[发明专利]一种小位移往复滚动摩擦磨损试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种摩擦磨损测试装置，尤其涉及一种滚动摩擦磨损试验装置。

背景技术

滚动由于其摩擦力小等特性在机械工程中得到了广泛的应用。滚动体发生 滚动运动时，由于受几何轨道、坡道、制动和传动(牵引)以及转动体的形变 等多种因素的影响，滚动常处于受制滚动状态，接触界面之间存在滚滑现象， 在接触区内通常存在粘着区和滑移区。当粘着区占据整个接触区时，物体只发 生滚动，而不发生滑动；当滚动体因牵引或制动导致摩擦力增加时，接触区内 的粘着区会不断减少，此时物体发生滚、滑运动；如果滑移区占据了整个接触 区时，则物体只发生滑动运动，无滚动存在，这就使滚动成为一种复杂的摩擦 学运动形式。滚动磨损广泛的出现在滚动零部件中，如齿轮、轴承、铁路车轮 等，对机器的可靠性和寿命有着极其重要的影响。例如：车轮作为铁路机车和 车辆的重要走行部件，铁路车辆行驶于轨道上所需完成的全部动作都通过车轮 与钢轨的直接作用实现。在这种作用下，轮轨接触面一般处于滚滑状态，车轮 踏面将同时发生磨损和滚动接触疲劳损伤并最终导致车轮失效。目前为止，滚 动运动磨损特性的研究相对滑动运动形式而言不够深入。

现有的滚动运动磨损试验装置均为圆盘对滚式，通过两个圆盘的相对滚动， 实现滚动摩擦磨损的试验研究。但由于对滚的两个磨损面均是弧面，不便于利 用显微镜进行表面磨损特征的微观分析。同时也无法对平面工件与圆形滚动体 之间的摩擦磨损(如轮轨间的磨损)进行更真实可靠的模拟试验研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种小位移往复滚动摩擦磨损试验装置，该试验装置 能方便地使实现线接触条件下的小位移往复滚动摩擦运动，能更真实可靠地模 拟平面试件与滚动体之间的摩擦磨损，试验结果便于进行微观分析，且其自动 化程度高、操作简单方便、控制与测试的精度高、试验数据的重现性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种小位移往复滚动摩擦磨 损试验装置，包括计算机数据采集控制系统、液压式摩擦试验机、液压式摩擦 试验机上安装的平面试样夹具和滚动试样夹具，其结构特点是：

所述的平面试样夹具的上端与切向力传感器下端的连接件绞接，切向力传 感器的上端与液压式摩擦试验机的横梁相连；

滚动试样夹具位于平面试样夹具的右侧，且固定在夹具支撑架的立柱上， 夹具支撑架的底板连接在液压式摩擦试验机的液压活塞上；

法向力传感器位于夹具支撑架的右侧，法向力传感器右侧的螺杆螺纹连接 在支撑螺母上，且该螺杆的端部连接有转动盘，支撑螺母通过支座固定在液压 式摩擦试验机的工作台面上；法向力传感器的左侧与U型连接件相连，U型连 接件的U型槽套合在平面试样夹具、滚动试样夹具及夹具支撑架立柱的前后两 侧；

切向力传感器、法向力传感器、液压活塞均与计算机数据采集控制系统相 连。

本发明的工作过程和原理是：

将平面试样、滚动试样分别安装在平面试样夹具和滚动试样夹具上，利用 螺栓固定在左夹具的凹槽中，调节平面试样使其摩擦面与滚动试样轴线平行， 使二者达到线接触状态，旋转转动盘使法向力传感器右侧的螺杆沿支撑螺母转 动，使螺杆向右移动，进而通过法向力传感器、U型连接件、平面试样夹具向 平面试样及滚动试样之间施加法向载荷，并由计算机数据采集控制系统显示并 采集法向载荷数据；同时通过计算机数据采集控制系统控制液压活塞按设定的 往复运动位移幅值D、频率f、循环次数N进行小位移垂直往复运动；使滚动试 样与平面试样之间产生小位移往复滚动。还通过切向力传感器测量出平面试样 与滚动试样构成的摩擦副间的切向摩擦力，并送至计算机数据采集控制系统。 计算机数据采集控制系统自动分析得出设定位移幅值、频率和法向载荷条件下 的摩擦力-位移幅值-循环次数动态三维特性曲线，以表征往复滚动摩擦的动 力学特性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明装置使平面试样与滚动试样线接触构成往复滚动摩擦副，通过 调节平面试样使其与滚动试样轴线方向相平行，即可方便地实现法向载荷作用 下平面试样与滚动试样线接触条件下的往复滚动摩擦运动，与双盘对滚式的试 验装置相比，本试验装置是摩擦副为平面-滚动试样，试验结果便于用显微镜进 行微观分析，从而更方便对平面试样材料进行相关的磨损机理分析与研究，便 于分析滚动磨损机制的转变过程。能更真实可靠有效地模拟与分析平面试件与 滚动体之间的摩擦磨损。