[发明专利]一种基于控制能量的冲切磨损试验装置

说明书

本发明公开了一种基于控制能量的冲切磨损试验装置，弥补了现有诸多摩擦磨损测试装置及研究方法的不足。基于控制能量的冲切磨损试验装置主要包括机架，切向直线电机，试样夹具，冲击直线电机，用于实时反馈直线电机运动的精密磁栅传感器，冲击块，用于控制冲击块运动的电吸盘和硅钢片，用于采集冲击力和切向力的压力传感器，以及用于采集冲击块运动及试样切向运动的光栅传感器。本发明采用控制速度和质量的方法来控制冲击块能量的设计，通过冲切耦合的运动方式实现了冲击和切向的复合式磨损，有效的克服了现有试验机仅通过力的角度来研究冲切磨损过程的缺陷。

技术领域

本发明属于实验装置，具体涉及一种基于控制能量的冲切磨损试验装置。

背景技术

冲切磨损是两个固体表面之间反复动态接触、撞击造成的材料界面损伤。冲切磨损广泛存在于人们的生活与生产中，如：航空航天、轨道交通、核电、等各领域，冲切磨损会严重降低重要零部件的工作效率、精度、可靠性，也是造成金属材料损耗和能量消耗的重要原因，每年由冲切摩擦磨损所带来的经济损失都不可估量。摩擦磨损会造成材料表面不同程度的损伤及失效破坏，严重时将导致机械零部件失效。在摩擦磨损形式中，冲切磨损也最为复杂，为了研究这类磨损，到目前为止，国内外也相继研制出不同类型的试验机。

在零部件实际服役过程中，其通常不只是受单一冲击或切向摩擦力，往往冲击力和切向力同时并存。目前，现有的冲击磨损试验机自动化程度低，一般只是施加单一方向的冲击力，而绝大部分冲击磨损是一个多方向耦合损伤过程，并且一般试验机都是基于力分析来研究冲击磨损行为，因此现有摩擦磨损测试装备还有很多需要或可以改进的地方。

发明内容

本发明目提供了一种基于控制能量的冲切磨损试验装置，解决现有的冲击磨损试验机自动化程度低，一般只是施加单一方向的冲击力，而绝大部分冲击磨损是一个多方向耦合损伤过程，现有的试验机无法满足实验需求的问题。

本发明所采用的技术方案为：

一种基于控制能量的冲切磨损试验装置，包括切向驱动单元、冲击单元、冲击驱动单元，所述切向驱动单元、冲击单元、冲击驱动单元都设置有位置检测机构；所述切向驱动单元用于驱动试样做切向运动；所述冲击单元受冲击驱动单元的驱动做往复运动，所述试样的运动方向相对冲击单元的运动方向垂直，且冲击单元的冲击头最远端对试样发生碰撞磨损。

进一步地，还包括机架，所述机架包括底座、底板、侧板和前板；所述底板位于底座上方，所述底板、侧板和前板之间相互垂直；所述侧板靠近前板的一侧设置有切向直线电机，所述切向直线电机的驱动端安装有切向装夹板；所述切向装夹板靠前板的一侧上设置有试样夹具，所述试样夹具用于安装试样；所述试样包括但不限定于块状体、棒体、管件；所述切向装夹板靠前板的一侧的下方设置有切向磁栅读头；所述切向磁栅读头下方设置有配合使用的切向磁栅尺，所述切向磁栅尺通过切向磁栅尺安装架安装在底板上；所述切向装夹板下侧边还设置有切向光栅尺安装架，所述切向光栅尺安装架上安装有切向光栅尺；切向光栅尺安装架下方安装有与所述切向光栅尺配套使用的切向光栅读头，所述切向光栅读头通过切向光栅读头安装架安装在所述侧板上；所述前板的一侧设置有冲击直线电机，所述冲击直线电机的驱动端安装有冲击装夹板；所述冲击装夹板下方的固定设置有冲击磁栅读头，所述冲击磁栅读头下方设置有配合使用的冲击磁栅尺，所述冲击磁栅尺通过冲击磁栅尺安装架安装在底板上；所述冲击装夹板侧面连接有的冲击电吸盘安装架，所述冲击电吸盘安装架靠所述侧板的一侧安装有冲击电吸盘；所述底板上滑动设置有冲击块，所述冲击块位于所述冲击电吸盘与试样之间，冲击块靠近冲击电吸盘的一端设置有圆柱形硅钢片；冲击块靠近试样的一端设置有冲击头。通过采用控制冲击块质量和冲击速度来控制冲击能量的设计，实现了从冲击动能的角度来研究零部件冲切复合磨损，有效地克服了现有仅通过力的角度来研究摩擦磨损所带来的缺陷；压电式力传感器采集冲击力和切向力，采用光栅传感器采集试样和冲击块实时位置信息，能够实时监测和记录冲切磨损过程中各动态过程量的变化情况，试验机采用微机控制，实现所有物理参量的自动显示、存储，不仅可以监控试验机的运转情况，而且还可以有效提高试验精度。