专利名称：一种试验环境可控的多向微动疲劳试验机及其试验方法
技术领域：
本发明涉及一种试验环境可控的多向微动疲劳试验机及用其进行试验环境可控的多向微动疲劳试验方法。
背景技术：
微动是指在机械振动、疲劳载荷、电磁振动或热循环等交变载荷作用下，两个接触表面之间(如紧配合面)发生的极小振幅(微米量级)的相对运动，这些接触表面通常名义上静止，即微动发生在“紧固”配合的机械部件中。微动摩擦学是研究微动运行机理、损伤、 测试、监控、预防的一个学科分支，它是一门日益发展的新兴交叉学科，涉及的学科广泛，如机械学、材料学，甚至生物医学、电工学等。微动是一种相对运动幅度很小的摩擦方式，其造成的材料损伤通常表现为两种形式，即(1)微动导致的磨损微动可以造成接触面间的表面磨损，产生材料损失和构件尺寸变化，引起构件咬合、松动、功率损失、噪声增加或形成污染源。(2)微动导致的疲劳微动可以加速裂纹的萌生与扩展，使构件的疲劳寿命大大降低，微动疲劳极限甚至可低于普通疲劳极限的1/3。往往这种损伤形式危险性更大，造成一些灾难性的事故。在球-平面接触条件下，微动可以分为切向、径向、滚动、扭动等四种基本微动模式。滚动微动与扭动微动均为对磨副在法向载荷的作用下，在接触面上做小角度的旋转运动。切向微动与径向微动均为对磨副在法向载荷的作用下，在接触面上做小位移直线运动， 不同之处在于切向微动的法向载荷方向与其运动方向垂直，径向微动法向载荷方向与运动方向一致。多向微动是在交变载荷下接触副间发生微幅振动的相对运动，其特征在于它是切向微动与径向微动的复合。在机械装置与生物体内存在大量的多向微动，例如机车车辆的轮轴、各种轭轴机构的紧配合面的微动磨损和微动疲劳失效、核反应堆的高温复合微动损伤。对多向微动进行试验与分析，以搞清其磨损机理及与相关工况的关系，可为相关零部件的设计、制造与维护提供准确、可靠的试验依据，以降低裂纹的萌生和扩展，提高零部件的疲劳寿命具有重要的意义。而目前尚无专门的多向微动的试验设备及方法。并且，材料的多向微动摩擦磨损是一个复杂的过程，不仅取决于其本身的结构和性质，而且与摩擦副的工作环境密切相关。实际工程应用中，许多摩擦副处于极端苛刻的环境中，例如气体压缩机、武器发射系统、机车受电弓系统、高温气冷堆、化学化工机械以及宇航航天器往往处于特殊的甚至极端的气体和/或液体介质环境中。相关研究表明，金属表面的气氛和液体介质环境对金属摩擦副的摩擦磨损性能影响较大。因此，开发试验环境可控的多向微动摩擦磨损试验机，实现在不同气氛和/或液体介质环境中的多向微动摩擦磨损试验，以减少特定环境条件下，工程中出现的多向微动磨损问题，改进机械与生物工程的相关设计，提高装备与器械的性能与寿命，具有十分重要的意义
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种试验环境可控的多向微动疲劳试验机，该种实验机能使紧密配合的摩擦副在人工控制的特定气氛和/或液体环境中进行多向微动，从而更真实准确的测试出特定环境条件下，材料的多向微动摩擦磨损性能；为机械与生物工程的相关设计、使用与维护提供更准确、更可靠的依据；以提高装备与器械的性能与寿命。本发明实现其第一个发明目的，所采用的技术方案是一种试验环境可控的多向微动疲劳试验机，包括多向微动疲劳试验台，多向微动疲劳试验台的机座的顶板上安装有可垂向移动的电磁激振作动器，电磁激振作动器通过测力传感器一与夹持球形上试件的上夹具相连；上夹具的下方为夹持平面下试件的下夹具，下夹具的侧面通过测力传感器二与压电陶瓷作动器相连，压电陶瓷作动器与纵向横向二维移动平台的侧板相连；纵向横向二维移动平台的底部与机座的底板相连；电磁激振作动器、压电陶瓷作动器，测力传感器一、 二均与数据采集控制系统电连接；其特征在于，所述的试验台上还设置有气氛环境控制装置和液体介质控制装置，其中气氛环境控制装置的组成是所述的机座的底板上固定有将压电陶瓷作动器、纵向横向二维移动平台及下夹具围住的下气氛罩，下气氛罩的上部开口、侧壁设有通气孔；上气氛罩盖在下气氛罩上，上气氛罩的顶部套合在电磁激振作动器上，上气氛罩的侧壁也开有通气口 ；液体介质控制装置的组成是所述的下夹具的周沿设有高出平面试件的液体介质槽，液体介质槽的侧壁中上部上连有穿出下气氛罩或上气氛罩的进液管，液体介质槽的侧壁底部设有穿出下气氛罩的出液管。本发明的第二个目的是提供一种使用上述的试验环境可控的多向微动疲劳试验机进行试验环境可控的多向微动疲劳试验的方法。本发明实现第二个发明目的，所采用的第一种技术方案是一种使用上述的试验环境可控的多向微动疲劳试验机进行试验环境可控的多向微动疲劳试验的方法(第一种试验方法)，其作法是a、试件安装取下上气氛罩，将球形上试件夹持在上夹具上，然后将平面下试件夹持在下夹具上，并通过电磁激振作动器的垂向移动及纵向横向二维移动平台的纵向、横向移动分别调整好球形上试件和平面下试件的初始位置；盖回上气氛罩，使上夹具与下夹具及其平面下试件、球形上试件、电磁激振作动器、压电陶瓷作动器及纵向横向二维移动平台被上、下气氛罩组成的气氛控制空间罩住；b、试验环境的控制通过下气氛或上气氛的通气孔向被罩住的气氛控制空间内通入所需的气体，而未用的通气孔则作为排气孔，向外排出气体；当气氛控制空间内的通入气体的浓度达到要求后，再堵上通气孔，随即进行以下c步的多向微动疲劳试验；或者，当气氛控制空间内的通入气体的浓度稳定并达到要求后，一直通气，同时以下c步的进行多向微动疲劳试验；C、多向微动疲劳试验在测力传感器一的反馈作用下，数据采集控制系统控制向上试件施加设定的垂向载荷P;然后数据采集控制系统同时控制电磁激振作动器和压电陶瓷作动器的作动，使上夹具及其夹持的上试件以设定的振幅和往复次数垂向往复移动，下夹具及其夹持的下试件以设定的振幅和往复次数水平往复移动，实现上、下试件间的多向微动摩擦；在上、下试件发生多向微动摩擦的同时，通过与下夹具相连的测力传感器二测出摩擦力，并送至数据采集控制系统进行分析。上述的b步的试验环境的控制中，还能进行液体介质的环境控制操作，即堵住出液管、并通过进液管向液体介质槽充入所需的液体介质,使液体介质的液面淹没球形上试件和平面下试件的接触面。本发明实现第二个发明目的，所采用的第二种技术方案是一种使用权利要求I 或3所述的多向微动疲劳试验机进行试验环境可控的多向微动疲劳试验的方法(第二种试验方法)，其作法是a、试件安装取下上气氛罩，将球形上试件夹持在上夹具上，然后将平面下试件夹持在下夹具上，并通过电磁激振作动器的垂向移动及纵向横向二维移动平台的纵向、横向移动分别调整好球形上试件和平面下试件的初始位置；b、试验环境的控制堵住出液管、并通过进液管向液体介质槽充入所需的液体介质，使液体介质的液面淹没球形上试件和平面下试件的接触面；C、多向微动疲劳试验在测力传感器一的反馈作用下，数据采集控制系统控制向上试件施加设定的垂向载荷P;然后数据采集控制系统同时控制电磁激振作动器和压电陶瓷作动器的作动，使上夹具及其夹持的上试件以设定的振幅和往复次数垂向往复移动，下夹具及其夹持的下试件以设定的振幅和往复次数水平往复移动，实现上、下试件间的多向微动摩擦；在上、下试件发生多向微动摩擦的同时，通过与下夹具相连的测力传感器二测出摩擦力，并送至数据采集控制系统进行分析。与现有技术相比，本发明的有益效果是一、电磁激振器驱动上夹具夹持的球形上试件作径向(垂向)微动，同时由压电陶瓷作动器驱动下夹具平面下试样作切向(水平)微动；且驱动球形上试件作垂向微动的电磁激振器与驱动平面下试件作水平微动的压电陶瓷作动器各自独立；试验时，垂向微动与水平微动的振幅及频率均能独立设定而可完全不同，从而可实现现有设备上无法实现的振幅及频率均可不同的垂向微动与水平微动构成的多向复合微动，能更加真实有效地进行各种复杂的多向复合微动的模拟、分析与测试。二、上、下气氛罩将上、下试件及上、下夹具，压电陶瓷作动器、纵向横向二维移动平台电磁激振作动器罩在密闭的气氛控制空间内。通过通气孔向内通气，使上、下试件在人工控制的特定气氛环境中进行多向微动摩擦磨损试验。从而更真实准确的测试出在特定气氛环境条件下，材料的多向微动摩擦磨损性能；为特定气氛条件中工作的机械与生物工程相关设计、使用与维护提供更准确、更可靠的依据；以提高装备与器械的性能与寿命。三、下夹具的周沿设有高出平面试件的液体介质槽，液体介质槽的侧壁上连有穿出下气氛罩上气氛罩的进液管和出液管；可方便的向槽内灌入淹没上、下试件接触面的特定液体介质，从而使上、下试件在人工控制的特定液体介质环境中进行多向微动摩擦磨损试验。从而更真实准确的测试出在特定液体介质环境中，材料的多向微动摩擦磨损性能；为液体介质环境中工作的机械与生物工程相关设计、使用与维护提供更准确、更可靠的依据； 以提高装备与器械的性能与寿命。四、在向上、下气氛罩内通入特定气体的同时，向液体介质槽内灌入特定的液体介质，则可实现特定液体气氛和特定液体介质的环境下的多向微动摩擦磨损试验，测试与分析。
上述的下气氛罩或上气氛罩还开有水汽进口，并在下气氛罩或上气氛罩内壁上设有湿度计。从而在上述第一种试验方法的b步的试验环境的控制中，还可进行湿度的环境控制操作，即通过水汽进口向气氛控制空间内通入水汽，使气氛控制空间内气氛达到设定的湿度。这样，可完成特定成分的气体和特定湿度环境中的多向微动疲劳试验。上述的液体介质槽的底部设有加热元件、侧壁设有温度传感器。从而在上述第二种试验方法的b步的试验环境的控制中，还可进行液体介质的温度控制操作，即启动液体介质槽底部的加热元件，当温度传感器测出的温度稳定为预设的温度值后，再进行c步的操作。这样，在向液体介质槽内灌入特定液体介质的同时，还可将液体介质加热至预设温度，以完成设定温度的特定液体介质环境中的多向微动动疲劳试验。上述的液体介质槽的顶部盖有液体介质盖,液体介质盖的顶部套合在上夹具或电磁激振作动器上；液体介质盖的内壁上设有扬尘风扇。使用这种带液体介质盖及扬尘风扇的多向微动疲劳试验机进行试验环境可控的多向微动疲劳试验的方法，其作法是a、试件安装取下上气氛罩和液体介质盖，将球形上试件夹持在上夹具上，然后将平面下试件夹持在下夹具上，并通过电磁激振作动器的垂向移动及纵向横向二维移动平台的纵向、横向移动分别调整好球形上试件和平面下试件的初始位置；b、试验环境的控制将液体介质盖盖回液体介质槽上，并通过进液管向液体介质槽喷入设定量的沙粒，并开启液体介质槽盖上的扬尘电扇，使沙粒在液体介质槽内飞扬；C、多向微动疲劳试验在测力传感器一的反馈作用下，数据采集控制系统控制向上试件施加设定的垂向载荷P;然后数据采集控制系统同时控制电磁激振作动器和压电陶瓷作动器的作动，使上夹具及其夹持的上试件以设定的振幅和往复次数垂向往复移动，下夹具及其夹持的下试件以设定的振幅和往复次数水平往复移动，实现上、下试件间的多向微动摩擦；在上、下试件发生多向微动摩擦的同时，通过与下夹具相连的测力传感器二测出摩擦力，并送至数据采集控制系统进行分析。这样，即可完成沙粒飞扬环境中的多向微动动疲劳试验。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的描述。
图I是本发明实施例1-5的装置的主视结构示意图。图2是本发明实施例6的装置的主视结构示意图。
具体实施例方式实施例I图I不出，本发明的一种具体实施方式
是,一种试验环境可控的多向微动疲劳试验机，包括多向微动疲劳试验台，多向微动疲劳试验台的机座15的顶板15A上安装有可垂向移动的电磁激振作动器3，电磁激振作动器3通过测力传感器一 4与夹持球形上试件6的上夹具5相连；上夹具5的下方为夹持平面下试件7的下夹具，下夹具9的侧面通过测力传感器二 10与压电陶瓷作动器11相连，压电陶瓷作动器11与纵向横向二维移动平台12的侧板12A相连；纵向横向二维移动平台12的底部与机座15的底板15B相连；电磁激振作动器3、压电陶瓷作动器11，测力传感器一、二 4、10均与数据采集控制系统电连接；其特征在于，所述的试验台上还设置有气氛环境控制装置和液体介质控制装置，其中气氛环境控制装置的组成是所述的机座15的底板15B上固定有将压电陶瓷作动器11、纵向横向二维移动平台12及下夹具9围住的下气氛罩40，下气氛罩40的上部开口、 侧壁设有通气孔41 ;上气氛罩43盖在下气氛罩40上，上气氛罩43的顶部套合在电磁激振作动器3上，上气氛罩43的侧壁也开有通气口 44 ；液体介质控制装置的组成是所述的下夹具9的周沿设有高出平面试件7的液体介质槽30，液体介质槽30的侧壁中上部上连有穿出下气氛罩40或上气氛罩43的进液管 31，液体介质槽30的侧壁底部设有穿出下气氛罩40的出液管32。本例的下气氛罩40或上气氛罩43还开有水汽进口 33，并在下气氛罩40或上气氛罩43内壁上设有湿度计。本例的液体介质槽30的底部设有加热元件34、侧壁设有温度传感器35。使用本例的试验环境可控的多向微动疲劳试验机进行试验环境可控的多向微动疲劳试验的方法的作法是a、试件安装取下上气氛罩43，将球形上试件6夹持在上夹具5上，然后将平面下试件7夹持在下夹具9上，并通过电磁激振作动器3的垂向移动及纵向横向二维移动平台12 的纵向、横向移动分别调整好球形上试件6和平面下试件7的初始位置；盖回上气氛罩43， 使上夹具5与下夹具9及其平面下试件7、球形上试件6、电磁激振作动器3、压电陶瓷作动器11及纵向横向二维移动平台12被上、下气氛罩40、43组成的气氛控制空间罩住；b、试验环境的控制通过下气氛40或上气氛43的通气孔向被罩住的气氛控制空间内通入所需的气体，而未用的通气孔则作为排气孔，向外排出气体；当气氛控制空间内的通入气体的浓度达到要求后，再堵上通气孔和水汽进口，随即进行以下c步的多向微动疲劳试验；或者，当气氛控制空间内的通入气体的浓度稳定并达到要求后，一直通气，同时以下 c步的进行多向微动疲劳试验；C、多向微动疲劳试验在测力传感器一 4的反馈作用下，数据采集控制系统控制向上试件6施加设定的垂向载荷P ;然后数据采集控制系统同时控制电磁激振作动器3和压电陶瓷作动器11的作动，使上夹具5及其夹持的上试件6以设定的振幅和往复次数垂向往复移动，下夹具9及其夹持的下试件7以设定的振幅和往复次数水平往复移动，实现上、下试件6、7间的多向微动摩擦；在上、下试件6、7发生多向微动摩擦的同时,通过与下夹具9 相连的测力传感器二 10测出摩擦力，并送至数据采集控制系统进行分析。实施例2 本例的试验环境可控的多向微动疲劳试验机与实施例I完全相同。本例的试验方法也与实施例I的方法基本相同，不同的仅仅是b步的试验环境的控制中，还进行湿度的环境控制操作，即通过水汽进口 37向气氛控制空间内通入水汽，使气氛控制空间内气氛达到设定的湿度。实施例3
本例的试验环境可控的多向微动疲劳试验机与实施例I完全相同。本例的试验方法也与实施例I的方法基本相同，不同的仅仅是b步的试验环境的控制中，还进行液体介质的环境控制操作，即堵住出液管32、 并通过进液管31向液体介质槽30充入所需的液体介质，使液体介质的液面淹没球形上试件6和平面下试件7的接触面。实施例4本例的试验环境可控的多向微动疲劳试验机与实施例I完全相同。本例的试验方法则与实施例I的方法不同，本例的试验方法的作法是a、试件安装取下上气氛罩43，将球形上试件6夹持在上夹具5上，然后将平面下试件7夹持在下夹具9上，并通过电磁激振作动器3的垂向移动及纵向横向二维移动平台12 的纵向、横向移动分别调整好球形上试件6和平面下试件7的初始位置；b、试验环境的控制堵住出液管32、并通过进液管31向液体介质槽30充入所需的液体介质，使液体介质的液面淹没球形上试件6和平面下试件7的接触面；C、多向微动疲劳试验在测力传感器一 4的反馈作用下，数据采集控制系统控制向上试件6施加设定的垂向载荷P ;然后数据采集控制系统同时控制电磁激振作动器3和压电陶瓷作动器11的作动，使上夹具5及其夹持的上试件6以设定的振幅和往复次数垂向往复移动，下夹具9及其夹持的下试件7以设定的振幅和往复次数水平往复移动，实现上、下试件间的多向微动摩擦；在上、下试件6、7发生多向微动摩擦的同时，通过与下夹具9相连的测力传感器二 10测出摩擦力，并送至数据采集控制系统进行分析。实施例5本例的试验环境可控的多向微动疲劳试验机与实施例I完全相同。本例的试验方法则与实施例4的方法基本相同，与实施例4的方法不同的仅仅是在b步的试验环境的控制中，还进行液体介质的温度控制操作，即启动液体介质槽30底部的加热元件34，当温度传感器35测出的温度稳定为预设的温度值后，再进行c步的操作。实施例6图2示出，本例的试验环境可控的多向微动疲劳试验机与实施例I基本相同，不同的仅仅是本例的液体介质槽30的顶部盖有液体介质盖36，液体介质盖36的顶部套合在上夹具5或电磁激振作动器3上；液体介质盖36的内壁上设有扬尘风扇37。本例的试验方法的作法是a、试件安装取下上气氛罩43和液体介质盖36,将球形上试件6夹持在上夹具5 上，然后将平面下试件7夹持在下夹具9上，并通过电磁激振作动器3的垂向移动及纵向横向二维移动平台12的纵向、横向移动分别调整好球形上试件6和平面下试件7的初始位置；b、试验环境的控制将液体介质盖36盖回液体介质槽30上，并通过进液管31向液体介质槽30喷入设定量的沙粒，并开启液体介质槽盖36上的扬尘电扇37，使沙粒在液体介质槽30内飞扬；C、多向微动疲劳试验在测力传感器一 4的反馈作用下，数据采集控制系统控制向上试件6施加设定的垂向载荷P ;然后数据采集控制系统同时控制电磁激振作动器3和压
1电陶瓷作动器11的作动，使上夹具5及其夹持的上试件6以设定的振幅和往复次数垂向往复移动，下夹具9及其夹持的下试件7以设定的振幅和往复次数水平往复移动，实现上、下试件间的多向微动摩擦；在上、下试件6、7发生多向微动摩擦的同时，通过与下夹具9相连的测力传感器二 10测出摩擦力，并送至数据采集控制系统进行分析。
权利要求
1.一种试验环境可控的多向微动疲劳试验机，包括多向微动疲劳试验台，多向微动疲劳试验台的机座(15)的顶板(15A)上安装有可垂向移动的电磁激振作动器(3)，电磁激振作动器(3)通过测力传感器一(4)与夹持球形上试件￠)的上夹具(5)相连；上夹具(5) 的下方为夹持平面下试件(7)的下夹具(9)，下夹具(9)的侧面通过测力传感器二(10)与压电陶瓷作动器(11)相连，压电陶瓷作动器(11)与纵向横向二维移动平台(12)的侧板 (12A)相连；纵向横向二维移动平台(12)的底部与机座(15)的底板(15B)相连；电磁激振作动器(3)、压电陶瓷作动器(11)，测力传感器一、二(4、10)均与数据采集控制系统电连接；其特征在于，所述的试验台上还设置有气氛环境控制装置和液体介质控制装置，其中气氛环境控制装置的组成是所述的机座(15)的底板(15B)上固定有将压电陶瓷作动器(11)、纵向横向二维移动平台(12)及下夹具(9)围住的下气氛罩(40)，下气氛罩(40) 的上部开口、侧壁设有通气孔(41);上气氛罩(43)盖在下气氛罩(40)上，上气氛罩(43)的顶部套合在电磁激振作动器(3)上，上气氛罩(43)的侧壁也开有通气口(44)；液体介质控制装置的组成是所述的下夹具(9)的周沿设有高出平面下试件(7)的液体介质槽(30)，液体介质槽(30)的侧壁中上部上连有穿出下气氛罩(40)或上气氛罩(43) 的进液管(31)，液体介质槽(30)的侧壁底部设有穿出下气氛罩(40)的出液管(32)。
2.根据权利要求I所述的一种试验环境可控的多向微动疲劳试验机，其特征在于所述的下气氛罩(40)或上气氛罩(43)还开有水汽进口(33),并在下气氛罩(40)或上气氛罩(43)内壁上设有湿度计。
3.根据权利要求I所述的一种试验环境可控的多向微动疲劳试验机，其特征在于所述的液体介质槽(30)的底部设有加热元件(34)、侧壁设有温度传感器(35)。
4.根据权利要求I所述的一种试验环境可控的多向微动疲劳试验机，其特征在于所述的液体介质槽(30)的顶部盖有液体介质盖(36)，液体介质盖(36)的顶部套合在上夹具 (5)或电磁激振作动器(3)上；液体介质盖(36)的内壁上设有扬尘风扇(37)。
5.一种使用权利要求I或2所述的多向微动疲劳试验机进行试验环境可控的多向微动疲劳试验的方法，其作法是a、试件安装取下上气氛罩(43)，将球形上试件(6)夹持在上夹具(5)上，然后将平面下试件(7)夹持在下夹具(9)上，并通过电磁激振作动器(3)的垂向移动及纵向横向二维移动平台(12)的纵向、横向移动分别调整好球形上试件(6)和平面下试件(7)的初始位置； 盖回上气氛罩(43)，使上夹具(5)与下夹具(9)及其平面下试件(7)、球形上试件(6)、电磁激振作动器(3)、压电陶瓷作动器(11)及纵向横向二维移动平台(12)被上、下气氛罩(40、 43)组成的气氛控制空间罩住；b、试验环境的控制通过下气氛(40)或上气氛(43)的通气孔向被罩住的气氛控制空间内通入所需的气体，而未用的通气孔则作为排气孔，向外排出气体；当气氛控制空间内的通入气体的浓度达到要求后，再堵上通气孔，随即进行以下c步的多向微动疲劳试验；或者， 当气氛控制空间内的通入气体的浓度稳定并达到要求后，一直通气，同时以下c步的进行多向微动疲劳试验；C、多向微动疲劳试验在测力传感器一(4)的反馈作用下，数据采集控制系统控制向上试件(6)施加设定的垂向载荷P ;然后数据采集控制系统同时控制电磁激振作动器(3)和压电陶瓷作动器(11)的作动，使上夹具(5)及其夹持的上试件￠)以设定的振幅和往复次数垂向往复移动，下夹具(9)及其夹持的下试件(7)以设定的振幅和往复次数水平往复移动，实现上、下试件出、7)间的多向微动摩擦；在上、下试件出、7)发生多向微动摩擦的同时，通过与下夹具(9)相连的测力传感器二(10)测出摩擦力，并送至数据采集控制系统进行分析。
6.根据权利要求5所述的试验环境可控的多向微动疲劳试验的方法，其特征在于，所述的b步的试验环境的控制中，还进行湿度的环境控制操作，即通过水汽进口(37)向气氛控制空间内通入水汽，使气氛控制空间内气氛达到设定的湿度。
7.根据权利要求5所述的试验环境可控的多向微动疲劳试验的方法，其特征在于，所述的b步的试验环境的控制中，还进行液体介质的环境控制操作，S卩堵住出液管(32)、并通过进液管(31)向液体介质槽(30)充入所需的液体介质，使液体介质的液面淹没球形上试件(6)和平面下试件(7)的接触面。
8.一种使用权利要求I或3所述的多向微动疲劳试验机进行试验环境可控的多向微动疲劳试验的方法，其作法是a、试件安装取下上气氛罩(43)，将球形上试件(6)夹持在上夹具(5)上，然后将平面下试件(7)夹持在下夹具(9)上，并通过电磁激振作动器(3)的垂向移动及纵向横向二维移动平台(12)的纵向、横向移动分别调整好球形上试件(6)和平面下试件(7)的初始位置；b、试验环境的控制堵住出液管(32)、并通过进液管(31)向液体介质槽(30)充入所需的液体介质，使液体介质的液面淹没球形上试件(6)和平面下试件(7)的接触面；C、多向微动疲劳试验在测力传感器一(4)的反馈作用下，数据采集控制系统控制向上试件(6)施加设定的垂向载荷P;然后数据采集控制系统同时控制电磁激振作动器(3)和压电陶瓷作动器(11)的作动，使上夹具(5)及其夹持的上试件￠)以设定的振幅和往复次数垂向往复移动，下夹具(9)及其夹持的下试件(7)以设定的振幅和往复次数水平往复移动，实现上、下试件间的多向微动摩擦；在上、下试件(6、7)发生多向微动摩擦的同时，通过与下夹具(9)相连的测力传感器二(10)测出摩擦力，并送至数据采集控制系统进行分析。
9.根据权利要求8所述的试验环境可控的多向微动疲劳试验的方法，其特征在于，所述的b步的试验环境的控制中，还进行液体介质的温度控制操作，S卩启动液体介质槽(30) 底部的加热元件(34)，当温度传感器(35)测出的温度稳定为预设的温度值后，再进行c步的操作。
10.一种使用权利要求4所述的多向微动疲劳试验机进行试验环境可控的多向微动疲劳试验的方法，其作法是a、试件安装取下上气氛罩(43)和液体介质盖(36)，将球形上试件(6)夹持在上夹具(5)上，然后将平面下试件(7)夹持在下夹具(9)上，并通过电磁激振作动器(3)的垂向移动及纵向横向二维移动平台(12)的纵向、横向移动分别调整好球形上试件(6)和平面下试件(7)的初始位置；b、试验环境的控制将液体介质盖(36)盖回液体介质槽(30)上，并通过进液管(31)向液体介质槽(30)喷入设定量的沙粒，并开启液体介质槽盖(36)上的扬尘电扇(37)，使沙粒在液体介质槽(30)内飞扬；C、多向微动疲劳试验在测力传感器一(4)的反馈作用下，数据采集控制系统控制向上试件(6)施加设定的垂向载荷P;然后数据采集控制系统同时控制电磁激振作动器(3)和压电陶瓷作动器(11)的作动，使上夹具(5)及其夹持的上试件￠)以设定的振幅和往复次数垂向往复移动，下夹具(9)及其夹持的下试件(7)以设定的振幅和往复次数水平往复移动，实现上、下试件间的多向微动摩擦；在上、下试件(6、7)发生多向微动摩擦的同时，通过与下夹具(9)相连的测力传感器二(10)测出摩擦力，并送至数据采集控制系统进行分析。
全文摘要
一种试验环境可控的多向微动疲劳试验机及其试验方法，试验机包括由电磁激振作动器、测力传感器一、夹持球形上试件的上夹具等组成的垂向微动机构和由夹持平面下试件的下夹具、测力传感器二、压电陶瓷作动器和纵向横向二维移动平台等组成的横向微动机构，并通过下气氛罩和上气氛罩将垂向微动机构及横向微动机构罩住形成气氛控制空间，且在下夹具周沿设置高出平面试件的液体介质槽。该种实验机能使紧配合的摩擦副在人工控制的特定气氛和/或液体环境中进行多向微动，从而更真实准确的测试出特定环境条件下，材料的多向微动摩擦磨损性能，为机械与生物工程的相关设计、使用与维护提供更准确、更可靠的依据，以提高装备与器械的性能与寿命。
文档编号G01N3/04GK102607976SQ201210062350
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月12日 优先权日2012年3月12日
发明者任平弟, 周仲荣, 周琰, 彭金方, 朱旻昊, 石心余, 莫继良, 蔡振兵 申请人:西南交通大学