CN211528181U - 一种测量圆柱微结构表面的点接触摩擦磨损试验机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种测量圆柱微结构表面的点接触摩擦磨损试验机，包括钢球移动装置、摩擦性能检测装置和试件自动定心装置三个部分。钢球移动装置中，利用齿轮齿条啮合的方式实现移动座移动，摩擦性能检测装置与移动座固定连接，间接带动钢球移动，从而调整钢球在试件上的左右位置；摩擦性能检测装置中，传力杆A固定于S形传感器的一端，传力杆B与传力杆A相连，砝码钢球保持座与传力杆B固为一体，钢球与试件产生的摩擦力通过传力杆传送给S形传感器；试件自动定心装置中，圆台定位块形成的锥面使试件的锥孔自动定心，十字形固定块通过与圆台定位块的螺纹配合对试件夹紧，限制试件的径向移动。此摩擦磨损试验机运行平稳、数值可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及摩擦磨损试验机领域，具体为一种测量圆柱微结构表面的点接触摩擦磨损试验机。
背景技术
球轴承是当代机械设备中一种重要的零部件，钢球作为球轴承的滚动体，其质量直接影响着轴承的精度。目前国内外高精密钢球生产企业广泛采用AVIKO系列钢球表面自动测量仪对钢球质量进行检测，其检测方法是通过展开轮与钢球之间的摩擦传动将钢球表面全面展开，同时利用光电和涡流传感器对内部裂纹和表面缺陷进行联合检测。但因钢球与展开轮均为光滑表面，展开过程中极易发生打滑现象，导致钢球无法全表面展开，降低了检测效率；且因打滑造成的展开轮磨损甚至报废，增加了检测成本。近几年研究表明，表面微结构能改善材料的摩擦性能，为了研究表面微结构能否解决展开轮表面打滑和磨损问题，必须做摩擦磨损试验。展开轮是不对称锥面体，其几何轴线与实际回转轴线的夹角非常小，且加工精度要求非常高，实际制造难度大、成本高，因此需用简单等效曲面替代不对称锥面。为模拟展开轮与钢球间的接触摩擦状态，采用圆柱面作为等效曲面，在圆柱外侧周向表面加工微结构，通过测量钢球与圆柱微结构表面的摩擦磨损性能，研究展开轮表面微结构对其摩擦磨损性能的影响。目前没有相应的试验装置，需要设计一种能测量圆柱微结构表面的点接触摩擦磨损试验机，用于展开轮表面微结构摩擦磨损性能的研究。
发明内容
本实用新型的目的是：设计了一种测量圆柱微结构表面的点接触摩擦磨损试验机，利用圆台定位块的锥面使试件的锥孔自动定心，再用十字形固定夹具通过螺纹夹紧试件，限制试件的径向移动，避免试验过程中因试件不定心产生的振动；且钢球与圆柱微结构表面产生的摩擦力直接拉动传力杆挤压S形传感器电阻应变片，不涉及弯矩扭矩的影响，使所测数值更加准确、可靠。传力杆A、B的连接处非拧紧，使砝码的重量能全部作用于试件表面，避免传力杆本身刚度的干扰；将砝码座设计成凹槽型，钢球固定孔设计成喇叭形，避免试验中砝码和钢球掉落。此试验机运行平稳、数值可靠，能很好的为展开轮微结构表面摩擦性能研究提供技术支持。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种测量圆柱微结构表面的点接触摩擦磨损试验机，包括钢球移动装置、摩擦性能检测装置和试件自动定心装置。
钢球移动装置由底座、导轨、移动座、传感器支座、齿轮、齿条、滚动轴承、手柄和齿轮安装座组成，用四个螺钉将两个导轨与底座固定，移动座的底部通过卡槽与导轨配合，移动座上安装有齿条，与齿轮啮合，当旋转手柄时，齿轮转动，从而带动齿条和移动座共同移动，固定螺钉同时起限位作用，保证移动座不会与导轨脱离。传感器支座固定于移动座上，且与摩擦性能检测装置固定连接，旋转手柄时传感器支座左右移动，从而调整钢球在试件上的左右位置。
摩擦性能检测装置由S形传感器、传力杆A、传力杆B、砝码、砝码钢球保持座以及钢球组成。用螺钉将S形传感器固定在传感器支座上，传力杆A固定在S形传感器另一端 (含电阻应变片)，传力杆A与传力杆B用螺栓连接，非拧紧(这是为了使砝码的重力全部作用于试件，避免拧紧后传力杆本身刚度抵消部分砝码重力)，即使传力杆A与传力杆B的连接孔处有间隙，当试验机工作时伺服电机旋转，砝码座空载，钢球与试件间的摩擦力会拉动传力杆B移动直至消除横向间隙，此时传力杆A、B相当于一个整体，然后再对摩擦力进行校零，接着添加砝码，所产生的摩擦力拉动传力杆A和传力杆B直接作用于S形传感器电阻应变片，测得摩擦性能数值，所得数据直接、可靠。砝码钢球保持座与传力杆B固定为一体，其上部为凹槽形砝码座，下部为喇叭形钢球固定孔，避免试验过程中砝码及钢球掉落。
试件自动定心装置由十字形固定块、圆台定位块、试件、伺服电机以及电机座组成。用螺钉将电机架固定于底座，再将伺服电机固定于电机架，在伺服电机的负载轴安有圆台定位块，其结构所形成的锥面能自动使试件的锥孔定心，十字形固定块的孔内有螺纹，通过与圆台定位块另一端的螺纹配合达到夹紧的目的，此装置不仅结构简单，还能限制试件的径向移动。此设计极大的避免了摩擦磨损试验过程中的振动。
附图说明
图1为本实用新型三维立体示意图
图2为本实用新型的俯视图
图3为本实用新型的主视图
图4为本实用新型的左视图
图5为本实用新型钢球移动装置结构示意图
图6为本实用新型圆台定位块的结构示意图及剖面图
其中：1-底座，2-导轨，3-移动座，4-传感器支座固定螺钉，5-传感器支座，6-传感器固定螺钉，7-S形传感器，8-导轨固定螺钉，9-传力杆A，10-砝码，11-砝码钢球保持座，12-传力杆B，13-钢球，14-传力杆连接螺栓，15-传力杆A固定螺钉，16-十字形固定块，17-试件，18-伺服电机，19-电机座固定螺钉，20-电机座，21-伺服电机固定螺钉，22-圆台定位块，23-齿条固定螺钉，24-齿条，25-齿轮，26-滚动轴承，27-手柄，28-齿轮座。
具体实施方式
如图1所示，一种测量圆柱微结构表面的点接触摩擦磨损试验机，其特征在于：包括钢球移动装置、摩擦性能检测装置和试件自动定心装置共三个部分。
如图2、图3、图5所示，钢球移动装置中，导轨(2)固定于底座(1)，移动座 (3)通过卡槽与导轨(2)配合，移动座(3)上安装有齿条(24)，与齿轮(25)啮合，齿轮(25)安装在齿轮座(28)上，通过旋转手柄(27)和滚动轴承(26)控制齿轮(25)转动，从而带动齿条(24)移动，移动座(3)与齿条(24)固定为一体，因此随之移动。传感器支座(5)通过螺钉(4)固定在移动座(3)上，且与摩擦性能检测装置固定连接，所以转动手柄(27)时，齿轮(25)转动间接带动钢球(13)移动，从而调整钢球(13)在试件(17)上的左右位置。
摩擦性能检测装置中，传感器固定螺钉(6)将S形传感器(7)与传感器支座(5) 固定，传力杆A(9)通过传力杆A固定螺钉(15)固定于S形传感器(7)的另一端(含电阻应变片)，传力杆B(12)与传力杆A(9)通过传力杆连接螺栓(14)相连(非拧紧)，这样做的目的是避免拧紧后传力杆A(9)与传力杆B(12)本身的刚度会抵消一部分砝码(10)的重力，使试件(17)与钢球(13)间的摩擦力与所受砝码(10)的重力不对应，导致数据失真。砝码钢球保持座(11)与传力杆B(12)固为一体，其上部为凹槽形砝码座，下部为喇叭形钢球固定孔，防止试验过程中砝码及钢球掉落。
如图4、图6所示，试件自动定心装置中，电机座固定螺钉(19)将电机座(20)固定于底座(1)上，伺服电机(18)固定于电机座(20)，圆台定位块(22)的两端都有细长形圆柱，一端内部带矩形凹槽，另一端攻有螺纹，带矩形凹槽的一端与伺服电机(18)的负载轴配合连接，在安装试件(17)时，圆台定位块(22)的锥面与试件(17)的锥孔自动定心，十字形固定块(16)的孔内有螺纹，与圆台定位块(22)带螺纹的一端配合拧紧，对已自动定心的试件(17)进行夹紧，限制了试件(17)的径向移动。
试验开始前，将试件(17)定位夹紧，把钢球(13)放入砝码钢球保持座(11)的钢球固定孔，再与试件(17)表面接触，转动手柄(27)调整钢球(13)在试件(17)上的位置，使钢球(13)与试件(17)的接触点在试件(17)的中间区域，同时还要保证S形传感器(7)、传力杆A(9)和传力杆B(12)在同一水平面，通过传感器固定螺钉(6)进行调整；做好准备工作后，接上电源，伺服电机(18)的负载轴转动，此时砝码钢球保持座 (11)的砝码座空载，伺服电机(18)带动圆台定位块(22)及试件(17)转动，钢球 (13)与试件(17)之间产生的摩擦力拉动传力杆B(12)移动，直至消除两个传力杆连接孔处的间隙，此时传力杆A(9)与传力杆B(12)相当于一个整体，共同挤压S形传感器 (7)的电阻应变片，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化(增大或减小)，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，从而完成了将外力变换为电信号的过程；接着将摩擦力校零，数据稳定后添加砝码(10)。S形传感器(7)每隔0.1秒测得一次钢球(13)与试件(17)间的摩擦力数据，经串口将所测数据实时传送给电脑，因添加砝码(10)时摩擦力数值有人为影响，因此每组数据的开头一部分都要去除，待摩擦力数值有规律的小范围波动后，再检测一段时间，为此后摩擦性能的数值换算收集大量数据，将此时间内的数据输出成excel文档保存，停止试验。试件(17)上的微结构可为圆形、菱形、矩形、椭圆形、网格形以及条纹形，更换不同的试件(17)测量其摩擦力和磨损量，为展开轮微结构表面的摩擦磨损性能研究提供试验数据。
Claims (1)
1.一种测量圆柱微结构表面的点接触摩擦磨损试验机，其特征在于：包括钢球移动装置、摩擦性能检测装置和试件自动定心装置共三个部分；钢球移动装置中，导轨（2）固定于底座（1），移动座（3）通过卡槽与导轨（2）配合，移动座（3）上安装有齿条（24），与齿轮（25）啮合，齿轮（25）安装在齿轮座（28）上，通过旋转手柄（27）和滚动轴承（26）控制齿轮（25）转动，从而带动齿条（24）移动，移动座（3）与齿条（24）固定为一体，因此随之移动；传感器支座（5）通过传感器支座固定螺钉（4）固定在移动座（3）上，且与摩擦性能检测装置固定连接，所以转动手柄（27）时，齿轮（25）转动间接带动钢球（13）移动，从而调整钢球（13）在试件（17）上的左右位置；摩擦性能检测装置中，传感器固定螺钉（6）将S形传感器（7）与传感器支座（5）固定，传力杆A（9）通过传力杆A固定螺钉（15）固定于S形传感器（7）的另一端，传力杆B（12）与传力杆A（9）通过传力杆连接螺栓（14）相连，砝码钢球保持座（11）与传力杆B（12）固为一体，其上部为凹槽形砝码座，下部为喇叭形钢球固定孔，防止试验过程中砝码（10）及钢球（13）掉落；试件自动定心装置中，电机座固定螺钉（19）将电机座（20）固定于底座（1）上，伺服电机（18）固定于电机座（20），圆台定位块（22）安装在伺服电机（18）的负载轴上，圆台定位块（22）形成的锥面使试件（17）的锥孔自动定心，十字形固定块（16）通过与圆台定位块（22）的螺纹配合对试件（17）夹紧，限制试件（17）的径向移动。
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