一种宽温域自适应调节多功能摩擦磨损试验机的制作方法

本发明涉及摩擦磨损试验机技术领域，尤其涉及一种宽温域自适应调节多功能摩擦磨损试验机。

背景技术：

目前摩擦磨损试验机种类很多，尤其是随着微纳米技术的不断成熟，微纳摩擦磨损试验机也层出不穷。大多数的摩擦磨损工件所处的环境温度都不低，加之摩擦会生热，摩擦副温度一般都高于常温。然而，一些特殊工况，如外太空、低温风洞等，摩擦副所处的工作环境温度都非常低，而且摩擦副相对滑动速度不高，产生的摩擦热有限。整个工作周期内摩擦副的温度都会在常温以下。

针对目前常温和高于常温的摩擦磨损试验机比较多，而低温试验机非常少，本发明设计了一种可以实现低温、常温到高温环境的宽温域自适应调节多功能摩擦磨损试验机。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种宽温域自适应调节多功能摩擦磨损试验机，其满足了摩擦磨损试验机在低温、常温和高温的宽温域环境下对试样进行摩擦磨损测试的要求。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种宽温域自适应调节多功能摩擦磨损试验机，包括试验腔体，所述试验腔体内设有相对设置的转动盘和液氮腔体，所述液氮腔体正对所述转动盘的面上设有加热工装，所述加热工装外壁绕设有加热线圈，所述加热工装正对所述转动盘的面上可拆卸连接试验夹具。

通过采用上述技术方案，试验夹具将试样压紧在加热工装上，当需要对试样进行冷却时，在液氮腔体内倒入液氮，由于加热工装与液氮腔体连接，从而使试样的热量通过加热工装和液氮腔体传导给液氮，实现试样的降温。当需要对试样进行加热时，通过加热线圈对加热工装进行加热，从而对试样进行加热。

进一步的，所述试验夹具呈环形，所述试验夹具朝向加热工装的一侧设有用于抵接试样的环形槽，所述试验夹具上周向设置有贯穿其上下表面的安装孔，所述加热工装上开设有与所述安装孔对齐的安装螺纹。

通过采用上述技术方案，试样的固定方式如下：将试样抵接在环形槽内，使试样的一面与环形槽底面紧贴另一面与加热工装紧贴后，通过螺栓穿过安装孔与安装螺纹旋紧以将试样与加热工装压紧。

进一步的，所述试验腔体上端开口设有相配的上端盖，所述液氮腔体设于所述上端盖上，所述液氮腔体上端开口设有与其相配的液氮腔端盖，所述液氮腔端盖上穿设有伸入所述液氮腔体内的液氮液位监测计、液氮注入管以及液氮溢流管。

通过采用上述技术方案，通过液氮注入管向液氮腔体中注入液氮，同时通过液氮液位监测计监测液位，当液氮液位达到一定限值后，停止液氮的注入。当液氮液位监测计失灵时，可通过液氮溢流管，使多余的液氮流出，然后停止不冲液氮。

进一步的，所述上端盖的顶部设有声发射传感器。

通过采用上述技术方案，声发射传感器的设置，可通过声波检测试样的摩擦磨损情况。

进一步的，所述转动盘包括盘体和悬臂，所述盘体边缘设有连接座，所述悬臂沿盘体直径方向悬空于所述转动盘上方且一端与所述连接座连接，所述悬臂背离所述盘体的面上以盘体圆心为界远离连接座的一侧沿悬臂长度方向开设有多个销座，所述销座上插设有销轴，所述悬臂上沿盘体轴向贯穿设有压力调节螺纹，所述压力调节螺纹上螺纹连接有压力调节螺栓，所述压力调节螺栓的底部与所述盘体抵触。

通过采用上述技术方案，销轴插接在销座上，在摩擦磨损试验之前，销轴的上端与试样抵触，并且需要调节销轴对试样的压力。通过旋转压力调节螺栓，从而调节压力调节螺栓与盘体之间的作用力，根据杠杆原理，使悬臂远离连接座的一端向上或向下微动，进而微调销轴对试样的压力。由于销座沿悬臂长度方向设置有多个，多个销座距离盘体轴心的力矩不同，压力调节螺栓在相同的压力下，销轴插接在销座上与轴心的距离越近，销轴对试样的压力越小，销轴对试样的相对速度越小。

进一步的，所述销座底部贯穿悬臂设置有第一通孔，所述第一通孔上穿设有第一压力传感器，所述销座的内壁两侧沿销座轴向方向分别对称设置有两个贯穿悬臂的第二通孔，所述第二通孔上穿设有第二压力传感器，所述盘体上设有与第一压力传感器导线连接的第一压力信号发送端子、以及与第二压力传感器导线连接的第二压力信号发送端子。

通过采用上述技术方案，第一压力传感器可检测销轴的对其的垂直压力，然后通过垂直压力减去销轴自身的重力计算得到销轴对试样的压力，在销轴周向转动时，销座内对角的两个第二压力传感器分别受到方向不同的水平压力，通过将两个水平压力差值计算取绝对值可获得销轴与试样的摩擦力。

进一步的，所述连接座朝向所述试验夹具的一侧设有红外线检测仪。

通过采用上述技术方案，红外线检测仪朝向试样设置可检测到试样的温度。

进一步的，所述试验腔体底部连接有电机安装支架，所述电机安装支架底部设有电机，所述电机的电机轴穿过所述电机安装支架，所述盘体底部轴向设有旋转轴，所述电机轴与所述旋转轴连接。

通过采用上述技术方案，电机的电机轴连接盘体的旋转轴，以驱动盘体转动。

进一步的，所述电机安装支架上方轴向螺纹连接有轴承座，所述轴承座内连接有推力轴承，旋转轴穿过且固定在所述推力轴承上，所述轴承座开口处设有台阶槽，所述推力轴承外壁径向凸起有与所述台阶槽配合的凸环。

通过采用上述技术方案，转动螺纹连接在电机支架上的轴承座，使轴承座在轴向方向上下移动，进而使轴承座内的推力轴承上下移动，带动旋转轴上的盘体上下移动，以调整盘体上销轴对试样的压力，转动轴承座的调整为对销轴作用于试样压力的粗调。

进一步的，所述试验腔体外壁径向对称设有两个抽真空法兰盘。

通过采用上述技术方案，两侧抽真空法兰盘同时抽真空，使试验腔体抽真空更加彻底，试验腔体内部真空可阻止空气对流，实现低温环境。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

一、通过液氮腔体，给试验提供低温源；

二、通过加热工装，给试验提供高温源；

三、通过抽真空阻止对流，实现低温环境；

四、利用声发射监测技术对摩擦副摩擦磨损过程进行监测分析；

五、通过热电偶和红外成像技术对摩擦过程产生热量进行监测；

六、施加压力通过螺纹粗调和杠杆原理进行微调。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例隐藏试验腔体的结构示意图；

图3是本发明实施例液氮腔体、加热工装、试验夹具等结构爆炸图；

图4是本发明实施例盘体等结构的部分剖视图和爆炸图；

图5是图4中a部的放大图；

图6是计算试样受到的压力和摩擦力的原理图；

图7是盘体的底部示意图；

图8是电机安装支架等结构的爆炸图；

图9是图8中b部的放大图。

附图标记：1、试验腔体；2、转动盘；3、液氮腔体；31、液氮腔端盖；32、液氮液位监测计；33、液氮注入管；34、液氮溢流管；201、盘体；202、悬臂；203、连接座；204、销座；205、销轴；206、压力调节螺纹；207、压力调节螺栓；208、第一通孔；209、第二通孔；210、旋转轴；211、插槽；212、键槽；4、加热工装；41、加热线圈；5、试验夹具；51、环形槽；52、安装孔；6、上端盖；7、声发射传感器；8、第一压力传感器；81、第一压力信号发送端子；9、第二压力传感器；91、第二压力信号发送端子；10、红外线检测仪；11、电机安装支架；12、电机；121、电机轴；122、键块；13、轴承座；131、台阶槽；14、推力轴承；141、凸环；15、抽真空法兰盘；16、电源接头；17、压扣；18、垫圈；19、操作口。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例的技术方案进行描述。

一种宽温域自适应调节多功能摩擦磨损试验机，如图1所示，试验腔体1的下方连接电机安装支架11，试验腔体1的上端开口配合设置有上端盖6，上端盖6与试验腔体1的上端通过压扣17扣合。试验腔体1的两侧分别对称设置有一个操作口19，在试验腔体1上操作口19的两侧分别对称设置有一个与试验腔体1相通的抽真空法兰盘15。试验腔体1的侧壁还设置有电源接头16。上端盖6的顶部设有声发射传感器7，声发射传感器7的设置，可通过声波检测试样的摩擦磨损情况。

如图2所示，液氮腔体3和转动盘2相对设置。

如图3所示，液氮腔体3下凹设置于端盖6上，液氮腔体3上端开口配合有液氮腔端盖31，液氮腔端盖31与液氮腔体3螺纹连接。液氮腔端盖31上穿设有伸入所氮腔体内的液氮液位监测计32、液氮注入管33以及液氮溢流管34。液氮液位监测计32与计算机连接，液氮注入管33连接用于注入液氮的设备，液氮腔体3注入液氮过程中，当液氮液位监测计32检测到液位达到限值时，计算机控制输入液氮的设备停止。液氮溢流管34可在液氮注入过满时，将多余的液氮排出。在本发明的实施例中，液氮液位监测计32采用金属浮球液位计。

如图3所示，液氮腔体3的底部连接有加热工装4，加热工装4呈圆盘形，在加热工装4的周壁绕设有加热线圈41。在加热工装4的底面，即背离加热工装4与液氮腔体3的连接面的一面，可拆卸连接有试验夹具5。试验夹具5呈环形，试验夹具5朝向加热工装4的一侧设有用于抵接试样的环形槽51，试验夹具5上在环形槽51外周向设置有多个贯穿其上下表面的安装孔52，液氮腔体3底面沿其边缘周向开设有多个与安装孔52对齐的安装螺纹孔。试样的固定方式如下：将试样抵接在环形槽51内，使试样的一面与环形槽51底面紧贴另一面与加热工装4紧贴后，通过螺栓穿过安装孔52与安装螺纹旋紧以将试样与加热工装4压紧。试样需在试验夹具5上固定后，需在摩擦磨损试验过程中不会因摩擦力而转动。

如图4所示，试验夹具5下方为转动盘2，转动盘2包括，转动盘2包括盘体201、悬臂202和旋转轴210，旋转轴210在盘体201一侧沿盘体201轴线方向设置。盘体201边缘设有连接座203，悬臂202沿盘体201直径方向悬空于转动盘2上方且一端与连接座203连接，悬臂202背离盘体201的面上以盘体201圆心为界远离连接座203的一侧沿悬臂202长度方向开设有多个销座204，销座204上插设有销轴205，销轴205可根据需要插设在任一销座204中，悬臂202上沿盘体201轴向贯穿设有压力调节螺纹206，压力调节螺纹206上螺纹连接有压力调节螺栓207，压力调节螺栓207的底部与盘体201抵触。销轴205插接在销座204上，在摩擦磨损试验之前，销轴205的上端与试样抵触，并且需要调节销轴205对试样的压力。通过旋转压力调节螺栓207，从而调节压力调节螺栓207与盘体201之间的作用力，根据杠杆原理，使悬臂202远离连接座203的一端向上或向下微动，进而微调销轴205对试样的压力。由于销座204沿悬臂202长度方向设置有多个，多个销座204距离盘体201轴心的力矩不同，压力调节螺栓207在相同的压力下，销轴205插接在销座204上与轴心的距离越近，销轴205对试样的压力越小，销轴205对试样的相对速度越小。连接座203朝向试验夹具5的一侧还安装有红外线检测仪10，通过红外线检测仪10获得试样摩擦面的红外热像图，以获取摩擦面的温度。

如图5所示，销座204底部贯穿悬臂202设置有第一通孔208，第一通孔208上穿设有第一压力传感器8，销座204的内壁两侧沿销座204轴向方向分别对称设置有两个贯穿悬臂202的第二通孔209，第二通孔209上穿设有第二压力传感器9。第一压力传感器8可检测销轴205的对其的垂直压力，然后通过垂直压力减去销轴205自身的重力计算得到销轴205对试样的压力，在销轴205周向转动时，销座204内对角的两个第二压力传感器9分别受到方向不同的水平压力，通过将两个水平压力差值计算取绝对值可获得销轴205与试样的摩擦力。如图6所示，fn=f1-g，摩擦力f、水平压力f2和f3，f=|f1-f2|。通过试样受到的摩擦力f与压力fn的比值获得摩擦系数u,u=f/fn。由于盘体201是在旋转的，无法通过有线来发送数据，因此需要通过无线进行传输，盘体201上设有与第一压力传感器8导线连接的第一压力信号发送端子81、以及与第二压力传感器9导线连接的第二压力信号发送端子91。

如图8所示，电机安装支架11底部设有电机12，电机12的电机12轴穿过电机安装支架11，电机12轴与旋转轴210连接并插入旋转轴210中。如图7所示，旋转轴210上轴向开设有插孔，插孔上设置有键槽212，对应的在电机12轴一体成型有与键槽212相配合的键块122。在电机安装支架11上端面，围绕电机12轴轴向螺纹连接有轴承座13，轴承做内安装有推力轴承14，旋转轴210穿过且固定在推力轴承14上后与电机12轴连接。如图9所示，轴承座13开口处设有台阶槽131，轴承座13外壁径向凸起有与台阶槽131配合的凸环141。转动螺纹连接在电机12支架上的轴承座13，使轴承座13在轴向方向上下移动，进而使轴承座13内的推力轴承14上下移动，带动旋转轴210上的盘体201上下移动，以调整盘体201上销轴205对试样的压力，转动轴承座13的调整为对销轴205作用于试样压力的粗调。

如图8所示，电机安装支架11与试验腔体1的连接面之间设置有垫圈18，以提高试验机的密封性。

操作过程：保证压扣17将上端盖6与试验腔体1扣紧，打开操作口19，通过试验夹具5将试样在加热工装4上。根据对试样的压力和转速的需要，将销轴205插入合适的销座204中，在计算机观察压力，并先旋转底部的轴承座13粗调，然后旋转调节螺栓微调，从而实现对压力的精确调整。压力调整完毕后，关闭操作口19。根据温度需要，选择向液氮腔体3注入液氮冷却或给加热线圈41通电加热，最后通过计算机调整电机12转速后启动电机12，进行试验。