摩擦试验装置

1.本发明涉及摩擦学领域，尤其是涉及一种摩擦试验装置。


背景技术：

2.摩擦发生在任何具有相对运动的两个零件之间，摩擦造成的磨损是材料失效的主要原因。研究磨损的产生，对指导零件升级，改善材料性能具有重要意义。现有的摩擦磨损试验机主要研究摩擦力与位移在不同载荷下材料的磨损机理，简单匀速的模仿材料在设备运行中的摩擦过程。但在实际工况中，材料磨损通常是非恒速摩擦行为导致，比如车带加速减速过程；活塞类的金属摩擦；发动机轴承的微动摩擦；活塞杆与曲轴之间的摩擦行为等等，而现有设备无法在微动摩擦和正常摩擦试验之间进行切换，因此需要多套设备才能进行复杂变速摩擦的研究。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种摩擦试验装置，能够实现微动摩擦和正常摩擦试验之间的切换。
4.一方面，本发明提供的摩擦试验装置，包括第一弹力件、驱动组件和摩擦组件；
5.所述驱动组件包括凸轮；
6.所述摩擦组件包括载荷组件和固定组件，所述第一弹力件与所述载荷组件配合，且所述第一弹力件施加给所述载荷组件朝向所述凸轮方向的弹力，所述凸轮的环面与所述载荷组件相抵；和/或所述第一弹力件与所述固定组件配合，且所述第一弹力件施加给所述固定组件朝向所述凸轮方向的弹力，所述凸轮的环面与所述固定组件相抵；
7.所述载荷组件与所述固定组件上的样品抵接，当所述载荷组件与所述固定组件发生相对滑动时，所述载荷组件与样品发生摩擦。
8.进一步的，所述摩擦试验装置包括台架，所述固定组件与所述台架滑动配合，所述固定组件的滑动方向为第一方向，所述第一弹力件位于所述固定组件与所述台架之间；
9.所述载荷组件与所述台架之间通过限位件配合连接，所述限位件限制所述载荷组件沿第一方向滑动。
10.进一步的，所述限位件包括设置在所述台架上的滑轨和设置在所述载荷组件上的滑槽，所述滑轨与所述滑槽配合，所述载荷组件的滑动方向与第一方向垂直。
11.进一步的，所述载荷组件与所述台架之间设有丝杠组件，所述丝杠组件用于驱动所述载荷组件沿垂直于第一方向滑动。
12.进一步的，所述驱动组件包括动力件、第一轮轴和第二轮轴，所述动力件与所述第一轮轴传动配合，所述第二轮轴与所述凸轮的侧端面相连，且所述第二轮轴与所述凸轮同轴，所述第一轮轴与所述第二轮轴通过卡接组件同轴配合。
13.进一步的，所述卡接组件包括滑动件、设置在所述第一轮轴上的卡槽和设置在所述第二轮轴上的凸块，所述卡槽具有槽口，所述凸块能够沿垂直于所述凸轮轮轴的方向通
过所述槽口插入所述卡槽内，所述第一轮轴对应所述槽口处设有滑动件，所述滑动件与所述第一轮轴滑动配合，所述滑动件与所述第一轮轴之间设有第二弹力件，所述第二弹力件的弹力作用于所述滑动件使得所述滑动件滑动至封闭所述槽口。
14.进一步的，所述滑动件为套筒，所述套筒具有内腔，所述内腔具有第一开口和第二开口，所述第一轮轴通过所述第一开口和所述第二开口穿过所述内腔，所述套筒能够在所述第二弹力件的弹力作用下滑动，以使得所述第二轮轴通过所述第一开口插入所述内腔内。
15.进一步的，所述第一轮轴和所述第二轮轴的数量均为两个，所述动力件与至少一个所述第一轮轴传动配合，两个所述第一轮轴对称间隔设置，两个所述第二轮轴分别设置在所述凸轮的两侧端面上。
16.进一步的，所述载荷组件包括支撑板、压力传感器和摩擦件，所述支撑板上设有所述滑槽，所述压力传感器与所述支撑板相连，所述摩擦件设置在所述压力传感器上。
17.进一步的，所述摩擦件包括基座、紧固件和摩擦头，所述紧固件包括置物腔，所述置物腔具有相对设置的第三开口和第四开口，所述摩擦头位于所述置物腔内，且摩擦头的至少一部分从所述第三开口伸出，所述基座的至少一部分通过所述第四开口伸入所述置物腔内，所述摩擦头分别与所述基座和所述置物腔的内壁相抵，所述基座与所述紧固件啮合。
18.进一步的，所述固定组件包括固定本体和第一推力件，所述第一推力件的一端与所述固定本体相连，另一端与所述凸轮的环面相抵。
19.进一步的，所述固定本体包括底座和盖板，所述底座上设有一端开口的样品腔，所述盖板位于所述样品腔内，且所述盖板与所述底座之间通过螺栓连接，所述盖板上设有窗口结构。
20.进一步的，所述第一推力件包括滚轮和杆件，所述杆件的一端与所述固定本体相连，另一端与所述滚轮转动配合，所述滚轮的轮环面与所述凸轮抵接。
21.有益效果：
22.本发明通过设计凸轮形状，定制出满足工况需求的凸轮零件，实现了不同工况下的摩擦研究方案。凸轮沿周向方向的各处环面与凸轮的轴线之间的距离不完全相同，该距离包括最大距离，即凸轮环面最远离轴线的部分，和最小距离，即凸轮环面最靠近轴线的部分，最大距离与最小距离之间的距离差值，为载荷组件的最大行程，通过改变凸轮的形状，可以改变凸轮环面的最大距离与最小距离之间的距离差值，进而改变载荷组件和固定组件中至少一者的行程距离，最终改变载荷组件和固定组件之间的相对位移，从而实现微动摩擦和正常摩擦之间的切换。由于凸轮制造方便，因此可降低更换设备的成本，并适用各种复杂工况，为试验研究带来便易。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
24.图1为本发明实施例提供的摩擦试验装置的整体结构示意图；
25.图2为本发明实施例提供的固定组件和摩擦件的一种配合示意图；
26.图3为本发明实施例提供的凸轮处的一种结构示意图；
27.图4为本发明实施例提供的凸轮处的另一种结构示意图；
28.图5为本发明实施例提供的固定组件的一种结构示意图。
29.图标：1
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台架；2
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基座；3
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固定组件；4
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凸轮；5
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动力件；6
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第一弹力件；7
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压力传感器；8
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支撑板；9
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螺杆；10
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电机；11
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载荷组件；12
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固定本体；13
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样品；14
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摩擦件；15
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滑轨；16
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围栏；17
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第二轮轴；18
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滑动件；19
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第一轮轴；20
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第二弹力件；21
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凸块；22
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卡槽；23
‑
窗口结构；24
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盖板；25
‑
样品腔。
具体实施方式
30.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动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。
31.实施例1
32.根据图1至图5所示的摩擦试验装置，包括第一弹力件6、驱动组件和摩擦组件；
33.驱动组件包括凸轮4；
34.摩擦组件包括载荷组件11和固定组件3，第一弹力件6与固定组件3配合，且第一弹力件6施加给固定组件3朝向凸轮4方向的弹力，凸轮4的环面与固定组件3相抵；
35.载荷组件11与固定组件3上的样品13抵接，当载荷组件11与固定组件3发生相对滑动时，载荷组件11与样品13发生摩擦。
36.凸轮4的环面与固定组件3相抵，由于凸轮4的环面沿周向各处与凸轮4轴线的距离不完全一致，固定组件3与凸轮4的环面相抵，即固定组件3与凸轮4的轴线之间距离等于该处环面与轴线之间的距离，在凸轮4逆时针转动时，固定组件3沿凸轮4的周向方向保持固定，因此可等效为凸轮4固定而固定组件3沿顺时针绕凸轮4周向转动，且固定组件3始终与凸轮4的环面相抵，因此固定组件3与凸轮4的轴线之间距离不断改变，即凸轮4在转动时，其环面不断推动固定组件3移动，当凸轮4转动过程中，其环面逐渐远离轴线时，固定组件3受推动朝向远离凸轮4轴线的方向移动，当其环面逐渐靠近轴线时，固定组件3受到第一弹力件6的弹力作用朝靠近轴线的方向移动，直到其与环面相抵。固定组件3以凸轮4转动一圈为一个循环周期，进行往复移动，本方案中的凸轮4环面为连续且平滑的曲面，随着凸轮4的转动，固定组件3可连续进行往复移动，载荷组件11不受凸轮4的驱动，在沿固定组件3往复移动的方向上保持与凸轮4的轴线之间的距离固定，因此在移动过程中，载荷组件11与固定组件3发生相对滑动，由于载荷组件11与固定组件3上的样品13抵接，载荷组件11在往复移动时，与样品13发生摩擦。
37.本发明通过设计凸轮4形状，定制出满足工况需求的凸轮4零件，实现了不同工况下的摩擦研究方案。凸轮4沿周向方向的各处环面与凸轮4的轴线之间的距离不完全相同，该距离包括最大距离，即凸轮4环面最远离轴线的部分，和最小距离，即凸轮4环面最靠近轴线的部分，最大距离与最小距离之间的距离差值，为固定组件3的最大行程距离，由于载荷组件11不受凸轮4驱动，因此固定组件3的最大行程距离为固定组件3与载荷组件11之间的
最大相对滑动距离，由于微动摩擦和正常摩擦之件的区别在于最大相对滑动距离的数值范围，因此通过改变凸轮4的形状，可以改变凸轮4环面的最大距离与最小距离之间的距离差值，进而改变固定组件3的最大行程距离，从而实现微动摩擦和正常摩擦之间的切换。由于凸轮4制造方便，因此可降低更换设备的成本，并适用各种复杂工况，为试验研究带来便易。
38.在一种可选的实施方式中，摩擦试验装置包括台架1，固定组件3与台架1滑动配合，固定组件3的滑动方向为第一方向，第一弹力件6位于固定组件3与台架1之间；
39.载荷组件11与台架1之间通过限位件配合连接，限位件限制载荷组件11沿第一方向滑动。
40.台架1的作用是分别对载荷组件11和固定组件3进行限位，以使得载荷组件11和固定组件3中的一个能够随凸轮4的转动而往复移动，且移动方向为第一方向，另一个在沿第一方向上固定，使得两者之间产生相对移动，此时载荷组件11与固定组件3之间的相对移动距离等于沿载荷组件11或固定组件3沿第一方向的行程距离；或者，载荷组件11和固定组件3分别进行相互独立的往复移动。载荷组件11和固定组件3之间的相对滑动距离为其两者的各自的移动距离的差值。
41.优选地，本方案中的固定组件3随凸轮4的转动而发生沿第一方向的往复移动，固定组件3与台架1之间滑动配合，滑动的方向为第一方向，第一弹力件6的作用是对固定组件3提供弹力，该弹力的方向与凸轮4环面对固定组件3的推动方向相反，从而使得固定组件3始终与凸轮4的环面相抵。载荷组件11沿第一方向固定，从而保证了固定组件3与载荷组件11之间的最大相对移动距离为固定组件3的行程距离，从而简化了凸轮4的结构，并且由于载荷组件11沿第一方向固定，不需要沿第一方向的移动装置，因此简化了摩擦试验装置的移动装置结构。
42.在一种可选的实施方式中，限位件包括设置在台架1上的滑轨15和设置在载荷组件11上的滑槽，滑轨15与滑槽配合，载荷组件11的滑动方向与第一方向垂直。
43.载荷组件11与台架1之间通过限位件实现配合，具体通过滑槽与滑轨15的配合实现沿第一方向的限位。滑槽的滑动方向与第一方向垂直，滑轨15嵌设在滑槽内，滑槽的侧壁对滑轨15进行约束，以使得载荷组件11只能沿垂直于第一方向滑动，通过载荷组件11的滑动，使得载荷组件11能够靠近或远离固定组件3，当固定组件3更换样品13时，载荷组件11滑动远离固定组件3，当固定组件3完成样品13的装配，载荷组件11滑动靠近固定组件3并与样品13相抵。
44.载荷组件11与固定组件3分别与台架1滑动配合，其中固定组件3与台架1滑动配合，固定组件3的滑动方向为第一方向，载荷组件11通过滑轨15和滑槽与台架1滑动配合，载荷组件11的滑动方向与第一方向垂直，固定组件3的滑动实现了其与载荷组件11之间的相对滑动，从而实现载荷组件11对样品13的摩擦，载荷组件11的滑动实现了其与样品13之间的脱离和相抵。
45.在一种可选的实施方式中，载荷组件11与台架1之间设有丝杠组件，丝杠组件用于驱动载荷组件11沿垂直于第一方向滑动。
46.丝杠组件包括螺杆9和电机10，螺杆9与台架1转动配合，电机10驱动螺杆9转动，载荷组件11与螺杆9啮合，载荷组件11通过滑轨15和滑槽与台架1滑动配合，滑槽和滑轨15配合限制了载荷组件11绕螺杆9周向的转动，因此当电机10驱动螺杆9转动时，载荷组件11受
到螺杆9的推动，发生垂直于第一方向的滑动。
47.丝杆组件一方面用于驱动载荷组件11靠近或远离样品13，另一方面用于对载荷组件11提供抵紧样品13的作用力。
48.在一种可选的实施方式中，驱动组件包括动力件5、第一轮轴19和第二轮轴17，动力件5与第一轮轴19传动配合，第二轮轴17与凸轮4的侧端面相连，且第二轮轴17与凸轮4同轴，第一轮轴19与第二轮轴17通过卡接组件同轴配合。
49.第一轮轴19与动力件5传动配合，以达到驱动凸轮4转动的目的，凸轮4与第二轮轴17之间螺栓连接或其他连接方式，以达到固定的效果，第一轮轴19与第二轮轴17之间通过卡接组件可拆卸连接，以便于更换凸轮4。
50.在一种可选的实施方式中，卡接组件包括滑动件18、设置在第一轮轴19上的卡槽22和设置在第二轮轴17上的凸块21，卡槽22具有槽口，凸块21能够沿垂直于凸轮4轮轴的方向通过槽口插入卡槽22内，第一轮轴19对应槽口处设有滑动件18，滑动件18与第一轮轴19滑动配合，滑动件18与第一轮轴19之间设有第二弹力件20，第二弹力件20的弹力作用于滑动件18使得滑动件18滑动至封闭槽口。
51.滑动件18的作用是封闭卡槽22的槽口，以使得卡槽22内的凸块21无法反向从卡槽22内退出，滑动件18在第一轮轴19上滑动，当凸块21从槽口进入卡槽22内时，克服第二弹力件20的弹力作用推动滑动件18远离槽口位置，此时槽口处于开放状态，将凸块21从槽口插入卡槽22内后，再释放滑动件18，滑动件18在第二弹力件20的弹力作用下复位，滑动件18滑动至将卡槽22的槽口处，将槽口封闭从而阻挡凸块21反向滑出卡槽22。
52.卡槽22的截面为梯形或矩形。
53.在一种可选的实施方式中，滑动件18为套筒，套筒具有内腔，内腔具有第一开口和第二开口，第一轮轴19通过第一开口和第二开口穿过内腔，套筒能够在第二弹力件20的弹力作用下滑动，以使得第二轮轴17通过第一开口插入内腔内。
54.内腔具有第一开口和第二开口，第一轮轴19通过第一开口和第二开口穿过套筒的内腔，第二轮轴17也能够从第一开口穿入内腔。当凸块21从槽口进入卡槽22内时，克服第二弹力件20的弹力作用推动套筒，使得套筒在第一轮轴19上滑动远离槽口位置，此时槽口露出并处于开放状态，将凸块21从槽口插入卡槽22内后，再释放套筒，套筒在第二弹力件20的弹力作用下复位，套筒滑动至将卡槽22的槽口处，并且第二轮轴17也通过第一开口穿入内腔，由于卡槽22进入内腔内，因此槽口受到内腔的腔壁的封堵，从而阻挡凸块21反向滑出卡槽22。
55.在一种可选的实施方式中，第一轮轴19和第二轮轴17的数量均为两个，动力件5与至少一个第一轮轴19传动配合，两个第一轮轴19对称间隔设置，两个第二轮轴17分别设置在凸轮4的两侧端面上。
56.两个第一轮轴19分别从两侧对凸轮4进行夹持，以保证凸轮4在转动时的稳定性，两个第一轮轴19对称间隔设置，两个第一轮轴19之间存在用于容纳凸轮4和两个第二轮轴17的间距，且两个卡槽22的槽口方向一致，凸轮4沿垂直于轴线的方向卡入间距内，凸轮4上的两个第二轮轴17分别与对应的第一轮轴19配合，凸块21分别插入各自的卡槽22内，由于两个第一轮轴19对称设置，因此两个凸块21插入各自卡槽22的方向一致，可随凸轮4卡入间距时插入各自的卡槽22内，简化了装配流程，最后释放套筒，套筒在第二弹力件20的弹力作
用下复位。
57.优选地，卡槽22的截面为矩形。
58.在一种可选的实施方式中，载荷组件11包括支撑板8、压力传感器7和摩擦件14，支撑板8上设有滑槽，压力传感器7与支撑板8相连，摩擦件14设置在压力传感器7上。
59.支撑板8与台架1之间通过滑槽与滑轨15的配合相连，同时丝杠组件的螺杆9与支撑板8啮合，使得支撑板8对摩擦件14产生推力，摩擦件14在推力作用下与样品13抵紧。
60.测力传感器用于测量摩擦过程中摩擦件14与样品13之间的压力和两者之间的摩擦力，同时台架1上安装光栅系统，用于测量固定组件3在往复移动过程中的位移与速度。
61.在一种可选的实施方式中，摩擦件14包括基座2、紧固件和摩擦头，紧固件包括置物腔，置物腔具有相对设置的第三开口和第四开口，摩擦头位于置物腔内，且摩擦头的至少一部分从第三开口伸出，基座2的至少一部分通过第四开口伸入置物腔内，摩擦头分别与基座2和置物腔的内壁相抵，基座2与紧固件啮合。
62.基座2与紧固件啮合，基座2与紧固件之间的啮合转动圈数决定了基座2伸入置物腔内的长度，摩擦头受到基座2的抵紧，同时受到置物腔内壁的约束，使其在置物腔内保持固定，且一部分伸出第三开口，通过窗口结构23与样品13接触。
63.在一种可选的实施方式中，固定组件3包括固定本体12和第一推力件，第一推力件的一端与固定本体12相连，另一端与凸轮4的环面相抵。
64.第一推力件为杆件结构，第一推力件的一端与凸轮4的环面相抵，凸轮4的环面两侧边缘分别设有围栏16，围栏16沿凸轮4的径向凸出凸轮4的环面，第一推力件与凸轮4相抵的一端位于两个围栏16之间，两个围栏16对第一推力件产生沿凸轮4轴向方向的约束，以避免第一推力件在移动时由于晃动而与凸轮4偏移。
65.在一种可选的实施方式中，固定本体12包括底座和盖板24，底座上设有一端开口的样品腔25，盖板24位于样品腔25内，且盖板24与底座之间通过螺栓连接，盖板24上设有窗口结构23。
66.盖板24的作用是压紧样品13，使得样品13固定在样品腔25内，盖板24与底座之间通过螺栓连接，以便于调整盖板24对样品13的压紧力。
67.底座与第一推力件相连，且底座与台架1之间通过轨道装置滑动配合。
68.在一种可选的实施方式中，第一推力件包括滚轮和杆件，杆件的一端与固定本体12相连，另一端与滚轮转动配合，滚轮的轮环面与凸轮4抵接。
69.实施例2
70.第一弹力件6与载荷组件11配合，且第一弹力件6施加给载荷组件11朝向凸轮4方向的弹力，凸轮4的环面与载荷组件11相抵。
71.凸轮4的环面与载荷组件11相抵，由于凸轮4的环面沿周向各处与凸轮4轴线的距离不完全一致，载荷组件11与凸轮4的环面相抵，即载荷组件11与凸轮4的轴线之间距离等于该处环面与轴线之间的距离，在凸轮4逆时针转动时，载荷组件11沿凸轮4的周向方向保持固定，因此可等效为凸轮4固定而载荷组件11沿顺时针绕凸轮4周向转动，且载荷组件11始终与凸轮4的环面相抵，因此载荷组件11与凸轮4的轴线之间距离不断改变，即凸轮4在转动时，其环面不断推动载荷组件11移动，当凸轮4转动过程中，其环面逐渐远离轴线时，载荷组件11受推动朝向远离凸轮4轴线的方向移动，当其环面逐渐靠近轴线时，载荷组件11受到
第一弹力件6的弹力作用朝靠近轴线的方向移动，直到其与环面相抵。载荷组件11以凸轮4转动一圈为一个循环周期，进行往复移动，本方案中的凸轮4环面为连续且平滑的曲面，随着凸轮4的转动，载荷组件11可连续进行往复移动，在移动过程中，载荷组件11与固定组件3发生相对滑动，由于载荷组件11与固定组件3上的样品13抵接，载荷组件11在往复移动时，与样品13发生摩擦。
72.实施例3
73.凸轮4沿轴向具有第一环面和第二环面，第一环面与第二环面的轮廓一致，沿凸轮4的周向存在相位差，或第一环面与第二环面的轮廓不完全一致，第一环面与载荷组件11相抵，第二环面与固定组件3相抵，第一弹力件6的数量为两个，分别对应固定组件3和载荷组件11，当凸轮4转动过程中，第一环面推动载荷组件11独立移动，第二环面推动固定组件3独立移动。载荷组件11和固定组件3分别以凸轮4转动一圈为一个循环周期，进行相互独立的往复移动。当载荷组件11正向移动时，固定组件3可正向移动或反向移动，当载荷组件11与固定组件3的移动方向相反时，载荷组件11和固定组件3之间的相对滑动距离为其两者的各自的移动距离的差值，因此可在相对滑动距离一定的前提下，减少载荷组件11和固定组件3各自的移动距离，从而降低了载荷组件11和固定组件3的行程要求。
74.在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
75.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
76.最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。