[发明专利]一种实现振动解耦的旋转式摩擦学行为模拟试验台

说明书

本发明公开了一种实现振动解耦的旋转式摩擦学行为模拟试验台，包括试验台基座，所述试验台基座上设置有下摩擦试样，所述下摩擦试样上方设置有上摩擦试样，所述下摩擦试样与试验台基座之间设置有旋转系统，所述上摩擦试样连接有加载系统，所述加载系统上设置有加速度传感器和三向力传感器。本发明设置旋转系统带动下摩擦试样旋转，设置加载系统控制上摩擦试样与下摩擦试样的所需的摩擦接触载荷，利用空气轴承的非接触工作原理，对试验中支撑装置结构共振及驱动部件振动等引起的干扰信号和界面摩擦自激振动信号实现解耦，从而对旋转式摩擦副界面摩擦学行为的影响因素进行研究分析，并探究旋转式界面摩擦学行为的演变规律和调控方法。

技术领域

本发明属于摩擦振动技术领域，具体涉及一种实现振动解耦的旋转式摩擦学行为模拟试验台。

背景技术

摩擦是一种在日常生活和工程领域中十分普遍存在的现象，例如在机床加工系统、车辆制动系统、机器人连接关节系统等实际应用中都存在相互接触且相对运动的部件，这些部件的接触表面将会由此产生摩擦，并表现出不同的界面摩擦学行为以及发生摩擦自激振动。强烈的摩擦自激振动会加剧零部件的磨损，降低机械装备的精度及可靠性，导致服役寿命大大缩短，严重影响设备的正常运行，甚至引发严重的安全事故。因此，机械设备中存在的摩擦自激振动现象一直受到相关研究者的重视。此外，通过有效探究界面的摩擦学行为也可为摩擦副材料的制备及结构设计等提供有益参考。通常而言，通过搭建摩擦学行为模拟试验台来模拟摩擦学行为，并利用不同实验条件及表征分析手段来研究机械系统界面摩擦学行为的影响因素，是现阶段针对工程应用受到学者广泛欢迎的一种研究方式。

现有的摩擦振动试验台大多能实现往复式运动，用于模拟直线往复运动下的摩擦学行为，然而现有的一些工程应用中，如车辆的轮轨接触、盘型制动等摩擦副接触方式都属于旋转接触，与直线往复摩擦接触方式和界面摩擦学行为均存在较大差异，也无法在直线往复摩擦振动试验台上进行模拟。现有的试验台在模拟摩擦学行为时，驱动电机等动力部件工作中产生的振动信号会经过试验台刚性连接结构传递到摩擦界面，引起摩擦界面振动信号的叠加；此外，摩擦界面的振动信号经刚性连接结构传递到试验台支撑部件，极有可能引起试验台刚性连接结构的共振现象，而且共振信号可通过试验台刚性连接结构返回到摩擦界面，对摩擦界面的振动特征产生掩盖。简而言之，试验台刚性结构的共振信号及驱动部件自身的振动信号等非摩擦界面振动信号都可归纳于影响试验精度的干扰信号，干扰信号的存在不利于精确研究摩擦副的界面摩擦学行为。然而，现有的旋转式界面摩擦学行为模拟试验装置并未针对上述问题采取有效措施，导致界面摩擦自激振动并由此引发的一系列界面摩擦学行为研究缺乏精确的试验结果，不能有效揭示摩擦副界面摩擦自激振动产生机理以及界面摩擦学行为演变规律和影响因素。因此研发一种能实现界面摩擦自激振动信号与其它干扰振动信号解耦，进而更加精确探究界面摩擦学行为的影响因素和演变规律的试验台，具有极其重要的意义。

发明内容

针对现有的摩擦学行为模拟试验中非摩擦界面引起的振动干扰信号会叠加于界面摩擦自激振动，不能精确研究摩擦副界面摩擦学行为的问题，本发明提供一种实现振动解耦的旋转式摩擦学行为模拟试验台，其目的在于：利用无摩擦接触运动的空气轴承，实现非摩擦界面产生的振动干扰信号与界面摩擦自激振动信号完全解耦，从而更加准确采集界面摩擦自激振动产生的特征参数，用于精确研究机械系统摩擦学行为的影响因素和演变规律。

本发明采用的技术方案如下：

一种实现振动解耦的旋转式摩擦学行为模拟试验台，包括试验台基座，所述试验台基座上设置有下摩擦试样，所述下摩擦试样上方设置有上摩擦试样，所述下摩擦试样与试验台基座之间设置有旋转系统，所述上摩擦试样连接有加载系统，所述加载系统上设置有加速度传感器和三向力传感器。

本发明设置旋转系统带动下摩擦试样旋转，设置加载系统控制上摩擦试样与下摩擦试样的所需的摩擦接触载荷，从而利用加载系统和旋转系统改变摩擦界面因素或者试验条件来模拟接触物体的不同摩擦工况，并通过加速度传感器和三向力传感器测量两摩擦试样摩擦过程中的加速度信号和力信号，用于将测得的信号输送给计算机进行数据处理。