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专利名称：一种磨损原位测量的摩擦磨损试验机的制作方法
技术领域：
本发明属于摩擦磨损测量装置，通过回转相对运动，获得设定工况下材料配副的摩擦系数、磨损量以及磨损表面图像，评价材料的摩擦磨损性能。
背景技术：
摩擦磨损试验机是一种通过测量摩擦系数和磨损量，评定摩擦副摩擦磨损性能的装置。摩擦系数通常由摩擦磨损试验机在线测量，磨损量采用离线测量。全面评定材料的摩擦学性能，则要求在多种工况(如不同润滑状态及润滑介质) 下进行实验，得出材料在不同工况下的摩擦系数及磨损量。而通常情况下的摩擦磨损试验机只能做单一工况的摩擦磨损实验。连续测量不同磨损阶段的摩擦系数和磨损相对量对于评价材料的摩擦学性能非常重要。目前的试验机大多可以实现摩擦系数的在线采集，磨损量的测量通常采用离线方法。离线测量的最大问题在于试样的拆装会导致测量前后磨痕无法吻合，从而改变了试验工况的连续性。少数试验机也采用原位测量方法，但通常采用昂贵的磨痕截面扫描设备， 如，形貌仪，获得二维曲线，从而近似获得磨损量，但是由于磨痕的不连续性，采用局部截面二维曲线难以反映整体磨损情况。为此，发明一种可实现磨痕原位测量的摩擦磨损试验机具有重要的意义。

发明内容
针对当前摩擦磨损试验机存在的问题，本发明的目的在于提供一种磨损原位测量的摩擦磨损试验机，在无润滑或不同介质润滑条件下进行多种摩擦配副的摩擦磨损实验; 提供一种基于数字图像的自动化磨损量原位测量装置，重点解决了无拆装的磨损连续、原位测量问题；通过试验获得试样在整个试验过程中的摩擦系数、磨损形貌、磨损相对量，从而评价材料在长周期摩擦磨损过程中的性能。本发明的技术方案是这样实现的一种磨损原位测量的磨擦磨损试验机包括设置于实验台上的摩擦磨损测量装置，设置于实验台上的磨损原位测量装置，设置于实验台上的润滑装置。所述摩擦磨损测量装置包括设于实验台上的旋转平台，下试样通过定位螺钉固定于旋转平台上，应变杆支架通过四个螺钉固定于实验台上，应变杆通过固定螺母和支撑轴的轴肩固定于支撑轴上，支撑轴由应变杆支架通过轴承支撑，上试样固定于夹具中，夹具和砝码盘通过螺纹联接固定于应变杆前端，应变杆后端设有平衡块，平衡块与应变杆通过螺纹连接，测量上下试样摩擦力的传感器设置于应变杆上。所述磨损原位测量装置包括通过磁力吸附于实验台上的磁力座位于旋转平台右侧，微位移台固定于磁力座上，通过螺钉固定于微位移台伸出端的USB数字显微镜，其前端的摄像头位于下试样上方并对准摩擦副的磨痕。
所述润滑装置包括接油盒、油池和泵分别通过螺钉固定于实验台上，出油嘴及油管接头通过螺纹联接固定于实验台上，位于旋转平台左侧，油管连接油池、泵、出油嘴、接油盒形成供油回路。所述应变杆上用于固定砝码盘和夹具的孔为长条形，可实现上下试样相对位置的调整。所述实验台上固定应变杆支架的孔有三组，实现应变杆支架位置的调整。所述夹具有三组球夹具、销夹具和环夹具，实现球盘、环盘和销盘摩擦副的摩擦磨损实验。所述实验台上固定出油嘴的孔为长条形，实现出油嘴位置的调整，使其提供润滑介质时对准摩擦副。本发明一种磨损原位测量的摩擦磨损试验机与现有的摩擦磨损试验机相比，有以下优点1「可进行干摩擦、不同介质如生理盐水、润滑油及其它液体环境(包括腐蚀性液体)条件下的摩擦磨损实验。2「通过更换夹具，可实现销盘、球盘、环盘摩擦副的摩擦磨损实验。3「可实现可视化的磨损原位自动化测量、提供磨损部位高倍放大图像，建立试样不同磨损阶段摩擦系数、表面形貌、磨损量的对应关系。实验中，只需设定自动采集磨损量的时间，不需要将下试样取下便可进行磨损量的自动测量。


图1是本发明的一种磨损原位测量的摩擦磨损试验机的结构主视图；图2是图1的俯视图；图3是图1的局部放大视图；图4是本发明的一种销夹具的结构主视图；图5是图4的左视图；图6是本发明的一种环夹具的结构主视图；图7是图6的左视图；图8是本发明的一种磨损原位测量系统的框图；图中:1、实验台；2、油管；3、油泵；4出油嘴；5、接油盒；6、旋转台；7、下试样；8、球夹具；9、应变杆；10、砝码盘；11、球试样；12、平衡块；13、应变杆支架；14、支撑轴；15、固定螺母；16、微位移台；17、磁力座；18、USB数字显微镜；19、油池；20、销夹具；21、销试样；22、 环夹具；23、环试样。
具体实施例方式图1、图2、图3所示，本发明一种磨损原位测量的摩擦磨损试验机的一种具体实施方案，主要包括实验台1，设置于实验台1上的摩擦磨损测量装置，设置于实验台1上的磨损原位测量装置和润滑装置。摩擦磨损测量装置中，旋转台6设于实验台1上，由电机驱动。下试样7由定位螺钉固定于旋转平台1上，与旋转台6 —起回转，应变杆支架13通过四个螺钉固定于实验台1上，应变杆9由固定螺母15和支撑轴14的轴肩固定于支撑轴14上，支撑轴14由应变杆支架13通过轴承支撑，上试样可以是球、环、盘，以球为例，球试样11装夹于球夹具8中，球夹具8和砝码盘10通过螺纹联接固定于应变杆9前端，砝码盘10用于放置砝码，提供上、 下试样摩擦副的正应力，应变杆9后端设有平衡块12，平衡块12与应变杆9通过螺纹连接， 方便调整应变杆水平平衡，测量上下试样摩擦力的传感器为由四个电阻应变片组成的全桥电路，贴于应变杆上。磨损原位测量装置中，磁力座17通过磁力吸附于实验台1上，位于旋转台6的右侧，其上的磁力开关可控制磁力的有无，USB数字显微镜18固定于微位移台16上，微位移台16固定于磁力座上，用于调整USB数字显微镜18摄像头的位置，使其对准磨痕，以便测量下试样的磨损量。润滑装置中，接油盒5、油池19和泵3分别通过螺钉固定于实验台上，出油嘴4及油管接头通过螺纹联接固定于实验台1上，位于旋转台6左侧，固定出油嘴4的孔为长条形，可实现出油嘴位置的调整，使其对准摩擦副提供润滑介质；油管2连接油池19、泵3、出油嘴4、接油盒5，形成供油回路。图4、图5为本发明的一种销夹具的具体实施方案，夹具由两部分组成，采用螺纹联接的方式将下试样压紧固定于夹具中，夹具的上半部分为螺纹，以便与砝码盘相连。图6、图7为本发明的一种环夹具的具体实施方案，夹具由两部分组成，采用螺纹联接的方式将下试样压紧固定于夹具中，夹具的上半部分为螺纹，以便与砝码盘相连。图8为本发明的一种磨损原位测量系统的框图，由磨损原位测量装置和控制软件组成。有介质润滑的摩擦磨损实验有以下步骤1、对应变杆进行标定，确定应变信号与摩擦力的对应关系；对USB数字显微镜进行标定，确定图像像素点与实际尺寸的对应关系。2、调节平衡块，使应变杆水平平衡，按实验要求加载砝码。向油池中添加润滑介质，调整出油嘴，使其对准摩擦副。调节微位移台，使USB数字显微镜的摄像头对准摩擦副的磨痕，以便采集磨损表面图像。启动泵，待润滑介质流入摩擦副后再启动电机。3、实验过程中，通过数据处理把采集到的应变信号转化为摩擦系数，记录应变信号及摩擦系数；4、按实验要求，在设定时间通过USB数字显微镜采集图像，获得磨损表面不同磨损阶段的高清图像，并根据采集到的图像自动或手动计算磨痕宽度、观察表面形貌、分析摩擦机理(如图8所示)。采集图像前，须先将电机停下，再停下油泵，等待图像采集，待图像采集完成后，先开启油泵，再开启电机，继续实验。无介质润滑的摩擦磨损实验基本步骤与有介质润滑的摩擦磨损实验相同，不同点是在原有步骤基础上忽略对泵和出油嘴的操作。
权利要求
1.一种磨损原位测量的磨擦磨损试验机包括包括实验台(1)，其特征在于，设置于实验台(1)上的摩擦磨损测量装置，设置于实验台(1)上的磨损原位测量装置，设置于实验台 (1)上的润滑装置。
2.根据权利要求1所述的一种磨损原位测量的磨擦磨损试验机，其特征在于，所述摩擦磨损测量装置包括设于实验台(1)上的旋转平台(6)，下试样(7)通过定位螺钉固定于旋转平台(6)上，应变杆支架(13)固定于实验台(1)上，应变杆(9)固定于支撑轴(14)上， 支撑轴(14)由应变杆支架(13)通过轴承支撑，上试样(11)固定于夹具(8)中，夹具(8)和砝码盘(10)通过螺纹联接固定于应变杆(9)前端，应变杆(9)后端设有平衡块(12)，平衡块(12)与应变杆(9)通过螺纹连接，测量上下试样摩擦力的传感器设置于应变杆(9)上。
3.根据权利要求1所述的一种磨损原位测量的磨擦磨损试验机，其特征在于，所述磨损原位测量装置包括通过磁力吸附于实验台(1)上的磁力座(17)位于旋转平台(6)右侧，微位移台(16)固定于磁力座(17)上，固定于微位移台(16)伸出端的USB数字显微镜 (18)，其前端的摄像头位于下试样(7)上方并对准摩擦副的磨痕。
4.根据权利要求1所述的一种磨损原位测量的磨擦磨损试验机，其特征在于，所述润滑装置包括接油盒(5)、油池(19)和泵(3)分别固定于实验台⑴上，出油嘴及⑷油管接头固定于实验台(1)上，位于旋转平台(6)左侧，油管(2)连接油池(19)、泵(3)、出油嘴 (4)、接油盒(5)形成供油回路。
5.根据权利要求2所述的一种磨损原位测量的磨擦磨损试验机，其特征在于，所述应变杆(9)上用于固定砝码盘(10)和夹具(8)的孔为长条形，可实现上下试样相对位置的调整 ο
6.根据权利要求2所述的一种磨损原位测量的磨擦磨损试验机，其特征在于，所述实验台(1)上固定应变杆支架(13)的孔有三组，实现应变杆支架(13)位置的调整。
7.根据权利要求2所述的一种磨损原位测量的磨擦磨损试验机，其特征在于，所述夹具有三组球夹具(8)、销夹具(20)和环夹具(22)，实现球盘、环盘和销盘摩擦副的摩擦磨损实验。
8.根据权利要求4所述的一种磨损原位测量的磨擦磨损试验机，其特征在于，所述实验台(1)上固定出油嘴(4)的孔为长条形，实现出油嘴(4)位置的调整，使其提供润滑介质时对准摩擦副。
全文摘要
本发明公开了一种磨损原位测量的摩擦磨损试验机，设置于实验台上的摩擦磨损测量装置，设置于实验台上的磨损原位测量装置，设置于实验台上的润滑装置。本发明解决了无拆装的磨损连续、原位测量问题；通过试验获得试样在整个试验过程中的摩擦系数、磨损形貌、磨损相对量，从而评价材料在长周期摩擦磨损过程中的性能。
文档编号G01N19/02GK102305748SQ20111021985
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者张乐, 张小刚, 武通海 申请人:西安交通大学