[发明专利]一种恒温恒压的高速摩擦装置及其使用方法

权利要求书

1.一种恒温恒压的高速摩擦装置，用于金属切削的刀-屑接触摩擦实验，其特征在于：所述摩擦装置包括摩擦副和对其加热的加热组件，还包括PLC、测量摩擦副摩擦力的测力仪（2）、测量摩擦副摩擦界面温度的热红外成像仪（15）；摩擦副包括由销夹具（8）固定的销（11），还包括由外部机构驱动旋转的摩擦盘（12）；销夹具的移动由带伺服阀（17）的气缸（4）驱动；

所述PLC与加热组件相连，按温度测量结果来控制对销的加热，以使摩擦副摩擦面的温度恒定；所述PLC与伺服阀相连，按摩擦力测量结果，通过控制气缸进气来控制气缸对销的输出压力，使销与摩擦盘间的压力恒定。

2.根据权利要求1所述的一种恒温恒压的高速摩擦装置，其特征在于：所述测力仪通过底板（1）安装于外部机构的滑座（14）处，加热组件以加热线圈（9）对销加热；测力仪上方安装有带导轨（7）的夹板（3）；所述导轨上安装有滑块（6）；所述滑块处设有加热线圈和与之相连的电压控制器（10）。

3.根据权利要求2所述的一种恒温恒压的高速摩擦装置，其特征在于：所述外部机构为机床。

4.根据权利要求2所述的一种恒温恒压的高速摩擦装置，其特征在于：所述加热线圈的热输出面朝向销的末端与中点之间的部位，以避免干扰热红外成像仪的热成像；加热线圈对销的上半段部位加热，经销本体的热传导使销整体升温；所述加热线圈与销之间的距离通过移动滑块来调整。

5.根据权利要求3所述的一种恒温恒压的高速摩擦装置，其特征在于：所述销夹具安装于气缸的活塞杆（5）处；销夹具以紧固件固定销，使销的前端与摩擦盘接触，机床以三爪卡盘（13）固定摩擦盘并驱动其旋转。

6.一种恒温恒压的高速摩擦装置对摩擦副摩擦界面的温度进行精准控制的方法，采用权利要求2中所述的高速摩擦装置，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤A1、PLC通过红外热像仪对销的温度进行测量，得到摩擦界面的温度T1，将温度指令信号Ts与销实测温度信号T1进行比较，得到其误差值e1、误差值的一阶导数e2以及误差值的历史积分e3；

步骤A2、将上述误差信息e1、e2、e3送入PLC的温度控制器，PLC的温度控制器对误差信息进行PID运算；

步骤A3、PLC控制器经过PID运算后，将随误差信息变化的信号输入到电压控制器，通过控制加热线圈的电压，实现对销的不同加热程度，结合销的散热过程，从而使销的温度达到设定值。

7.一种恒温恒压的高速摩擦装置对摩擦副相互作用力精密控制的方法，采用权利要求5中所述的高速摩擦装置，其特征在于：方法包括以下步骤；

步骤B1、销和摩擦盘在实验过程中相互作用，PLC通过测力仪获得沿机床轴线方向的力，通过作用力和压力的转换公式，得到正压力P1，将压力指令信号Ps与正压力P1进行比较，得到其误差值e1、误差值的一阶导数e2，以及误差值的历史积分e3；

步骤B2、将上述误差信息e1、e2、e3输入PLC的压力控制器，PLC的压力控制器对误差信息进行PID运算；

步骤B3、PLC的压力控制器经过PID运算后，输出随误差信息变化的电压或电流模拟量，控制伺服阀的打开程度来调节气缸气源的气泵的输气量，以调节气缸活塞杆的伸出量，从而调节销和摩擦盘之间的相互作用力，以达到设定的压力控制指令的目的。

8.根据权利要求7所述的一种恒温恒压的高速摩擦装置对摩擦副相互作用力精密控制的方法，其特征在于：所述测力仪包括kistler力传感器。