[发明专利]一种侧面冲击摩擦测试装置及测试方法

权利要求书

1.一种侧面冲击摩擦测试装置，其特征在于：所述的侧面冲击摩擦因数测试装置包括气压泵(01)、气动冲击装置(02)、圆弧轨道(03)、入射杆(04)、卡具(05)、支座(06)、小轮(07)、加速度传感器(08)、速度传感器(09)、第一应变计(10)、第二应变计(11)、第一试样(12)、第二试样(13)、透射杆(14)、皮带轮(15)、减震器(16)、皮带(17)、变频电机(18)、信号采集装置(19)以及计算机(20)；入射杆(04)和支座(06)通过滑动轴承连接使得入射杆(04)可以沿轴向和圆周方向运动；透射杆(14)和支座(06)通过滚动轴承连接，气动冲击装置(02)和入射杆(04)共轴线，入射杆(04)和透射杆(14)不共轴，两者轴线具有夹角θ；气动冲击装置(02)、支撑入射杆的支座(06)底部装有小轮(07)可以在圆弧形轨道(03)移动，以调整第一试样(12)冲击的入射角θ；轨道上装有卡具(05)以固定小轮的位置，保证侧面冲击过程中入射角的恒定；与入射杆(04)连接的第一试样(12)的截面与轴向夹角需加工成90°-θ；第二试样(13)的截面足够覆盖第一试样(12)的截面；入射杆(04)上从左到右依次附有带磁性的加速度传感器(08)、速度传感器(09)、第一应变计(10)、第二应变计(11)；加速度传感器(08)、速度传感器(09)分别用来测量第一试样(12)侧面冲击的加速度、速度；第一应变计(10)用来测量试样侧面冲击摩擦过程的正向应变，第二应变计(11)用来测量试样正面冲击摩擦过程中的切应变；第一应变计(10)靠近入射杆(04)的左侧，第二应变计(11)靠近入射杆(04)的右侧，用来提高测量结果的准确度。

2.如权利要求1所述的侧面冲击摩擦测试装置，其特征在于：入射杆(04)和透射杆(14)的末端可以通过型面连接来连接包括圆形、圆环形在内的多种形状的第一试样(12)、第二试样(13)组成的不同形式的侧面冲击摩擦副。

3.如权利要求1所述的侧面冲击摩擦测试装置，其特征在于：入射杆(04)和透射杆(14)的末端圆柱面上拧有四个螺钉阻止第一试样(12)、第二试样(13)的轴向松动。

4.如权利要求1所述的侧面冲击摩擦测试装置，其特征在于：透射杆(14)转动的角速度可以通过调节变频电机(18)的转速来调节。

5.如权利要求1所述的侧面冲击摩擦测试装置，其特征在于：第一试样(12)与第二试样(13)之间存在1-3mm的间隙，以便模拟侧面冲击过程。

6.如权利要求1所述的侧面冲击摩擦测试装置，其特征在于：第一试样(12)、第二试样(13)截面表面也可以涂抹一些润滑剂来模拟湿摩擦的工况。

7.如权利要求1所述的侧面冲击摩擦测试装置，其特征在于：透射杆(14)右端和减震器(16)之间的设有1-3mm间隙，减震器(16)可以减小冲击过程中透射杆(14)的震荡以及对轴承的冲击。

8.一种侧面冲击摩擦测试方法，以圆环形冲击表面为例说明，r₁、r₂分别表示圆环形的小径、大径，其特征在于，包括以下步骤：

1)实验前要对试样摩擦副表面做一定的抛光预处理，使其表面粗糙度达到Ra=0.07μn，以便判定侧面冲击过程中是否产生相对滑动，是否存在动摩擦。

2)安装第一试样(12)和第二试样(13)，启动变频电机(18)，气动冲击装置(02)冲击入射杆(04)，信号采集装置记录实验过程中加速度传感器(08)、速度传感器(09)、第一应变计10)和第二应变计(11)的变化；第一应变计(10)测得正应变ε，第二应变计(11)测得切应变γ；

3)冲击速度、加速度由速度传感器、加速度传感器直接测得；冲击力、冲击扭矩和摩擦因数通过正应变ε、切应变γ公式推导得到；计算机(20)采集正面冲击过程中所得数据，根据理论推导拟合出正面冲击过程中冲击力、冲击扭矩、冲击速度、加速度和摩擦因数的变化曲线；

入射杆正应力：σ=Eε，其中E表示入射杆弹性模量；

入射杆表面切应力：τ=Gγ，其中G表示入射杆的切变模量；

冲击力：F=σA，其中A=πR²，R表示入射杆半径；

冲击扭矩：其中τ表示入射杆表面切应力，I_R表示入射杆横截面对圆心的极惯性矩；

摩擦因数通过正应变ε、切应变γ由以下理论公式推导得到：

试样冲击截面正应力：其中S_a表示试样冲击截面面积；

试样冲击截面平均切应力：其中τ_r表示冲击截面上距圆心为r的任意点的切应力，I_a表示试样冲击横截面对圆心的极惯性矩；

试样所受平均切应力等于摩擦力，摩擦因数：