[发明专利]一种带有拉、压机构的摩擦磨损测试装置及测试方法

摘要

本发明提供了一种带有拉、压机构的摩擦磨损测试装置及测试方法，该方案包括有机架、直线导轨平台、样品台、拉伸基座、工件夹持机构、反向观测机构和摩擦副‑球夹具。该方案将应力场引入工件的摩擦磨损实验中，并经过力学仿真和实验模拟验证了该装置的可实施性和可靠性，其对研究材料在特殊拉压应力工况下的磨损失效问题具有重要意义。同时，装置中的反向观测机构可以对透明材料磨损进行实时在线观测，以准确掌握材料磨损破坏的动态过程。此外，该装置能获得准确的实验材料形变参数，以此为基础定量计算材料磨损体积。在摩擦磨损测试中，本装置及测试方法能为分析和揭示应力场对材料磨损与损伤衍化的相关定量关系提供强有力的理论和实验支撑。

主权项

1.一种带有拉、压机构的摩擦磨损测试方法，其特征是：/n所述测试方法基于带有拉、压机构的摩擦磨损测试装置，所述带有拉、压机构的摩擦磨损测试装置包括有机架、直线导轨平台、样品台、拉伸基座、工件夹持机构、反向观测机构和摩擦副-球夹具；所述直线导轨平台安置在机架上；所述样品台固定在直线导轨平台上；所述拉伸基座固定在样品台上；所述拉伸基座中部镂空；所述工件夹持机构设置在拉伸基座内；所述反向观测机构设置在位于拉伸基座下方的样品台内；所述摩擦副球夹具固定在拉伸机构上方的机架上；所述直线导轨机构能够在机架上滑动；/n所述摩擦副球夹具下方固定有压头；/n所述反向观测机构包括有摄像机构、固定件、旋转装夹机构和位置调节机构；所述位置调节机构通过固定件与直线导轨平台固定连接；所述旋转装夹机构固定在位置调节机构上；所述摄像机构固定在旋转装夹机构上；所述摄像机构位于拉伸基座下方且图像采集端朝向拉伸基座；/n所述工件夹持机构包括有滑块、弹簧、套筒和螺杆；所述滑块设置在拉伸基座内；所述螺杆穿过拉伸基座的侧壁后与套筒连接；所述弹簧两端分别与套筒和滑块连接；所述螺杆在旋转时能够驱动套筒径向移动；/n所述直线导轨平台上固定有丝杠传动机构；所述丝杠传动机构能够驱动直线导轨平台在机架上往复运动；/n所述测试方法包括有以下步骤：/na、将待测材料用热熔高黏胶粘在拉伸基座和滑块的样品槽内；/nb、调节反向观测装置的位置，使摄像机构处于试验材料正下方，能够拍摄到实验材料的表面；/nc、通过旋转调节螺杆，改变弹簧的伸长量，对实验材料施加拉/压力，使材料表面产生拉/压应力；/nd、设置实验参数，包括：压头施加的载荷、摩擦运动速度和磨损测试时间；/ne、试验机控制摩擦副球夹具向下运动，使压头与待测工件接触；丝杠传动机构带动直线导轨平台做直线往复运动，使实验材料与压头进行相对摩擦运动；/nf、通过反向观测装置观测并记录实验过程中压头与实验材料的接触及摩擦情况，获得实际接触半径，并由此计算出实时接触应力，从而判断工件的形变形式为弹性变形、塑性变形或脆性断裂；/ng、通过摄像机构观察到压头与工件的实际接触半径和划痕宽度计算得出工件材料的磨损体积；/n所述步骤f中，由摄像机构能够观测到压头与工件的实际接触半径a，并由此能够计算出实际接触面积式中R为压头半径，h_c为压入深度；/n进而计算出实时接触应力式中F_n为施加的载荷；通过P_m和材料屈服应力进行比较，式中E_a为活化能，v_a^*为活化体积，k为玻尔兹曼常数，T为温度，ε为应变率，ε₀为参考应变率；当P_m＜σ_yield时，材料的形变形式为弹性变形，当P_m＞σ_yield时，材料的形变形式为塑性变形；/n所述步骤g中，通过摄像机构观察到的实际接触半径a和划痕宽度L可以计算工件材料的磨损体积用于研究工件材料的去除情况。/n