专利名称：一种气动加载式摩擦磨损试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气动加载式摩擦磨损试验枳背景技术：
现有的摩擦磨损试验机主要有液压加载式摩擦磨损试验才瓜伺服 系统试—睑机、砝码加载式试—睑才几，液压的加载方式用于大载荷加载， 其试验范围窄，适应性差。伺服系统试验机的设备较为昂贵，提高了 摩擦试验的成本。砝码加载式试验机，在进行摩擦磨损试验中其加载 载荷是固定不变的，无法实现在摩擦磨损试验过程中随时调整加载载 荷，另外，砝码式加载需要人工更换砝码来调整加载载荷，试验效率 很低，而且需要专人职守，加大了试验成本。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了 一种加载载荷范围广、 成本低的气动加载式摩擦磨损试验机^
为实现上述目的，本发明一种气动加载式摩擦磨损试验机，包括
样品台、加载机构、驱动机构、数据采集装置和机架；样品台设置在 机架上，并可在驱动机构驱动下做旋转或往复运动；加载机构包括压 头支架、摩擦压头、气缸，摩擦压头设置在压头支架上，压头支架与 气缸相连，并可在气缸操纵下使其上的摩擦压头靠压或脱离样品台上 设置的样品表面；数据采集装置设置在压头支架上，对摩擦压头施加 在样品上的压力及样品随样品台运动时作用在摩擦压头上的摩擦数据 进行采集，气缸可根据数据采集装置反馈的信息调整摩擦压头施加在 样品上的压力。
进一步，所述气缸工作时，通过调节其活塞两侧腔室中的气压来 对所述摩擦压头作用在所述样品上的压力进行调节。
进一步，所述样品台水平设置，所述气缸垂直设置，所述压头支架为倒L形，其竖直方向支承杆与导向套相连，所述导向套内还设置 有防旋结构，气缸活塞连杆与所述导向套相连，所述气缸活塞连杆驱 动所述压头支架上下移动。
进一步，所述机架上还设置有操作台，所述样品台设置在所述操 作台上，所述导向套设置在所述操作台，所述压头支架竖直支承端贯 穿所述操作台连接所述导向套。
进一步，所述驱动机构包括驱动电4几和传动轴，所述传动轴竖直 贯穿所述操作台，其一端与样品台相连，另一端与驱动电机动力相连。
进一步，所述驱动机构包括驱动电4几和传动冲几构，所述传动才几构 上设置第一连杆，所述第一连杆另一端与第二连杆铰接，所述第二连 杆与样品台底座固定，所述样品台底座可移动架设在所述操作平台上 设置的导轨上，所述样品台设置在所述样品台底座上，所述驱动电机 带动传动机构旋转，通过第一连杆和第二连杆，所述样品台底座沿所 述导轨往复运动。
进一步，所述数据采集装置包括拉压传感器和摩擦传感器，所述 拉压传感器和摩擦传感器为S形，其中所述摩^W专感器设置在所述支 承杆中部并与所述样品台平行，所述拉压传感器设置在所述压头支架 横向连杆上并与所述样品台垂直，所述摩擦传感器和所述拉压传感器 交汇处设置所述摩擦压头。
本发明的气动加栽式摩擦磨损试验机，由数据采集装置采集到的 数据信息，传送给计算机系统，计算机系统根据传感器采集的数据信 息控制气缸两侧腔室中的气压来对所述摩擦压头作用在所述样品上的 压力进行调节，从而实现无级调整加载载荷，通过选用不同规格的气 缸，令压力的调整范围更为宽泛，使摩擦磨损试验测量摩擦磨损行为 的样品材料种类更多，适用性大大提高，可有效地对摩擦副不同材质 和工艺的摩擦磨损性能进行评定。另外，本发明的摩擦磨损试验机的 结构简单，安装和使用方便，试验机的整体造价相对低廉，有效控制 了进行摩擦试验的成本。
图1为实施例1中本发明气动加载式摩擦磨损试验机的主视图；图2为实施例1中本发明气动加载式摩擦磨损试验机的右视欧 图3为实施例2中本发明气动加载式摩擦磨损试验机的右视图； 图4为图1中往复运动机构A部放大俯-见图。
具体实施例方式
实施例1:
如图1、 2和4所示，本发明气动加载式摩擦磨损试验机，包括样 品台3、加载机构、往复运动机构6和机架1，机架l上端设置有一操 作台11,操作台11上设置往复运动机构6，机架1的底座上有一沿竖 直方向设置的气缸4，操作台11的下表面设置有导向套43,气缸4的 活塞杆通过导向套43与压头支架2相连，压头支架2为倒L形，其竖 直方向支承杆与导向套43相连，水平方向连杆上设置有一沿竖直方向 向下延伸的悬臂22,悬臂22上有一沿竖直方向设置的拉压传感器221， 拉压传感器221用于采集试验过程中的加载载荷，压头支架2中部还 设置有一与操作台11相平行的水平固定杆21,水平固定杆21上设置 有一与操作台ii相平行的摩擦传感器211,摩擦传感器221用于采集 试验过程中的摩擦力，其中拉压传感器和摩擦传感器211均为S形， 水平连杆21与悬臂22交汇出设置摩擦压头23,该摩擦压头23垂直压 持在样品台3上的样品上，操作台11的下表面还设置有传动机构5， 驱动电才几与传动机构5动力相连，传动机构5和往复运动4几构6之间 通过一沿竖直方向设置的旋转轴相连，驱动电机带动传动机构5旋转 从而带动往复运动机构6运动，往复运动机构6包括旋转台61、第一 连杆62、第二连杆64和滑动导轨63，旋转台61与所述^:转轴相连， 旋转台61上固定第一连杆62,第 一连杆62另 一端与第二连杆64 4史^t妄， 第二连杆64另一端与样品台基座31相连，样品台3通过样品台基座 31架设在滑动导轨63上，滑动导轨63起导向的两侧面为一沿滑动导 轨63长度方向延伸的凹槽，样品台基座31的底部有与该凹槽相配的 凸起，使样品台基座31架设在滑动导轨63上并可以沿滑动导轨63移 动，滑动导轨63与操作台ll相固定并且与操作台ll上表面相平行， 滑动导轨63可选用滚动导轨，可减少摩擦阻力，提高测试精度。驱动 电机带动传动机构5旋转从而驱动样品台3在滑动导轨63上往复运动。气缸4上具有上、下两个通气口41, 42，上、下两通气口41, 42 通过两条送气管道与储气罐相连，气缸4内的进气量分别由在上端管 道上设置的电子减压阀和下端管道上设置的减压阀控制。由于压头支 架2和其上固定的传感器和摩擦压头的重量是固定的，为了使摩擦行 为测试更加准确，通过调整气缸活塞两侧腔室中的气压，使下端腔室 内的气压始终保持与压头支架2的重量相等。气缸4上端通气口的通 气量通过电子减压阀控制，计算机控制系统接收到拉压传感器221采 集到的压力信息，控制电子减压阀调整气缸4上通气口 41通入的气体 量，可以无级调整摩擦压头23的加载栽荷，使加载载荷的精度和调整 范围均有大幅度提高。另外，导向套43上还设置了防止压头支架2在 上下移动运动过程中周向旋转的防旋结构44，防旋结构44以销轴的形 式设置，防旋结构44也可以为直线轴承设置在导向套43内，使其直 接与气缸活塞杆和压头支架2底端相连，保证压头支架2在上下移动 过程均沿直线移动不会产生周向旋转。另外，防旋结构44也可以采用 其它常规的防旋设置方法。
压头支架2上设置了沿竖直方向和水平方向的拉压传感器221 ，摩 擦传感器211,由传感器采集到的信号通过计算机控制加载载荷的大 �。鼓Σ潦匝橥耆远Σ潦匝椴僮鞲奖愫涂旖�。另外， 由于摩擦试验所选取的样品本身的粗糙度不一致，样品台3的表面也 不可能为绝对的平面，如此样品放置在样品台3上后，其表面不能保 证为一平面，在此状态下进行摩擦试验，在试验过程中就会产生一波 动，给摩擦试验的测试精度带来负面影响。摩擦时产生的摩擦力F=f xN，其中f为摩擦系数，N为所加载的法向载荷，所测的摩擦系数f与 摩擦力F和加载的载荷N相关，其中摩擦力F是时刻变化的，在以前 的摩擦试验中没有考虑到样品和样品台共同产生的波动对摩擦系数的 影响，由于受波动的影响，摩擦力F和加载栽荷N在摩擦磨损试验过 程中均有变化，保持加载载荷N为一定值进行摩擦试验，测量出的摩 擦系数f的精度不够准确，因此本发明设置了两个传感器时刻测量摩 擦力和加载载荷的变化，在一定程度上消除了波动对测量的影响，使
摩擦试验的测量精度更加准确。 实施例2:本发明的装置既可以测量样品在往复运动时的摩擦行为，还可以
测量样品在旋转时的摩擦行为，如图3所示，将往复运动机构替换为 旋转机构，旋转机构包括样品台3和样品台底座7，样品台3放置在样 品台底座7上，样品台底座7固定在操作台11上，样品台底座7上具 有沿竖直方向设置的旋转输出轴，所述旋转输出轴一端连接样品台底 座7，另一端与驱动电机动力相连，从而电机驱动样品台3旋转，实现 旋转运动时的摩擦行为测量，本发明装置的其它部分均与实施例1相 同。
本发明的气动加载式摩擦磨损试验机，由传感器采集到的数据信 息，传送给计算机系统，计算机系统根据传感器采集的数据信息控制 电子减压阀调节气缸的通气量，对摩擦压头的压力进行调整，从而实 现无级调整加载载荷，采用不同规格的气缸，压力的调整范围不同， 使压力调整范围更为宽泛，另外，本发明在水平和竖直方向各i殳置一 传感器，既能有效测试出样品运动过程中的摩擦力又可以实时监测到 加载载荷的变化，通过计算机建立模型，消除了摩擦过程中样品波动 对摩擦测量的影响，提高了测量的精确度。本发明的摩擦试验机的结 构简单，安装和使用方便，试验机的整体造价相对低廉，有效控制了 进行摩擦试验的成本。
权利要求
1. 一种气动加载式摩擦磨损试验机，包括样品台、加载机构、驱动机构、数据采集装置和机架；样品台设置在机架上，并可在驱动机构驱动下做旋转或往复运动；加载机构包括压头支架、摩擦压头，摩擦压头设置在压头支架上，其特征在于，所述加载机构还包括气缸，所述压头支架与所述气缸相连，并可在所述气缸操纵下使其上的摩擦压头靠压或脱离样品台上设置的样品表面；数据采集装置设置在压头支架上，对摩擦压头施加在样品上的压力及样品随样品台运动时作用在摩擦压头上的摩擦数据进行采集，气缸可根据数据采集装置反馈的信息调整摩擦压头施加在样品上的压力。
2. 如权利要求l所述的气动加载式摩擦磨损试验机，其特征在于，所述 气缸工作时，通过调节其活塞两侧腔室中的气压来对所述摩擦压头作 用在所述样品上的压力进行调节。
3. 如权利要求l所述的气动加载式摩擦磨损试验机，其特征在于，所述 样品台水平设置，所述气缸垂直设置，所述压头支架为倒L形，其竖 直方向支承杆与导向套相连，所述导向套内还设置有防旋结构，气缸 活塞连杆与所述导向套相连，在所述气缸活塞连杆驱动下所述压头支 架上下移动。
4. 如权利要求l所述的气动加载式摩擦磨损试验机，其特征在于，所述 机架上还设置有操作台，所述样品台设置在所述操作台上，所述导向 套设置在所述操作台上，所述支岸"干贯穿所述操作台，并与所述导向 套相连。
5. 如权利要求l所述的气动加栽式摩纟察磨损试-睑^L，其特征在于，所述 驱动机构包括驱动电机和传动轴，所述传动轴竖直贯穿所述操作台， 其一端与样品台相连，另一端与驱动电机动力相连。
6. 如权利要求l所述的气动加载式摩擦磨损试验机，其特征在于，所述 驱动机构包括驱动电机和传动4几构，所述传动4几构上设置第 一连杆， 所述第一连杆另 一端与第二连杆4交接，所述第二连杆与样品台底座固 定，所述样品台底座可移动架设在所述操作平台上设置的导轨上所 述样品台设置在所述样品台底座上，所述驱动电机带动传动机构旋转，通过第一连杆和第二连杆，所述样品台底座沿所述导轨往复运动。
7.如权利要求l所述的气动加载式摩擦磨损试验机，其特征在于，所述 数据采集装置包括拉压传感器和摩擦传感器，所述拉压传感器和摩擦 传感器为S形，其中所述摩擦传感器设置在所述支承杆中部并与所述 样品台平行，所述拉压传感器设置在所述压头支架横向连杆上并与所 述样品台垂直，所述摩擦传感器和所述拉压传感器交汇处设置所述摩 擦压头。
全文摘要
本发明公开了一种气动加载式摩擦磨损试验机，包括样品台、加载机构、驱动机构、数据采集装置和机架；样品台设置在机架上，并可在驱动机构驱动下做旋转或往复运动；加载机构包括压头支架、摩擦压头、气缸，摩擦压头设置在压头支架上，压头支架与气缸相连，并可在气缸操纵下使其上的摩擦压头靠压或脱离样品台上设置的样品表面；数据采集装置对摩擦压头施加在样品上的压力及摩擦数据进行采集，气缸根据数据采集装置反馈的信息调整摩擦压头施加在样品上的压力。本发明的气动加载式摩擦磨损试验机，由传感器采集压力信息，通过计算机控制电子减压阀调节气缸的通气量，压力的调整范围更为宽泛，可有效地对摩擦副不同材质和工艺的摩擦磨损性能进行评定。
文档编号G01N3/56GK101413861SQ200810227959
公开日2009年4月22日 申请日期2008年12月3日 优先权日2008年12月3日
发明者原 夏, 光 李, 陈支通 申请人:中国科学院力学研究所
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