球(15)的对摩，使力传感器(9)收到水平方向的力信号，从而测得摩擦系数;所述电涡流位移传感器(37)置于摆臂上表面，通过测量摆臂下降距离变化来计算衬垫摩擦量。
【文档编号】G01N19/02GK106092794SQ201610435318
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月18日
【发明人】任思源, 范招军, 王文, 王甲闯, 易礼松, 丁逸峰
【申请人】上海大学