[发明专利]一种双向微动试验夹具及其双向微动试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料摩擦磨损性能和涂层寿命评估试验技术领域，尤其涉及材料的微动试验方法和微动试验夹具。 

背景技术

不同于滑动、滚动等摩擦方式，微动是紧配合件间发生的振幅极小(通常在微米量级)的相对运动。微动的运动方式十分复杂，以球与平面接触为例，按不同的相对运动方向，微动可分为切向式、径向式、滚动式和扭动式等四种基本类型，其中切向式微动的微动方向为球/面接触处的球面的切向方向，径向式微动的微动方向为球/面接触处的球面的法向方向。微动可以造成接触面间的表面磨损，产生材料损失和构件尺寸变化，引起构件咬合、松动、功率损失、噪声增加或形成污染源等；它也可以加速裂纹的萌生和扩展，使零部件的寿命大大降低。在机械、核电、航空、铁路、电力等工业中微动已成为紧配合部件失效的主要原因之一。因此，对材料进行微动实验，测试出材料在微动工况下的摩擦学性能，对减少工程实际中出现的微动磨损问题，改进工程的相关设计，提高装备与器械的性能与寿命、节约能源等具有十分重要的意义。 

在工程实际中，单一的切向与径向微动相对较少，大量存在的是两紧配合接触副承受倾斜载荷、发生斜向微动的情况。这种斜向微动沿接触表面的切向和法向分解，可分解为切向和径向两种微动，因此可以称之为双向微动，接触副表面的破坏也就是切向和径向双向微动作用的结果，并导致严重的表面损伤(磨损或/和疲劳)。而现有的微动实验夹具其所夹持的平面试件与液压伺服实验台的液压加载方向(即模拟的微动方向)或者垂直或者平行，因而只能进行单一的切向或径向微动实验而无法进行切向与径向双向微动的实验，从而对大量存在的双向微动工况条件下材料的摩擦学性能，无法进行真实、准确的测试及涂层寿命的评估。 

发明内容

本发明的目的，就是提供一种双向微动试验夹具，该实验夹具能在现有的液压伺服微动实验台上，有效地模拟球/面接触条件下的双向微动磨损，测试出其摩擦学性能，以及评估涂层在球/面接触双向微动条件下的接触疲劳寿命。 

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是： 

一种双向微动试验夹具，包括：液压伺服微动实验台的横梁下面的载荷传感器下部螺纹连接的平面试件夹具，液压伺服微动实验台的液压缸的活塞上面螺纹连接的球试件夹具，其结构特点是： 

平面试件夹具呈“人”字型，平面试件夹具下部左右两侧的相对面均开有与平面试件相适配的凹槽，且在该凹槽壁上设有顶紧平面试件的螺钉； 

球试件夹具开有与球试件相适配的球试件腔，球试件腔的壁上设有顶紧球试件的螺钉；球试件腔、活塞及平面试件夹具三者的竖轴线重合。 

平面试件夹具的上部的一侧连有安装垂向位移传感器的上垂向螺杆、球试件夹具上则连有安装垂向位移传感器的下垂向螺杆，上、下垂向螺杆(10、12)的中轴线重叠。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是： 

本发明的平面试件夹具呈“人”字型，将平面试件夹持在平面试件夹具下部左右两侧的凹槽内，再将球试件夹持在球试件夹具的球试件腔内，由于球试件腔、活塞与平面试件夹具三者的竖轴线重合，因此，夹持后的平面试件与球试件在偏离竖轴线的两侧倾斜接触。然后通过液压伺服实验台的活塞驱动球试件沿其竖轴线向下移动，从而使平面试件与球试件在接触处发生斜向(双向)微动，因此本发明的试验夹具能够实现平面试件与球试件双向微动，有效地模拟球/面接触条件下的双向微动。再通过位移传感器和载荷传感器对双向微动时平面试件与球试件的相对位移与载荷进行测试，即可得出平面试件与球试件在双向微动条件下的摩擦学性能，对于涂层平面试件，即可评估其在双向微动条件下的寿命。 

安装垂向位移传感器的上垂向螺杆、下垂向螺杆的中轴线重叠，且分别连接在平面试件夹具与球试件夹具上，使上、下垂向螺杆的长度最短、距离最小，从而使平面试件与球试件的位移能够直接有效的传递给垂向位移传感器，位移测量精确、误差小。 

上述的平面试件夹具下部左右两侧相对面的夹角为20°～160°；通过更换不同角度的平面试件夹具，可以模拟出不同倾斜角度的双向微动，从而可以使本发明的试验夹具能够根据工程实际中不同的工况进行双向微动实验的模拟，使 其模拟测试结果更真实、更准确。 

上述的活塞的移动速度范围为1～6000μm/min，位移变化范围为1～12000μm。垂向位移传感器的量程为1～60μm，其测量精度为0.2μm；载荷传感器的量程为0～1000N。这样能够精确的对双向微动实验参数进行设定、测量与控制，可满足常见材料双向微动实验的要求。