一种混合运动式摩擦磨损试验装置

1.本发明属于一种试验装置，具体涉及一种混合运动式摩擦磨损试验装置。


背景技术：

2.近年来，对机器零件失效原因的调查越来越受到各国学者的重视，有人对机器零件失效原因进行了统计，结果表明其中1/3是由于摩擦副的磨损而引起的，摩擦磨损试验是测定材料抵抗磨损能力的一种材料试验，通过这种试验可以测得材料的耐磨性能，针对不同实际工况，国内外研究人员设计出了不同运动方式的摩擦磨损试验装置，摩擦磨损试验装置用于测定金属材料的摩擦磨损性能和润滑剂的润滑、抗磨、减磨和抗金属表面疲劳性能，但是很多试验装置的摩擦副相对运动方式比较单一，运动形式有直线运动或是旋转运动，降低了试验装置的使用效率，而且很少有研究冲击载荷下的磨损规律，使冲击载荷下的摩擦比较容易被忽视，因此测试冲击载荷下的摩擦磨损就有着很重要的意义，值得去研究与探索。


技术实现要素：

3.本发明针对现有的摩擦磨损试验装置存在的问题，提供一种混合运动式摩擦磨损试验装置，该试验装置摆脱了传统的单一运动方式，不但有往复运动和旋转运动，并且增加了冲击运动，而且三种运动方式可依据具体的试验条件要求，通过对试验装置的调节，既能单一运动、又能同时运动，还能实现混合运动。
4.本发明所采用的技术方案如下：本发明公开了一种混合运动式摩擦磨损试验装置，具体结构包括无级变速电动机、电动机支架、带轮、皮带、轴承座、顶部支撑板、凸轮轴、偏心轮、螺丝调节杆、调节滑块、固定螺丝、连杆、缓冲弹簧、弹簧支撑柱、活塞缸、活塞、固定轴承、方形轴、滚子轴承、方形轴套、从动齿轮、主动齿轮、主动齿轮轴、螺纹孔、夹具体、试件、紧固螺栓、摩擦盘、执行导轨、调整垫片、滑轮、齿条、不完全齿轮、花键轴、滑动花键轴套、无级变速器、主动锥齿轮、从动锥齿轮、齿轮支撑板、门型支撑座、变速电动机、联轴器、减速器、横向锥齿轮、垂向锥齿轮、竖直传动轴、固定螺栓、传动轴支架、中间层支撑板、金属框架等部件，无极变速电动机和变速电机分别通过其上的螺栓孔固定在电动机支架和金属框架上，两个轴承座、无级变速器和减速器通过其上的螺栓孔分别固定在顶部支撑板、中间层支撑板和金属框架上，顶层支撑板、中间层支撑板分别固定在金属框架上。
5.无级变速电通过其上的螺栓孔固定在电动机支架上，电动机支架安装固定在金属框架上。
6.其中一带轮与无级变速电动机通过键连接，另一带轮与凸轮轴通过键连接，两带轮通过皮带连接。
7.凸轮轴安装在一对轴承座上，轴承座通过螺栓固定在顶层支撑板上，凸轮轴另一端套有偏心轮，凸轮一面有凹槽，螺丝调节杆贯穿偏心轮，调节滑块穿在螺丝调节杆上，可在凹槽内滑动，并由固定螺丝固定位置。
8.调节滑块与连杆通过销轴连接，连杆中间有一截缓冲弹簧，缓冲弹簧两端固定在连杆上，其内部有弹簧支撑杆，连杆另一端连接活塞，活塞外部套有活塞缸，活塞缸固定在顶部支撑板上，活塞底部装有方形轴固定轴承，方形轴固定轴承上装有方形轴。
9.方形轴套安装在方形轴上，从动齿轮安装在方形轴套上，两个滚子轴承装在从动齿轮两侧，其中一个滚子轴承安装在齿轮支撑板上，夹具体通过螺纹孔连接在方形轴上，试件通过紧固螺栓固定在夹具体上。
10.花键轴与无级变速电动机通过键连接，无级变速电动机与无级变速器通过滑动花键轴套的滑动控制其分离与结合。
11.无级变速器通过螺栓连接在中间层支撑板上，无级变速器输出端与主动锥齿轮连接，从动锥齿轮和主动齿轮安装在主动齿轮轴上。
12.主动齿轮轴通过齿轮支撑板固定，齿轮支撑板固定在门型支撑座上，门型支撑座固定在中间层支撑板上。
13.摩擦盘两侧的执行导轨通过螺栓固定在中间层支撑板上，每侧的执行导轨中间装有调整垫片，摩擦盘安装执行导轨上，执行导轨每侧装有两个滑轮，滑轮底部贴在摩擦盘上。
14.摩擦盘底部有凹槽，凹槽两侧装有齿条，齿条与不完全齿轮啮合，不完全齿轮装在竖直传动轴上，竖直传动轴由固定螺栓固定在传动轴支架上，传动轴支架焊接在中间层支撑板上。
15.变速电动机和减速器分别通过螺栓固定在金属框架上，减速器通过联轴器与变速电机动连接，减速器输出端装有横向锥齿轮，垂向锥齿轮与横向锥齿轮啮合。
16.本发明产生的有益效果是：1、利用两个动力源，实现三种不同的运动方式，无级变速电动机上输出轴装有带轮和花键轴，带轮一端是冲击运动结构，进行冲击运动，花键轴一端是旋转机构，进行旋转运动，变速电机通过联轴器和减速器，负责往复运动，三种运动方式通过控制即可以独立运行，又可以组合运动，通过无级变速电动机的开关、皮带在带轮上的拆装、滑动花键套在花键轴上的拨动和变速电机的开关来控制三种运动方式的组合，这种混合运动式加载增加了试验的多样性，同时也提高了试验的准确性；2、无级变速电动机能随着试验的需要而改变转速，进而改变冲击运动的频率，无级变速器的作用是即使带轮和花键轴连在同一电动机输出轴上，但通过调节无级变速器是旋转运动的转速不必与电动机转速一致，因此旋转运动的转速可以随着试验的需要而改变，变速电动机可以通过改变转速而使往复运动的频率发生改变，大大满足了试验条件的多样性；3、夹具体结构简单可靠，适用于轴类和销类试件，摩擦盘结构为一个整体，在反复移动中不会出现由于零件松动原因产生异响，并且摩擦盘可保证其表面的润滑层不会因反复移动而飞溅出去，提高了试验过程的安全性；4、运行该装置只需要操控电动机开关、拨动移动花键轴套和拆装皮带即可，按照试验的需求来进行各种摩擦磨损试验，简化了操作流程；5、该试验装置主要运用各种简单机械原理来进行设计和操作，利用各种螺丝杆来调节运动方式和定位，只需手动便可完成，操作简单方便，此外，该试验装置本身不加装各
类传感器，但在测量时可相应的外接测量仪器，极大地降低了成本；6、本设计的所有运动结构和传动结构采用的都是较简单的结构设计，没有繁琐的传动结构，避免了材料浪费，较少了动力损失，金属框架焊接简单且焊接强度可靠，布置总体呈方形，结构层次明显，便于后期拆卸和维修；
附图说明
17.图1是本发明的整体结构示意图。
18.图2是本发明的主视图。
19.图3是本发明的右视图。
20.图4是本发明的俯视图。
21.图5是往复运动的动力组成图。
22.图6是旋转运动的动力组成图。
23.图7是冲击运动的动力组成图。
24.图8是旋转和冲击运动连接机构的主视图。
25.图9是旋转和冲击运动连接机构的斜视图。
26.图10是摩擦盘结构的斜视图。
27.图11是摩擦盘结构的仰视图。
28.图12是冲击运动结构示意图。
29.图13是齿轮装置结构示意图。
30.图14是动力分离结构示意图。
31.图15是连杆结构示意图。
32.图16是夹具体结构示意图。
33.其中：1-无级变速电动机；2-带轮；3-轴承座；4-凸轮轴；5-凸轮；6-螺丝调节杆；7-调节滑块；8-连杆；9-固定螺丝；10-缓冲弹簧；11-活塞缸；12-从动齿轮；13-主动齿轮；14-夹具体；15-紧固螺栓；16-试件；17-摩擦盘；18-执行导轨；19-滑轮；20-皮带；21-滑动花键轴套；22-无级变速器；23-主动锥齿轮；24-电动机支架；25顶部支撑板；26-变频三相异步电动机；27-联轴器；28-减速器；29-横向锥齿轮；30-齿轮支撑板；31-金属框架；32-传动轴支架；33-紧固螺栓；34-中间层支撑板；35-垂向锥齿轮；36-门型支撑座；37-从动锥齿轮；38-竖直传动轴；39-活塞；40-方形轴固定轴承；41-方形轴；42-滚子轴承；43-齿条；44-不完全齿轮；45-花键轴；46-方形轴套；47-螺纹孔；48-弹簧支撑柱；49-主动齿轮轴；50-调整垫片。
具体实施方式
34.下面结合附图和实例进一步的阐述本发明，在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的示范性实例，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，术语以及结构名称中“前”、“后”、“左”、“右”、“底”、“上”、“下”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设备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。
36.本发明所采用的技术方案如下：如图1、图2、图3和图4所示，具体结构包括无级变速电动机1、电动机支架24、带轮2、皮带20、轴承座3、顶部支撑板25、凸轮轴4、偏心轮5、螺丝调节杆6、调节滑块7、固定螺丝9、连杆8、缓冲弹簧10、弹簧支撑柱48、活塞缸11、活塞39、方形轴固定轴承40、方形轴41、滚子轴承42、方形轴套46、从动齿轮12、主动齿轮13、主动齿轮轴49、螺纹孔47、夹具体14、试件16、紧固螺栓15、摩擦盘17、执行导轨18、调整垫片50、滑轮19、齿条43、不完全齿轮44、花键轴45、滑动花键轴套21、无级变速器22、主动锥齿轮23、从动锥齿轮37、齿轮支撑板30、门型支撑座36、变速电动机26、联轴器27、减速器28、横向锥齿轮29、垂向锥齿轮35、竖直传动轴38、固定螺栓33、传动轴支架32、中间层支撑板34、金属框架31等部件，无极变速电动机1和变速电机26分别通过其上的螺栓孔固定在电动机支架24和金属框架31上，两个轴承座3、无级变速器22和减速器28通过其上的螺栓孔分别固定在顶部支撑板25、中间层支撑板34和金属框架31上，顶层支撑板25、中间层支撑板34分别固定在金属框架上。
37.如图5所示，变速电动机26通过螺栓连接在如图1所示的金属框架31上，电动机通过联轴器27与减速器28连接，减速器通过螺栓固定到金属框架上，减速器输出端接有横向锥齿轮29，垂向锥齿轮35与其啮合，这对锥齿轮把横向转动变垂向转动，为往复运动提供动力，同时也节省了空间，竖直传动轴38通过紧固螺栓33国定在传动轴支架32上，传动轴支架固定在中间层支撑板34上，竖直传动轴被固定后，只剩旋转一个自由度，保证了传动的稳定性和精确性，图5所示的结构组成了往复运动的动力源和传动机构。
38.如图6所示，无级变速电动机1通过螺栓固定在电动机支架24上，电动机支架焊接在金属框架31上，带轮2和花键轴45通过键连接，同时连接在电动机的输出轴上，因此电动机为两种运动提供了动力，图14为旋转运动动力分离装置示意图，滑动花键轴套21安装在花键轴45上，并且可以左右滑动，当滑动花键轴套滑动到一端时，两轴分离，旋转运动停止，当滑动花键轴套滑至两轴中间时，两轴结合，旋转运动进行，无级变速器22通过螺栓固定在中间层支撑板34上，无级变速器输出轴一端连接主动锥齿轮23，从动锥齿轮37与其啮合，这对锥齿轮结构安装固定在门型支撑座36和齿轮支撑板30上。
39.如图7所示，无级变速电动机1输出轴上的带轮2通过皮带20带动凸轮轴4上的带轮，带轮通过键连接到凸轮轴上，凸轮轴安装在两个轴承座3上，轴承座通过螺栓安装固定在顶部支撑板25上，凸轮轴另一端装有偏心轮5，偏心轮通过热处理安装在凸轮轴上，如图2所示，偏心轮一面设有凹槽，螺丝调节杆6竖直穿过偏心轮和凹槽，螺丝调节杆两端由螺母固定，调节滑块7镶嵌在凹槽中，并穿在螺丝调节杆6上，可在凹槽内滑动，并由固定螺丝9固定位置，调节滑块7与连杆8通过销轴连接，连杆8另一端连接活塞39，活塞在活塞缸11内上下滑动，活塞缸焊接固定在顶部支撑板上，图7所示的结构组成了冲击运动的动力源和传动机构。
40.如图8、图9所示，从动锥齿轮37通过主动齿轮轴49将动力传到主动齿轮12上，主动齿轮轴49安装固定在齿轮支撑板30上，图6所示的结构组成了旋转运动的动力源和传动机构。
41.如图10、图11所示，两根执行导轨18通过螺栓平行安装在中间层支撑板34上，导轨分上下两部分，中间夹有调整垫片50，摩擦盘17两侧凸台搭在导轨的下半部分，摩擦盘凸台左右两侧被调整垫片限制，防止横向位移，凸台上面被装在导轨上半部分的滑轮19限制，防
止上下位移，从而使摩擦盘只能在一个方向做反复运动。当摩擦盘凸台左右两侧与调整垫片发生磨损时，两者之间会出现缝隙，可将调整垫片对称地向内侧调整，使得摩擦盘与调整垫片既无间隙，且莫餐盘可以自如、平稳的进行往复运动，摩擦盘采用整体加工的方法，在底面加工出两个半圆弧槽及矩形槽，矩形凹槽两侧装有齿条43，齿条与不完全齿轮44啮合，不完全齿轮转动，摩擦盘做往复运动。
42.如图12、图13所示，活塞39底部为空筒结构，空筒内安装两个方形轴固定轴承40，两轴承上下布置，并隔开一段距离，方形轴41顶部有一凸出圆环，卡在两轴承之间，使得方形轴可以跟随活塞上下移动，又可以旋转，方形轴套46安装在方形轴下端，从动齿轮12安装在方形轴套上，从动齿轮可带方形轴转动，因此方形轴可转动，可上下移动，方形轴套两端装有两个滚子轴承42，两个滚子轴承一个固定在活塞缸11底部，另一个固定在齿轮支撑板30上，两轴承将从动齿轮12夹在中间使其不能上下晃动，只能做旋转运动。
43.如图15所示，缓冲弹簧10两端固定在连杆结构8上，弹簧内有弹簧支撑杆48，支撑杆插在连杆上半部分的孔中，缓冲弹簧的劲度系数很大，弹簧压缩或伸长时，支撑杆在连杆内细微滑动，支撑杆的作用是防止两截连杆横向位移。
44.下面结合附图具体说明本发明一种混合运动式摩擦磨损试验装置的完整工作流程。
45.首先将需要进行摩擦磨损试验的试件16装夹到夹具体14上，并将紧固螺栓15拧紧，使试件牢牢固定。然后在摩擦盘17上涂上润滑层，前置工作完毕。
46.不同的摩擦磨损试验要求，需要不同的运动方式，因此操作方式会随之改变。
47.当试件只需要进行滑动摩擦副的试验时，无级变速电动机1不需要打开，只需打开变速电动机26，摩擦盘17在带动下反复移动，需要不同的移动速度可通过调节电动机转速来控制，需要施加不同的的压力可通过改变调节滑块7的位置，进而缓冲弹簧10压缩或拉伸，试件的压力也随之改变。
48.当试件只需要进行旋转摩擦副的试验时，关闭变速电动机26，再打开无级变速电动机1之前，将皮带20拆卸下来，并将滑动花键轴套21拨至中间位置，打开无级变速电动机1，通过调节无级变速器22来调节转速来达到不同的试验效果。
49.当试件只需进行冲击磨损试验时，打开无级变速电动机1之前，将皮带20装上，并将滑动花键轴套21拨到一端，打开开关后，通过调节无级变速电动机转速来改变冲击频率，改变调节滑块7的位置，致使偏心距发生变化，缓冲弹簧压紧或收缩，以此来改变冲击力大小。
50.当同时需要进三种摩擦方式进行试验时，先将皮带20装上，将滑动花键轴套21拨至中间位置，并同时打开无级变速电动机1和变速电动机26，即可进行试验，当需要两种摩擦方式进行试验时，按照上述操作方式操作即可，这里将不再一一叙述。
51.本发明混合运动式摩擦磨损试验装置的优势在于：1、利用两个动力源，实现三种不同的运动方式，无级变速电动机上输出轴装有带轮和花键轴，带轮一端是冲击运动结构，进行冲击运动，花键轴一端是旋转机构，进行旋转运动，变速电机通过联轴器和减速器，负责往复运动，三种运动方式通过控制即可以独立运行，又可以组合运动，通过无级变速电动机的开关、皮带在带轮上的拆装、滑动花键套在花键轴上的拨动和变速电机的开关来控制三种运动方式的组合，这种混合运动式加载增加了
试验的多样性，同时也提高了试验的准确性；2、无级变速电动机能随着试验的需要而改变转速，进而改变冲击运动的频率，无级变速器的作用是即使带轮和花键轴连在同一电动机输出轴上，但通过调节无级变速器是旋转运动的转速不必与电动机转速一致，因此旋转运动的转速可以随着试验的需要而改变，变速电动机可以通过改变转速而使往复运动的频率发生改变，大大满足了试验条件的多样性；3、夹具体结构简单可靠，适用于轴类和销类试件，摩擦盘结构为一个整体，在反复移动中不会出现由于零件松动原因产生异响，并且摩擦盘可保证其表面的润滑层不会因反复移动而飞溅出去，提高了试验过程的安全性；4、运行该装置只需要操控电动机开关、拨动移动花键轴套和拆装皮带即可，按照试验的需求来进行各种摩擦磨损试验，简化了操作流程；5、该试验装置主要运用各种简单机械原理来进行设计和操作，利用各种螺丝杆来调节运动方式和定位，只需手动便可完成，操作简单方便，此外，该试验装置本身不加装各类传感器，但在测量时可相应的外接测量仪器，极大地降低了成本；6、本设计的所有运动结构和传动结构采用的都是较简单的结构设计，没有繁琐的传动结构，避免了材料浪费，较少了动力损失，金属框架焊接简单且焊接强度可靠，布置总体呈方形，结构层次明显，便于后期拆卸和维修。
52.以上描述了本发明的基本原理、主要特征以及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明中的描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于本发明所附权利要求的保护范围。