一种测试重载低速薄膜磨粒磨损性能的装置及方法与流程

本发明涉及硬质薄膜磨损性能检测技术领域，特别是涉及一种测试重载低速薄膜磨粒磨损性能的装置及方法。

背景技术：

气相沉积的硬质薄膜作为材料表面强化的有效途径之一，广泛应用于刀具、模具和轴承等机械零部件。这种硬质薄膜技术的使用，大幅度提高了材料的服役性能，节约了大量的生产成本。研究表明，硬质薄膜的失效形式主要有磨损和剥落两种。随着工作环境越来越严苛，对于硬质薄膜的磨损性能要求也不断提高。其中，硬质薄膜在重载低速的沙砾工况下的磨粒磨损性能是硬质薄膜磨损性能重要的考核指标之一。如何有效表征重载低速下气相沉积硬质薄膜的磨粒磨损性能，对于应用于工业上表面涂覆硬质薄膜材料零部件的使用具有极其重要的指导意义。

常用的磨粒磨损试验方法有橡胶轮磨粒磨损试验法和销盘磨粒磨损试验法，但由于硬质薄膜厚度太薄，很容易快速磨掉，不能用这些试验方法来测试重载低速下硬质薄膜的磨粒磨损性能。迄今为止，尚无一种切实可行、物理意义明确、影响因素较小、表征简便的重载低速硬质薄膜磨粒磨损的试验装置与方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种测试重载低速薄膜磨粒磨损性能的装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使本发明能够模拟各种磨粒工况下低速重载推力滚子轴承的运行情况，检测推力滚子轴承及其表面镀膜的磨粒磨损性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种测试重载低速薄膜磨粒磨损性能的装置，包括底板、试验箱、测试试样、旋转机构、轴向加载机构和沸腾床式砂砾送粉机构，所述测试试样为一座圈、滚子和轴圈的表面均镀有薄膜的推力滚子轴承，所述试验箱固定设置在所述底板上，所述轴向加载机构设置在所述试验箱的右壁上，所述座圈固定设置在所述轴向加载机构上，所述轴向加载机构用于对所述推力滚子轴承施加轴向压力，所述轴圈套设在旋转主轴的一端，所述旋转主轴穿过所述试验箱的左壁且与所述左壁转动连接，所述旋转主轴的另一端与所述旋转机构固定连接，所述试验箱上方开设有通孔，所述通孔内安装有高压喷嘴，所述高压喷嘴的输入端与沸腾床式砂砾送粉机构连通，所述沸腾床式砂砾送粉机构用于向所述高压喷嘴输送砂砾，所述高压喷嘴的输出端能够延伸至所述推力滚子轴承处，所述高压喷嘴用于向所述座圈、所述滚子和所述轴圈处喷射所述砂砾。

进一步的，所述旋转机构包括电机，所述电机为变频调速电机，所述电机通过支架固定设置在所述底板上，所述电机的主轴通过联轴器与所述旋转主轴固定连接。

进一步的，所述轴向加载机构包括试样底座和液压缸，所述试样底座的一端与所述座圈固定连接，所述试样底座中间开设有螺纹孔，所述液压缸的推杆通过所述螺纹孔与所述试样底座固定连接，所述液压缸通过前端法兰固定在所述右壁上，所述液压缸连接有压力调节阀。

进一步的，所述右壁上开设有至少一个导向孔，所述导向孔内穿设有定向导柱，所述定向导柱的一端与所述试样底座固定连接，所述定向导柱通过直线轴承与所述右壁滑动连接。

进一步的，所述直线轴承的材质为工程塑料。

进一步的，所述沸腾床式砂砾送粉机构包括送粉器和送粉管，所述送粉器用于盛装所述砂砾，所述送粉管的输入端与所述送粉器连通，所述送粉管的输出端通过管道与所述高压喷嘴连通，所述送粉器的一侧连通有第一送粉气管，所述送粉管的一侧连通有第二送粉气管，所述送粉管的下侧连通有沸腾气管。

进一步的，所述第一送粉气管、所述第二送粉气管和所述沸腾气管上均设有压力调节控制阀以及压力表。

进一步的，所述高压喷嘴上连接有喷管，所述喷管与所述高压喷嘴连通且铰接。

进一步的，所述底板下方设有底座，所述底板的两端分别与所述底座固定连接。

本发明还提供了一种测试重载低速薄膜磨粒磨损性能的方法，利用测试重载低速薄膜磨粒磨损性能的装置进行，包括以下步骤：

1)启动轴向加载机构，液压缸的推杆向前伸出，带动试样底座以一定的压力推向推力滚子轴承的座圈，使座圈、滚子和轴圈接触；

2)启动旋转机构，电机带动旋转主轴旋转，磨粒磨损试验开始；

3)启动沸腾床式砂砾送粉机构，一定粒度的砂砾从高压喷嘴喷到座圈、轴圈及滚子之间的推力滚子轴承滚道上，以模拟各种重载低速工况下推力滚子轴承旋转的运行情况，检测座圈、滚子和轴圈表面上薄膜的重载低速磨粒磨损情况。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

液压缸的推杆向前伸出，带动试样底座动以一定的压力推向推力滚子轴承的座圈，使座圈、滚子和轴圈接触；然后，电机带动旋转主轴旋转，磨粒磨损试验开始；最后，一定粒度的砂砾从高压喷嘴喷到试样底座圈、轴圈及滚子之间的推力滚子轴承滚道上，以模拟各种重载低速工况下推力滚子轴承旋转的运行情况，检测座圈、滚子和轴圈表面上薄膜的重磨粒磨损性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明测试重载低速薄膜磨粒磨损性能的装置的结构示意图；

图2为本发明中测试试样处的结构示意图；

其中：1-电机，2-联轴器，3-旋转主轴，4-支撑轴承，5-左壁，6-试验箱，7-高压喷嘴，8-轴圈，9-滚子，10-座圈，11-试样底座，12-定向导柱，13-直线轴承，14-右壁，15-液压缸，16-送粉管，17-沸腾床式砂砾送粉机构，18-底板，19-底座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种测试重载低速薄膜磨粒磨损性能的装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使本发明能够模拟各种磨粒工况下低速重载推力滚子轴承的运行情况，检测推力滚子轴承及其表面镀膜的磨粒磨损性能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图2所示：本实施例提供了一种测试重载低速薄膜磨粒磨损性能的装置，包括底板18、试验箱6、测试试样、旋转机构、轴向加载机构和沸腾床式砂砾送粉机构17，测试试样为一座圈10、滚子9和轴圈8的表面均镀有薄膜的推力滚子轴承，试验箱6固定设置在底板18上，轴向加载机构设置在试验箱6的右壁14上，座圈10固定设置在轴向加载机构上，轴向加载机构用于对推力滚子轴承施加轴向压力，轴向加载机构向座圈10施加压力和推力，进而使座圈10、滚子9和轴圈8之间产生轴向载荷。轴圈8套设在旋转主轴3的一端，旋转主轴3穿过试验箱6的左壁5且与左壁5转动连接，旋转主轴3的另一端与旋转机构固定连接，旋转机构带动旋转主轴3旋转，从而使滚子9和轴圈8发生转动，以模拟低速重载下推力滚子轴承的运行情况。试验箱6上方开设有通孔，通孔内安装有高压喷嘴7，高压喷嘴7的输入端与沸腾床式砂砾送粉机构17连通，沸腾床式砂砾送粉机构17用于向高压喷嘴7输送砂砾，高压喷嘴7的输出端能够延伸至推力滚子轴承处，高压喷嘴7用于向座圈10、滚子9和轴圈8处喷射砂砾，以供给试验过程中需要的各种不同粒度的砂砾。

具体的，旋转机构包括电机1，电机1为变频调速电机，电机1通过支架固定设置在底板18上，电机1的主轴通过联轴器2与旋转主轴3固定连接。本实施例中的联轴器2优选为弹性联轴器，能够实现零间隙地传递扭矩且无须维护，并通过控制变频调速电机实现主轴和旋转主轴3的无极调节。旋转主轴3通过支撑轴承4与左壁5连接，支撑轴承4优选为双列角接触球轴承，能够承受径向和轴向荷载。

轴向加载机构包括试样底座11和液压缸15，试样底座11的一端与座圈10固定连接，试样底座11中间开设有螺纹孔，液压缸15的推杆通过螺纹孔与试样底座11固定连接，并利用压紧螺母进行固定，液压缸15通过前端法兰固定在右壁14上，液压缸15连接有压力调节阀。进而通过控制压力调节阀，精确调节液压缸15对试样底座11的推力大小，即精确调节推力滚子轴承的轴向载荷。优选的，右壁14上开设有至少一个导向孔，本实施例中在液压缸15的上方、下方各开设一个，导向孔内穿设有定向导柱12，定向导柱12的一端与试样底座11固定连接，优选为螺钉连接，定向导柱12通过直线轴承13与右壁14滑动连接，以保证试样底座11轴向移动，防止试样底座11发生扭转，从而保证液压缸15、试样底座11对推力滚子轴承只产生轴向载荷。优选的，直线轴承13的材质为工程塑料，具有耐灰尘、免维护、自润滑、耐腐蚀的优良特性。

沸腾床式砂砾送粉机构17包括送粉器和送粉管16，送粉器用于盛装砂砾，送粉管16的输入端与送粉器连通，送粉管16的输出端通过管道与高压喷嘴7连通，送粉器的一侧连通有第一送粉气管，送粉管16的一侧连通有第二送粉气管，送粉管16的下侧连通有沸腾气管。第一送粉气管、第二送粉气管和沸腾气管上均设有压力调节控制阀以及压力表，通过控制压力调节控制阀，分别控制第一送粉气管、第二送粉气管的气压，并使第一送粉气管、第二送粉气管产生压力差，保证砂砾顺利的输送，并通过第一送粉气管、第二送粉气管中压力，实现送粉速度和送粉量的精确可调。高压喷嘴7上连接有喷管，喷管与高压喷嘴7连通且铰接，以实现各个方向的送粉。

需要说明的是，本实施例沸腾床式砂砾送粉机构17还可以用于悬浮液的输送。

本实施例还提供了一种测试重载低速薄膜磨粒磨损性能的方法，利用测试重载低速薄膜磨粒磨损性能的装置进行，包括以下步骤：

1)启动轴向加载机构，液压缸15的推杆向前伸出，带动试样底座11以一定的压力推向推力滚子轴承的座圈10，在承受一定轴向载荷的作用下使座圈10、滚子9和轴圈8接触；

2)启动旋转机构，电机1带动旋转主轴3旋转，轴圈8、滚子9也进行相应的转动，磨粒磨损试验开始；

3)启动沸腾床式砂砾送粉机构17，一定粒度的砂砾从高压喷嘴7喷到座圈10、轴圈8及滚子9之间的推力滚子轴承滚道上，以模拟各种重载低速工况下推力滚子轴承旋转的运行情况，检测座圈10、滚子9和轴圈8表面上薄膜的重载低速磨粒磨损情况。并可根据试验需求，使用不同粒度的砂砾，还可使用不同的悬浮液。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。