[发明专利]一种侧面冲击摩擦测试装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种侧面冲击摩擦测试装置及测试方法，具体涉及一种可直接测量材料侧面冲击过程中冲击力、冲击扭矩、冲击速度、冲击加速度和摩擦因数的装置及方法。

背景技术

冲击摩擦是两个个固体表面动态撞击所造成的表面摩擦。在各类机械中，许多零部件都承受着不同程度的冲击摩擦，如煤矿领域球磨机工作过程中，钢球和滚筒、物料之间都存在着动态的侧面冲击摩擦。针对材料侧面撞击过程中冲击摩擦特性的测试装置尚未发现，给侧面冲击摩擦测试带来很大的不便。

因此，开发一种方便操作、能够直接测定材料表面侧面撞击过程中冲击摩擦特性的装置，为更好的评价材料侧面冲击摩擦特性提供实验方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足提出一种可直接测量材料侧面冲击摩擦特性的装置及方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种侧面冲击摩擦测试装置，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。

所述的侧面冲击摩擦测试装置，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。

所述的侧面冲击摩擦测试装置，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。

所述的侧面冲击摩擦测试装置，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。

所述的侧面冲击摩擦测试装置，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。

所述的侧面冲击摩擦测试装置，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。

所述的侧面冲击摩擦测试装置，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。

一种侧面冲击摩擦测试方法，以圆环形冲击表面为例说明，巧、巧分别表示圆环形的小径、大径，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＝0.07μm，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；