一种用于滚动‑滑动混合摩擦试验的夹具装置及其使用方法与流程

本发明属于材料摩擦领域，具体涉及一种用于滚动-滑动混合摩擦试验的夹具装置及其使用方法。

背景技术：

根据国内外学者对材料摩擦学行为的研究可知，材料的摩擦试验多为滑动摩擦和滚动摩擦，目前，常见的研究材料滑动摩擦学性能的配副为销-盘配副、销-平面配副、球-盘配副和环-块配副等等，而研究材料滚动摩擦学性能的配副大多为四球配副、环-环配副、四球-杆配副等。

对于滚动摩擦学行为，通常不可能为纯滚动，多为滚动兼滑动，适用的配副种类也较少，一般情况下需要采用辅助试验夹具，而尤其是对于陶瓷材料，其成型工艺较为复杂，不易加工成环状和杆状等形状，多为球形和盘形，故球-盘配合的摩擦试验是简便可行的。同时，寻求合理的试验配副装置以满足所具有的试验条件，准确有效的控制实验条件也是我们追求的目标。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于滚动-滑动混合摩擦试验的夹具装置及其使用方法，以研究“滚动-滑动”混合接触状态下陶瓷球的摩擦磨损试验，解决了现有球-盘配合的摩擦试验中辅助夹具尺寸单一，不能满足不同尺寸范围的陶瓷球的夹持。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种用于滚动-滑动混合摩擦试验的夹具装置，包括安装在摩擦试验机主轴系统上的夹具头、支撑座、衬套、陶瓷球试样、销试样和盘试样，其中，所述支撑座的一端安装在夹具头下表面的中心处，另一端与夹具头的侧面连接，同时，所述支撑座上开设有第一中心孔，所述衬套与第一中心孔相配合，且所述衬套上开设有第二中心孔；所述陶瓷球试样安装在第二中心孔内；所述销试样安装在夹具头下表面上，且设置在陶瓷球试样的上端，；所述盘试样设置在陶瓷球试样的下端，所述陶瓷球试样分别与销试样和盘试样相接触。

优选地，所述夹具头包括连接部分，所述连接部分的下端连接有夹持部分，其中，所述连接部分采用圆锥形结构，所述夹持部分采用圆柱形结构，同时，所述圆锥形结构的连接部分与主轴系统连接。

优选地，所述支撑座为L型结构，所述支撑座L型结构的竖直段安装在圆柱形结构下表面的中心处，所述第一中心孔开设在所述支撑座L型结构的水平段上，同时，所述支撑座L型结构的水平段通过连接架安装在夹具头圆柱形结构的圆周侧面上。

优选地，所述连接架为L型结构，所述连接架的L型结构的竖直段通过紧固螺钉固定安装在夹具头的圆柱形结构上，其水平段通过十字槽沉头螺钉与支撑座的水平段固定连接。

优选地，所述支撑座的竖直段与夹具头之间的连接处设置有若干个第一垫片；所述支撑座的水平段与连接架之间的连接处设置有若干个第二垫片。

优选地，所述夹具头的圆柱形结构下表面上开设有矩形槽，所述销试样设置在矩形槽内，其中，所述的用于固定连接圆柱形结构和连接架的紧固螺钉延伸至矩形槽内，用以固定销试样，同时，所述销试样与紧固螺钉的连接处设置有平垫圈。

优选地，所述第一中心孔的中心点与第二中心孔的中心点相重合，同时，所述陶瓷球试样的直径与第二中心孔的孔径相等。

一种用于滚动-滑动混合摩擦试验的夹具装置的使用方法，包括以下步骤：

第一步，将夹具头安装在主轴系统上，根据摩擦试验所用的陶瓷球试样的直径，选择开设有与陶瓷球试样直径相等的中心孔的衬套、确定销试样向下伸出的长度以及确定第一垫片和第二垫片的数量；

第二步，将选定的衬套放置于支撑座上开设的第一中心孔中，并通过内六角圆柱头螺钉将其衬套与支撑座固定连接；

第三步，将销试样放置于夹具头下端开设的矩形槽中，连接架通过紧固螺钉固定在夹具头上，并且通过紧固螺钉和平垫圈将销试样固定；

第四步，将陶瓷球试样放置于衬套上开设的第二中心孔内，通过十字槽沉头螺钉将连接架和支撑座固定连接；

第五步，将盘试样放置在陶瓷球试样的下端，其中，所述陶瓷球试样分别与销试样和盘试样高副接触，构成一组“块-球-盘”摩擦副系统，通过主轴系统转动，驱动陶瓷球试样在盘试样上做圆周滚动兼滑动。

优选地，所述衬套是采用聚四氟乙烯材料制备所得。

优选地，所述销试样是采用聚四氟乙烯材料制备所得。

优选地，根据陶瓷球试样的直径大小更换相适应的孔径的衬套。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种用于滚动-滑动混合摩擦试验的夹具装置，通过销试样、陶瓷球试样和盘试样构成了一组“块-球-盘”的配副装置，同时，通过调整衬套中心孔的孔径以及通过调整销试样伸出的长度来调整陶瓷球试样的径向大小，并通过调整支撑座与夹具头下表面之间的距离来调整陶瓷球试样的轴向距离，满足了一定直径范围内不同直径的陶瓷球试样的夹持。本发明具有结构紧凑，对研究滚动兼滑动混合状态下材料的摩擦学行为具有很好的适用性。

进一步的，所述安装夹头的连接部位采用锥形结构，可与主轴系统自动对心，连接可靠并且精度高。

进一步的，可通过调整支撑座与夹具头之间的连接处设置的第一垫片的数量以及支撑座的与连接架之间的连接处设置的第二垫片的数量，调整陶瓷球试样的轴向尺寸误差。

一种用于滚动-滑动混合摩擦试验的夹具装置的使用方法，首先根据摩擦试验所选用的陶瓷球试样的直径大小，确定夹具配副装置，再通过主轴系统的转动，带动陶瓷球试样在盘试样上做滚动兼滑动试验，本发明提供的使用方法操作简单、运行平稳可靠、适用范围广的特点，对研究滚动兼滑动混合状态下材料的摩擦学行为具有很好的适用性。

附图说明

图1为本发明的主试图；

图2为本发明的仰视图；

图3为本发明的剖视图。

其中，1-主轴系统；2-夹具头；3-支撑座；4-衬套；5-陶瓷球试样；6-销试样；7-连接架；8-盘试样。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1至图3，本发明提供的一种用于滚动-滑动混合摩擦试验的夹具装置，包括夹具头2，所述夹具头2连接在摩擦试验机的主轴系统1上，同时，所述夹具头2包括连接部分，所述连接部分的下端连接有夹持部分，所述夹具头2的连接部位采用圆锥形结构，可与主轴系统1自动对心，连接可靠并且精度高，主轴系统1驱动夹具头2做旋转运动。

所述加持部分为圆柱形结构，所述圆柱形结构下表面的中心处安装有支撑座3，所述支撑座3为L型结构，所述支撑座3的L型结构的竖直段通过内六角圆柱头螺钉固定安装在圆柱形结构下表面的中心处；所述支撑座3的L型结构的水平段上开设有第一中心孔，所述第一中心孔中安装有衬套4，所述衬套4通过四个内六角圆柱头螺钉固定连接在水平段上。

所述衬套4为T型结构。所述T型结构的小端与第一中心孔相配合，同时，所述T型结构上开设有第二中心孔，所述第二中心孔的中心点与第一中心孔的中心点重合。所述第二中心孔内放置有陶瓷球试样5，所述陶瓷球试样5的直径与第二中心孔的直径相等。

所述夹具头2的圆柱形结构的圆周侧面上安装有连接架7，所述连接架7为L型结构，所述连接架7的L型结构的竖直段通过紧固螺钉固定安装在夹具头2上，其水平段通过两个十字槽沉头螺钉与支撑座3的水平段固定连接。

其中，所述支撑座3的竖直段与夹具头2之间的连接处设置有若干个第一垫片，所述支撑座3的水平段与连接架7之间的连接处设置有若干个第二垫片。用于调整陶瓷球试样5的轴向距离。

所述夹具头2的圆柱形结构下表面上开设有矩形槽，所述矩形槽内设置有销试样6，所述销试样6能够在矩形槽内滑动。其中，所述的用于固定连接圆柱形结构和连接架7的紧固螺钉延伸至矩形槽内，用以固定销试样6，所述销试样6与紧固螺钉的连接处设置有平垫圈。

并且所述销试样6设置在陶瓷球试样5的上端，所述陶瓷球试样5的下端设置有盘试样8。所述销试样6、陶瓷球试样5和盘试样8构成一组“块-球-盘”配副。

本发明的结构原理如下所述：

Step1：根据摩擦试验所用的陶瓷球试样5的直径，确定销试样6向下伸出的长度、选择具有同直径中心孔的衬套4以及确定需要添加第一垫片和第二垫片的数量。

Step2：将选定的衬套4放置于支撑座3中间部位的第一中心孔中，并通过四个内六角圆柱头螺钉将其衬套4与支撑座3固定连接；

Step3：将销试样6放置于夹具头2下端的矩形槽中，连接架7通过紧固螺钉固定在夹具头2上，并且紧固螺钉的长度深入夹具头2的矩形槽中，通过紧固螺钉和平垫圈将销试样6固定；

Step4：陶瓷球试样5放置于衬套4中的第二中心孔内，通过夹具头2锥形结构的连接部分连接在摩擦试验机的主轴系统1上，通过两个十字槽沉头螺钉将连接架7和支撑座3连接在一起，并用双螺母进行防松固定连接。

Step5：接着讲盘试样8放置在陶瓷球试样5的下端，所述陶瓷球试样5分别与销试样6和盘试样8高副接触，构成一组“块-球-盘”摩擦副系统，主轴系统1转动，驱动陶瓷球试样5在盘试样8上做圆周滚动兼滑动。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。