CN111157442B - 一种多模式摩擦磨损试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械工程的摩擦学技术领域，具体涉及一种多模式摩擦磨损试验装置及方法，解决了现有技术中摩擦磨损试验装置功能局限，操作复杂的问题。本发明的技术方案是：将球试样/滚动试样夹持在夹具上，用平面试样夹具夹持平面试样；通过升降台控制平面试样上下移动，使球试样/滚动试样与平面试样接触；电机带动球试样/滚动试样以设定的参数进行上下往复运动，并对平面试样进行往复冲击/滑动/滚动试验、两模式复合试验、三模式复合试验。三维力传感器测出平面试样夹具所承受的力，分析得出摩擦系数‑循环次数曲线。本发明能进行刚度可调节的冲击、滑动、滚动多模式摩擦磨损试验，操作简单，节约试验成本，适用于复合摩擦的研究。

Description

一种多模式摩擦磨损试验装置及方法

技术领域

本发明属于机械工程的摩擦学技术领域，具体涉及一种多模式摩擦磨损试验装置及方法。

背景技术

零部件的磨损直接影响设备的使用寿命，摩擦噪声污染环境。深入研究大变形摩擦副的磨损、变形机理，尽可能的减小摩擦副的磨损是工程应用中亟待解决的问题。在实际应用工况中，摩擦副之间的相对运动十分复杂，产生的磨损往往是多种磨损形式复合作用的结果，冲击、滑动磨损是较为常见的磨损形式，而在一些特殊场合如盾构滚刀等更是复合了零件的滑动运动。冲击滑动复合摩擦是一种较为常见的摩擦磨损形式，例如滚动轴承运动过程中，保持架与套圈之间的运动过程即为冲击滑动复合运动过程。冲滑磨损在运动形式上是冲击与滑动两种接触运动形式的复合，但在磨损机理上并不是简单的冲击磨损与滑动磨损的叠加，冲击与滑动的耦合作用使得冲滑复合磨损机理十分复杂，若再有滚动运动形式的复合则更为复杂。而这种运动机制会对零件接触表面产生严重破坏，导致零件快速、异常失效，降低零件使用寿命。由于冲击-滑动-滚动复合摩擦磨损机理较为复杂、试验再现较为困难，所以，目前国内外学者对于冲滑复合摩擦磨损相关研究工作开展较少。市面上针对一些摩擦磨损形式制造了不同的摩擦磨损试验机，如MHK-500环块摩擦磨损试验机、WMJ-1500往复摩擦试验机等，但都无法进行多种形式的摩擦磨损实验，为了满足试验的要求，我们通常会购买多台不同运动形式的摩擦磨损试验机，这造成了实验成本的大幅增加和设备资源的浪费。

目前很多机构、高校进行摩擦磨损试验机的研究：西南交通大学的谭德强发明了一种冲滑复合摩擦磨损试验装置(公开号CN105891036A)，该试验装置能进行刚度可调节的冲滑复合摩擦磨损试验，但其无法复合滚动运动，且试样间的角度只能通过更换夹具实现，操作较为复杂。燕山大学的谷大鹏发明了一种落锤式冲滑复合摩擦试验机(公开号CN110031394A)，该试验机可进行冲滑摩擦磨损实验，准确测量摩擦力和摩擦系数，自动化程度高，但对磨副仅为面接触，较为局限，且同样无法复合滚动运动，不能调节试样间的角度。

综合如今摩擦磨损试验机的发展现状，研发出一种结构简单、功能多样、性价比高的多模式摩擦磨损试验机是亟待解决的难题。

发明内容

针对现有技术中摩擦磨损试验装置功能局限，结构复杂，无法实现冲击-滑动-滚动复合摩擦磨损试验的问题，本发明提供一种多模式摩擦磨损试验装置，其目的在于：对平面试件进行往复冲击/滑动/滚动试验、两模式复合试验、三模式复合试验，深入研究大变形摩擦副的磨损、变形机理。

本发明采用的技术方案如下：

一种多模式摩擦磨损试验装置，包括机架和底座，所述机架的上部设置有驱动装置和传动装置，所述传动装置连接有弹簧片，所述弹簧片连接有弹簧刚度调节器，弹簧片的下端连接有夹具连接器，所述夹具连接器上连接有球形试样夹具或滚动试样夹具，所述滚动试样夹具连接有滚动试样，所述滚动试样的两侧设置有渐增圆弧凸起，所述滚动试样夹具上设置有圆弧凸起，所述圆弧凸起与渐增圆弧凸起的最大外缘处相切，所述底座上设置有升降台，所述升降台上设置有平面试样机构，升降台与平面试样机构之间设置有三维力传感器，所述平面试样机构与夹具连接器的位置对应，所述平面试样机构包括螺杆滑动台，所述螺杆滑动台上设置有平面试样夹具和角度定位板，所述平面试样夹具用于夹持平面试样，所述平面试样夹具一端与螺杆滑动台铰接连接，另一端与角度定位板活动连接。

采用该技术方案后，将平面试样、球形试样、滚动试样分别固定在平面试样夹具、球形试样夹具、滚动试样夹具上，通过升降台控制平面试样上下移动，使平面试样与滚动试样或球形试样接触，电机通过传动装置带动球形试样或者滚动试样以设定的参数上下往复运动，对平面试样进行往复冲击/滑动/滚动试验、两模式复合试验、冲击-滑动-滚动多模式复合试验；在试验过程中，弹簧片受力变形，进而实现上、下试件间的冲滑复合摩擦磨损；同时，与平面试样夹具相连接的三维力传感器测出平面试样所承受的力，并送至数据采集控制系统，分析得出摩擦系数-循环次数曲线。本试验装置能够进行冲击/滑动/滚动复合摩擦磨损试验，对大变形摩擦副的磨损、变形机理的研究提供了数据支撑，而且结构简单，能够节约试验成本。

作为优选，所述夹具连接器与球形试样夹具和滚动试样夹具螺纹连接。

采用该优选方案后，便于更换球形试样夹具和滚动试样夹具。

作为优选，所述角度定位板的形状为圆弧形，角度定位板的中部设置有弧形槽，所述弧形槽滑动连接有定位块，所述定位块与平面试样夹具铰接连接，所述螺杆滑动台上设置有角度调节螺杆，所述角度调节螺杆与螺杆滑动台滑动连接，所述定位块与角度调节螺杆滑动连接。

采用该优选方案后，平面试样夹具一端在角度定位板上的弧形槽内滑动，另一端绕螺杆滑动台上转动，通过拧紧角度调节螺杆上的螺母能够固定定位块的位置，进而固定平面试样夹具的角度，通过调节平面试样夹具的角度，能够改变平面试样与球形试样或者滚动试样之间的摩擦形式，做到摩擦试样在多种摩擦形式之间切换。

作为优选，所述角度定位板上设置有刻度。

采用该优选方案后，能够将平面试样调节到特定的角度，可按需求调节试样至所需角度。

作为优选，所述传动装置包括依次连接的联轴器、传动轴、偏心盘、关节轴承和冲击轴，所述传动轴与偏心盘的中心连接，偏心盘的边缘与关节轴承的上端连接，关节轴承的下端与冲击轴的上端连接，所述冲击轴的下端与弹簧片连接。

采用该优选方案后，电机带动偏心盘转动，偏心盘带动关节轴承上下往复运动，进而带动球形试样和滚动试样的上下往复运动，使球形试样或者滚动试样能够与平面试样进行多次冲击/滚动/滑动摩擦试验。

作为优选，所述底座上设置工作台，所述工作台上设置有调节板和T形槽，所述调节板上设置有条形孔，所述条形孔与T形槽互相垂直，所述条形孔中设置有T型螺栓，T型螺栓的下部位于T形槽中，所述升降台与调节板固定连接。

采用该优选方案后，升降台能够在条形孔和T形槽的方向上移动，从而调节平面试样的位置，使平面试样与球形试样或滚动试样为位置对应。

作为优选，所述弹簧刚度调节器包括支撑块，所述支撑块中设置有旋转块，所述旋转块与支撑块转动连接，所述旋转块的上端固定连接有螺纹杆，所述旋转块的下端固定连接有手柄。

采用该优选方案后，通过转动手柄，使螺纹杆转动，螺纹杆拧入或拧出冲击轴的内腔，能够调节支撑块的位置，进而调节弹簧的刚度，当支撑块在最下端时，弹簧片不能在竖直方向上变形，弹簧片为刚体，支撑块在中间位置时，弹簧片能够在竖直方向上变形，支撑块在最上端时，弹簧片在竖直方向上的变形量达到最大。通过改变弹簧片的刚度、试样种类、以及水平试样的角度可改变试样间的摩擦形式，使试样在冲击摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦和复合摩擦中切换。

作为优选，所述支撑块为磁性材料。

采用该优选方案后，便于在支撑块下方添加支撑块，通过添加或减少支撑块的数量也能够达到调节弹簧片刚度的目的。

作为优选，所述圆弧凸起与滚动试样夹具滑动连接，所述圆弧凸起与滚动试样夹具之间设置有伸缩装置。

采用该优选方案后，圆弧凸起能够从滚动试样夹具中伸出或者缩回，实现滚动试样与平面试样在滚动摩擦和滚动-滑动摩擦之间切换。

一种多模式摩擦磨损试验方法，包括以下步骤：

步骤[1]将球形试样夹具或者滚动试样夹具安装在夹具连接器上，并在球形试样夹具上安装球形试样或者滚动试样夹具上安装滚动试样，在平面试样夹具上安装平面试样；

步骤[2]调节弹簧刚度调节器改变弹簧片的刚度，调节调节平面试样的角度；

步骤[3]调节升降台的水平位置，通过升降台调节平面试样夹具的竖直位置，使球形试样或滚动试样与平面试样在合适位置接触；

步骤[4]驱动装置通过传动装置带动球形试样或者滚动试样以设定的参数进行上下往复运动；

步骤[5]三维力传感器测出平面试样所承受的力，并送至数据采集控制系统，分析得出摩擦系数-循环次数曲线。

采用该技术方案后，通过选择球形试样或者滚动试样与平面试样接触，以及调节弹簧片刚度，调节平面试样的角度，根据需要能够进行两种模式复合摩擦磨损实验以及冲击—滑动—滚动复合摩擦磨损试验，能够对大变形摩擦副的磨损、变形机理进行研究。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本试验装置能够进行冲击/滑动/滚动复合摩擦磨损试验，对大变形摩擦副的磨损、变形机理的研究提供了数据支撑，而且结构简单，能够节约试验成本。

2.夹具连接器与球形试样夹具和滚动试样夹具螺纹连接，便于更换球形试样夹具和滚动试样夹具。

3.平面试样夹具一端在角度定位板上的弧形槽内滑动，另一端绕螺杆滑动台上转动，通过拧紧角度调节螺杆上的螺母能够固定定位块的位置，进而固定平面试样夹具的角度，通过调节平面试样夹具的角度，能够改变平面试样与球形试样或者滚动试样之间的摩擦形式，做到摩擦试样在多种摩擦形式之间切换。

4.角度定位板上设置有刻度，可按需求调节试样至所需角度。

5.电机带动偏心盘转动，偏心盘带动关节轴承上下往复运动，进而带动球形试样和滚动试样的上下往复运动，使球形试样或者滚动试样能够与平面试样进行多次冲击/滚动/滑动摩擦试验。

6.升降台能够在条形孔和T形槽的方向上移动，从而调节平面试样的位置，使平面试样与球形试样或滚动试样为位置对应。

7.通过转动手柄，使螺纹杆转动，螺纹杆拧入或拧出冲击轴的内腔，能够调节支撑块的位置，进而调节弹簧的刚度，当支撑块在最下端时，弹簧片不能在竖直方向上变形，弹簧片为刚体，支撑块在中间位置时，弹簧片能够在竖直方向上变形，支撑块在最上端时，弹簧片在竖直方向上的变形量达到最大。通过改变弹簧片的刚度、试样种类、以及水平试样的角度可改变试样间的摩擦形式，使试样在冲击摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦和复合摩擦中切换。

8.支撑块为磁性材料，便于在支撑块下方添加支撑块，通过添加或减少支撑块的数量也能够达到调节弹簧片刚度的目的。

9.所述圆弧凸起与滚动试样夹具之间设置有伸缩装置，圆弧凸起能够从滚动试样夹具中伸出或者缩回，实现滚动试样与平面试样在滚动摩擦和滚动-滑动摩擦之间切换。

10.通过选择球形试样或者滚动试样与平面试样接触，以及调节弹簧片刚度，调节平面试样的角度，根据需要能够进行两种模式复合摩擦磨损实验以及冲击—滑动—滚动复合摩擦磨损试验，能够对大变形摩擦副的磨损、变形机理进行研究。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明的俯视图；

图4是平面试样机构的结构示意图；

图5是夹具连接器与球试样夹具、滚动试样夹具的连接示意图；

图6是滚动试样夹具的结构示意图；

图7是滚动试样的结构示意图；

图8是夹具连接器的结构示意图；

图9是弹簧刚度调节器的结构示意图；

图10是平面试样夹具的结构示意图。

其中，1-机架，2-底座，3-电机，4-联轴器，5-轴承，6-偏心盘，7-关节轴承，8-冲击轴，9-直线轴承，10-弹簧片，11-夹具连接器，111-球形试样夹具，112-滚动试样夹具，113-球形试样，114-滚动试样，115-渐增圆弧凸起，116-圆弧凸起，12-平面试样机构，121-螺杆滑动台，122-角度板连接轴承，123-角度调节平台，124-平面试样，125-平面试样夹具，126-角度定位板，127-角度调节螺杆，128-定位块，13-三维力传感器，14-升降台，15-调节板，151-条形孔，16-工作台，161-T型槽，17-弹簧刚度调节器，171-螺纹杆，172-支撑块，173-旋转块，174-手柄。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图1～图10对本发明作详细说明。

一种多模式摩擦磨损试验装置，包括机架1和底座2，所述机架1的上部设置有驱动装置和传动装置，本实施例中，所述驱动装置为电机3。所述传动装置连接有弹簧片10，所述弹簧片10连接有弹簧刚度调节器17，弹簧片10的下端连接有夹具连接器11。所述夹具连接器11上连接有球形试样夹具111或滚动试样夹具112，所述滚动试样夹具112连接有滚动试样114，所述滚动试样114的两侧分别设置有四个依次首尾相连的渐增圆弧凸起115，所述滚动试样夹具112上设置有圆弧凸起116，所述圆弧凸起116与渐增圆弧凸起115的位置对应且与渐增圆弧凸起115的最大外缘处相切。滚动试样夹具112上设置有凹槽便于滚动试样114转动。

所述底座2上设置有升降台14，所述升降台14上设置有平面试样机构12，升降台14与平面试样机构12之间设置有三维力传感器13，所述三维力传感器13连接有数据采集控制系统，所述数据采集控制系统与电机3、三维力传感器13电连接。所述平面试样机构12与夹具连接器11的位置对应。所述平面试样机构12包括螺杆滑动台121，螺杆滑动台121上设置有角度板连接轴承122，角度板连接轴承122中设置有转轴，所述转轴与角度调节平台123的一端连接，使角度调节平台123能够绕该转轴旋转。角度调节平台123上设置有平面试样夹具125，所述平面试样夹具125用于夹持平面试样124。螺杆滑动台121上设置有角度定位板126，所述角度调节平台123的另一端与角度定位板126活动连接。

由于加工误差、挤压变形、安装间隙等因素影响，无法使渐增圆弧凸起115与圆弧凸起116完全相切，这将会导致渐增圆弧凸起115的最大外缘处与圆弧凸起116之间存在摩擦。当滚动试样114与平面试样124接触时，滚动试样124由于受到摩擦而滚动，此时滚动试样114与平面试样124之间为滚动摩擦。滚动试样114带动其两侧的渐增圆弧凸起115转动，当渐增圆弧凸起115的最大外缘处转动到与圆弧凸起116接触时，滚动试样114由于受到圆弧凸起116的阻挡而停止转动，此时滚动试样114与平面试样124之间为滑动摩擦。传动装置带动滚动试样114继续与平面试样做相对运动，当滚动试样114与平面试样124之间的摩擦力大于渐增圆弧凸起115与圆弧凸起116之间的摩擦力时，滚动试样114与平面试样124之间再次转换为滚动摩擦，达到滚动-滑动摩擦的切换。

所述的夹具连接器11位于同一周向的三个平面上各设置有一螺纹凸起，球形试样夹具111和滚动试样夹具112通过该螺纹凸起与夹具连接器11连接。

所述角度定位板126的形状为圆弧形，角度定位板126的中部设置有弧形槽，所述弧形槽滑动连接有定位块128，所述定位块128与角度调节平台123铰接连接，所述螺杆滑动台121上设置有滑槽，所述滑槽中连接有角度调节螺杆127，所述定位块128与角度调节螺杆127滑动连接。由于角度定位板126的形状为圆弧形，定位块128在滑动时水平位置会改变，因此角度调节螺杆127的水平位置也需要随着定位块128的位置改变而改变。通过拧紧角度调节螺杆127上的螺栓，将定位块128固定在角度调节螺杆127上，从而能够限制定位块128在角度定位板126上的位置，从而达到调节平面试样124的角度的目的。

所述角度定位板126上设置有刻度，可按需求调节平面试样124至所需的角度。

所述传动装置包括依次连接的联轴器4、传动轴、偏心盘6、关节轴承7和冲击轴8，机架1上设置有两个轴承5，所述传动轴穿过轴承5与偏心盘6的中心连接，偏心盘6的边缘与关节轴承7的上端连接，关节轴承7的下端与冲击轴8的上端连接，所述冲击轴8的下端与弹簧片10连接。冲击轴8的外侧套设有直线轴承9，直线轴承9固定与机架1上。冲击轴8内部中空且设置有内螺纹，与弹簧刚度调节器17的螺纹杆171配合。螺纹杆171能够拧入冲击轴8的内部以调节弹簧片10的刚度。

所述底座2上设置工作台16，所述工作台16上设置有调节板15和T形槽161，调节板15能够在T形槽161的方向上滑动，所述调节板15上设置有条形孔151，所述条形孔151与T形槽161互相垂直，所述条形孔151中设置有T型螺栓，T型螺栓的下部位于T形槽161中，所述升降台14与调节板15固定连接。升降台14能够在爱调节板15上滑动以改变位置，使平面试样124与球形试样113或者滚动试样114位置对应。

所述弹簧刚度调节器17包括支撑块172，所述支撑块172中设置有旋转块173，所述旋转块173与支撑块172转动连接，所述旋转块173的上端固定连接有螺纹杆171，所述旋转块173的下端固定连接有手柄174。通过转动手柄174能够带动螺纹杆171旋转，螺纹杆171拧入冲击轴8的空腔或者从冲击轴8的空腔中拧出能够带动支撑块172上下移动，从而实现弹簧片10刚度的调节。当支撑块172到达最下方位置时，由于支撑块172的阻挡，弹簧片10在竖直方向上无法变形，刚度达到最大。

所述支撑块172为磁性材料，通过增加或减少支撑块172的数量，也能够调节弹簧片10的刚度。

所述圆弧凸起116与滚动试样夹具112之间设置有伸缩装置(图中未示出)，圆弧凸起116能够从滚动试样夹具112中伸出或者缩回，实现滚动试样114与平面试样124在滚动摩擦和滚动-滑动摩擦之间切换。

本实施例中，所述伸缩装置为弹簧，圆弧凸起116为长条形并插入滚动试样夹具112的内部，圆弧凸起116中部设置有两个定位孔，滚动试样夹具112的侧面设置有通孔，通孔中可插入插销，该通孔与圆弧凸起116的位置对应。当需要将圆弧凸起116隐藏时，拔出插销，按压圆弧凸起116，使定位孔与滚动试样夹具112侧面的通孔对齐，然后插入插销即可。同理，可使圆弧凸起116凸出于滚动试样夹具112的表面并通过插销固定。

采用所述试验装置进行的多模式摩擦磨损试验方法，包括以下步骤：

步骤[1]将球形试样夹具111或者滚动试样夹具112安装在夹具连接器11上，并在球形试样夹具111上安装球形试样113或者滚动试样夹具112上安装滚动试样114，在平面试样夹具125上安装平面试样124；

步骤[2]调节弹簧刚度调节器17改变弹簧片10的刚度，调节调节平面试样124的角度；

步骤[3]调节升降台14的水平位置，通过升降台14调节平面试样夹具125的竖直位置，使球形试样113或滚动试样114与平面试样124在合适位置接触；

步骤[4]驱动装置通过传动装置带动球形试样113或者滚动试样114以设定的参数进行上下往复运动；

步骤[5]三维力传感器13测出平面试样124所承受的力，并送至数据采集控制系统，分析得出摩擦系数-循环次数曲线。

通过上述试验方法能够进行以下实验：

试验一：冲击摩擦磨损试验

具体试验步骤为：

步骤[1]将球形试样夹具111安装在夹具连接器11上，并在球形试样夹具111上安装球形试样113，在平面试样夹具125上安装平面试样124；

步骤[2]调节弹簧刚度调节器17使弹簧片10变成刚性连接，调节角度调节平台123，使平面试样124处于水平方向；

步骤[3]通过调节板15和工作台16调节升降台14的水平位置，通过升降台14调节平面试样夹具125的竖直位置，使球形试样113与平面试样124在合适位置接触；

步骤[4]电机3依次通过偏心盘6、关节轴承7、冲击轴8、弹簧片10、夹具连接器11、球形试样夹具111带动球形试样113以设定的参数进行上下往复运动，对平面试样124进行往复冲击；

步骤[5]在试验过程中，与平面试样夹具125相连接的三维力传感器13测出平面试样124所承受的力，并送至数据采集控制系统，分析得出摩擦系数-循环次数曲线。

试验二：滑动摩擦磨损试验

具体试验步骤为：

步骤[1]将球形试样夹具111安装在夹具连接器11上，并在球形试样夹具111上安装球形试样113，在平面试样夹具125上安装平面试样124；

步骤[2]调节弹簧刚度调节器17使弹簧片10变成刚性连接，调节角度调节平台123，使平面试样124处于竖直方向；

步骤[3]通过调节板15和工作台16调节升降台14的水平位置，通过升降台14调节平面试样夹具125的竖直位置，使球形试样113与平面试样124在合适位置接触；

步骤[4]电机3依次通过偏心盘6、关节轴承7、冲击轴8、弹簧片10、夹具连接器11、球形试样夹具111带动球形试样113以设定的参数进行上下往复运动，对平面试样124进行往复滑动摩擦；

步骤[5]在试验过程中，与平面试样夹具125相连接的三维力传感器13测出平面试样124所承受的力，并送至数据采集控制系统，分析得出摩擦系数-循环次数曲线。

试验三：滚动摩擦磨损试验

具体试验步骤为：

步骤[1]将滚动试样夹具112安装在夹具连接器11上，并在滚动试样夹具112上安装滚动试样114，在平面试样夹具125上安装平面试样124；

步骤[2]调节弹簧刚度调节器17使弹簧片10变成刚性连接，调节角度调节平台123，使平面试样124处于竖直方向，调节伸缩装置，使圆弧凸起116缩回；

步骤[3]通过调节板15和工作台16调节升降台14的水平位置，通过升降台14调节平面试样夹具125的竖直位置，使滚动试样114与平面试样124在合适位置接触；

步骤[4]电机3依次通过偏心盘6、关节轴承7、冲击轴8、弹簧片10、夹具连接器11、滚动试样夹具112带动滚动试样114以设定的参数进行上下往复运动，对平面试样124进行往复滚动摩擦试验；

步骤[5]在试验过程中，与平面试样夹具125相连接的三维力传感器13测出平面试样124所承受的力，并送至数据采集控制系统，分析得出摩擦系数-循环次数曲线。

试验四：冲击-滑动复合摩擦磨损试验

具体试验步骤为：

步骤[1]将球形试样夹具111安装在夹具连接器11上，并在球形试样夹具111上安装球形试样113，在平面试样夹具125上安装平面试样124；

步骤[2]调节弹簧刚度调节器17使弹簧片10可在竖直方向弯曲，调节角度调节平台123，使平面试样124与水平方向具有倾斜的角度；

步骤[3]通过调节板15和工作台16调节升降台14的水平位置，通过升降台14调节平面试样夹具125的竖直位置，使球形试样113与平面试样124在合适位置接触；

步骤[4]电机3依次通过偏心盘6、关节轴承7、冲击轴8、弹簧片10、夹具连接器11、球形试样夹具111带动球形试样113以设定的参数进行上下往复运动，对平面试样124进行往复冲击-滑动复合摩擦试验；

步骤[5]在试验过程中，与平面试样夹具125相连接的三维力传感器13测出平面试样124所承受的力，并送至数据采集控制系统，分析得出摩擦系数-循环次数曲线。

试验五：冲击-滚动复合摩擦磨损试验

具体试验步骤为：

步骤[1]将滚动试样夹具112安装在夹具连接器11上，并在滚动试样夹具112上安装滚动试样114，在平面试样夹具125上安装平面试样124；

步骤[2]调节弹簧刚度调节器17使弹簧片10可在竖直方向弯曲，调节角度调节平台123，使平面试样124与水平方向具有倾斜的角度，调节伸缩装置，使圆弧凸起116缩回；

步骤[3]通过调节板15和工作台16调节升降台14的水平位置，通过升降台14调节平面试样夹具125的竖直位置，使滚动试样114与平面试样124在合适位置接触；

步骤[4]电机3依次通过偏心盘6、关节轴承7、冲击轴8、弹簧片10、夹具连接器11、滚动试样夹具112带动滚动试样114以设定的参数进行上下往复运动，对平面试样124进行往复冲击-滚动复合摩擦试验；

步骤[5]在试验过程中，与平面试样夹具125相连接的三维力传感器13测出平面试样124所承受的力，并送至数据采集控制系统，分析得出摩擦系数-循环次数曲线。

试验六：滑动-滚动复合摩擦磨损试验

具体试验步骤为：

步骤[1]将滚动试样夹具112安装在夹具连接器11上，并在滚动试样夹具112上安装滚动试样114，在平面试样夹具125上安装平面试样124；

步骤[2]调节弹簧刚度调节器17使弹簧片10变成刚性连接，调节角度调节平台123，使平面试样124处于竖直方向，调节伸缩装置，使圆弧凸起116凸出于滚动试样夹具112的表面；

步骤[3]通过调节板15和工作台16调节升降台14的水平位置，通过升降台14调节平面试样夹具125的竖直位置，使滚动试样114与平面试样124在合适位置接触；

步骤[4]电机3依次通过偏心盘6、关节轴承7、冲击轴8、弹簧片10、夹具连接器11、滚动试样夹具112带动滚动试样114以设定的参数进行上下往复运动，对平面试样124进行往复滑动-滚动复合摩擦试验；

步骤[5]在试验过程中，与平面试样夹具125相连接的三维力传感器13测出平面试样124所承受的力，并送至数据采集控制系统，分析得出摩擦系数-循环次数曲线。

试验七：冲击-滑动-滚动复合摩擦磨损试验

具体试验步骤为：

步骤[1]将滚动试样夹具112安装在夹具连接器11上，并在滚动试样夹具112上安装滚动试样114，在平面试样夹具125上安装平面试样124；

步骤[2]调节弹簧刚度调节器17使弹簧片10可在竖直方向弯曲，调节角度调节平台123，使平面试样124与水平方向具有倾斜的角度，调节伸缩装置，使圆弧凸起116凸出于滚动试样夹具112的表面；

步骤[3]通过调节板15和工作台16调节升降台14的水平位置，通过升降台14调节平面试样夹具125的竖直位置，使滚动试样114与平面试样124在合适位置接触；

步骤[4]电机3依次通过偏心盘6、关节轴承7、冲击轴8、弹簧片10、夹具连接器11、滚动试样夹具112带动滚动试样114以设定的参数进行上下往复运动，对平面试样124进行往复冲击-滑动-滚动复合摩擦试验；

步骤[5]在试验过程中，与平面试样夹具125相连接的三维力传感器13测出平面试样124所承受的力，并送至数据采集控制系统，分析得出摩擦系数-循环次数曲线。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种多模式摩擦磨损试验装置，其特征在于：包括机架（1）和底座（2），所述机架（1）的上部设置有驱动装置和传动装置，所述传动装置连接有弹簧片（10），所述弹簧片（10）连接有弹簧刚度调节器（17），弹簧片（10）的下端连接有夹具连接器（11），所述夹具连接器（11）上连接有球形试样夹具（111）或滚动试样夹具（112），所述滚动试样夹具（112）连接有滚动试样（114），所述滚动试样（114）的两侧设置有渐增圆弧凸起（115），所述滚动试样夹具（112）上设置有圆弧凸起（116），所述圆弧凸起（116）与渐增圆弧凸起（115）的最大外缘处相切，所述底座（2）上设置有升降台（14），所述升降台（14）上设置有平面试样机构（12），升降台（14）与平面试样机构（12）之间设置有三维力传感器（13），所述平面试样机构（12）与夹具连接器（11）的位置对应，所述平面试样机构（12）包括螺杆滑动台（121），所述螺杆滑动台（121）上设置有平面试样夹具（125）和角度定位板（126），所述平面试样夹具（125）用于夹持平面试样（124），所述平面试样夹具（125）一端与螺杆滑动台（121）铰接连接，另一端与角度定位板（126）活动连接，所述角度定位板（126）的形状为圆弧形，角度定位板（126）的中部设置有弧形槽，所述弧形槽滑动连接有定位块（128），所述定位块（128）与平面试样夹具（125）铰接连接，所述螺杆滑动台（121）上设置有角度调节螺杆（127），所述角度调节螺杆（127）与螺杆滑动台（121）滑动连接，所述定位块（128）与角度调节螺杆（127）滑动连接。

2.如权利要求1所述的一种多模式摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述夹具连接器（11）与球形试样夹具（111）和滚动试样夹具（112）螺纹连接。

3.如权利要求1所述的一种多模式摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述角度定位板（126）上设置有刻度。

4.如权利要求1所述的一种多模式摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述传动装置包括依次连接的联轴器（4）、传动轴、偏心盘（6）、关节轴承（7）和冲击轴（8），所述传动轴与偏心盘（6）的中心连接，偏心盘（6）的边缘与关节轴承（7）的上端连接，关节轴承（7）的下端与冲击轴（8）的上端连接，所述冲击轴（8）的下端与弹簧片（10）连接。

5.如权利要求1所述的一种多模式摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述底座（2）上设置工作台（16），所述工作台（16）上设置有调节板（15）和T形槽（161），所述调节板（15）上设置有条形孔（151），所述条形孔（151）与T形槽（161）互相垂直，所述条形孔（151）中设置有T型螺栓，T型螺栓的下部位于T形槽（161）中，所述升降台（14）与调节板（15）固定连接。

6.如权利要求1所述的一种多模式摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述弹簧刚度调节器（17）包括支撑块（172），所述支撑块（172）中设置有旋转块（173），所述旋转块（173）与支撑块（172）转动连接，所述旋转块（173）的上端固定连接有螺纹杆（171），所述旋转块（173）的下端固定连接有手柄（174）。

7.如权利要求6所述的一种多模式摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述支撑块（172）为磁性材料。

8.如权利要求1所述的一种多模式摩擦磨损试验装置，其特征在于，所述圆弧凸起（116）与滚动试样夹具（112）滑动连接，所述圆弧凸起（116）与滚动试样夹具（112）之间设置有伸缩装置。

9.采用权利要求1所述装置进行的多模式摩擦磨损试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤[1] 将球形试样夹具（111）或者滚动试样夹具（112）安装在夹具连接器（11）上，并在球形试样夹具（111）上安装球形试样（113）或者滚动试样夹具（112）上安装滚动试样（114），在平面试样夹具（125）上安装平面试样（124）；

步骤[2] 调节弹簧刚度调节器（17）改变弹簧片（10）的刚度，根据摩擦磨损试验的模式调节平面试样（124）的角度；

步骤[3] 调节升降台（14）的水平位置，通过升降台（14）调节平面试样夹具（125）的竖直位置，使球形试样（113）或滚动试样（114）与平面试样（124）在合适位置接触；

步骤[4]驱动装置通过传动装置带动球形试样（113）或者滚动试样（114）以设定的参数进行上下往复运动；

步骤[5] 三维力传感器（13）测出平面试样（124）所承受的力，并送至数据采集控制系统，分析得出摩擦系数-循环次数曲线。

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