專利名稱：一種重載滑動摩擦試驗(yàn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種試驗(yàn)測試裝置，尤其涉及一種重載滑動摩擦試驗(yàn)機(jī)，屬于試驗(yàn)測試裝置。
背景技術(shù)：
在研究軸承材料的性能時，通常需要測量摩擦系數(shù)和磨損量兩個性能指標(biāo)，因此都需要摩擦試驗(yàn)機(jī)?，F(xiàn)有的通用摩擦試驗(yàn)機(jī)有如下不
足(1)大多為立式結(jié)構(gòu)，采用豎直加載，不方便添加潤滑劑；(2)加較大載荷不穩(wěn)定，故加載載荷小， 一般不超過5kN; (3)運(yùn)動形式單一，只能模擬一種運(yùn)動形式(連續(xù)運(yùn)動或者擺動等)摩擦磨損試驗(yàn)，而摩擦系數(shù)、磨損量與載荷大小、運(yùn)動形式、潤滑條件等都有關(guān)系，因而現(xiàn)有通用摩擦試驗(yàn)機(jī)不能很好模擬軸承工作現(xiàn)場工況，容易造成測量的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種重載滑動摩擦試驗(yàn)機(jī)。本發(fā)明專利采用的技術(shù)方案是
--種重載滑動摩擦試驗(yàn)機(jī)主要由傳動系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。其中傳動系統(tǒng)由電機(jī)、變頻器、減速機(jī)、鏈輪傳動機(jī)構(gòu)、主軸、主軸軸承和聯(lián)軸器組成；加載系統(tǒng)由夾具和壓力機(jī)組成；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、應(yīng)變片和油壓傳感器組成。電機(jī)通過減速機(jī)的輸出軸與鏈輪傳動機(jī)構(gòu)連接，鏈輪傳動機(jī)構(gòu)與主軸連接，主軸上套接有主軸軸承、聯(lián)軸器和加載系統(tǒng)，并且主軸上安裝有應(yīng)變片，應(yīng)變片與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，變頻器與電機(jī)的輸出端連接。所述的鏈輪傳動機(jī)構(gòu)可用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)或者v型帶傳動機(jī)構(gòu)代替。
本發(fā)明有三套傳動系統(tǒng)， 一是v型帶傳動機(jī)構(gòu)傳動，由電機(jī)經(jīng)減速機(jī)的高速軸，通過v型帶帶動主軸上的主軸軸承連續(xù)旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速
范圍為50r/min-1440r/min, 二是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)傳動，由電機(jī)經(jīng)減速機(jī)減速，通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)帶動主軸上的主軸軸承擺動，曲柄的轉(zhuǎn)速范圍為3r/min-40r/min，搖桿的擺角為20° ，主軸軸承的最大扭矩為2500Nm:三是鏈輪鏈條傳動，由電機(jī)經(jīng)減速機(jī)減速，通過鏈輪鏈條帶動主軸上的主軸軸承旋轉(zhuǎn)，主軸軸承的轉(zhuǎn)速范圍為3-/10r/min，實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動，主軸軸承的最大扭矩為2500Nm，試驗(yàn)機(jī)工作時，只有一套機(jī)構(gòu)起作用，其余機(jī)構(gòu)拆下，計(jì)算機(jī)控制變頻器對電機(jī)進(jìn)行無級調(diào)速。
當(dāng)試驗(yàn)機(jī)工作時，電機(jī)帶動摩擦試驗(yàn)機(jī)三套機(jī)構(gòu)中的一套，使主軸上的主軸軸承轉(zhuǎn)動，主軸通過聯(lián)軸器帶動軸承試件的內(nèi)圈轉(zhuǎn)動，壓力機(jī)通過夾具加壓在軸承試件的外圈上，產(chǎn)生摩擦矩，因?yàn)檎麄€系統(tǒng)是平衡的，所以主軸軸承的動力矩和試件軸承摩擦矩相等。主軸軸承上粘有應(yīng)變片，主軸軸承的變形使應(yīng)變片產(chǎn)生摩擦矩電信號，油壓傳感器測量到油壓電信號(轉(zhuǎn)化成正壓力)，這兩路電信號經(jīng)ISO-LDH數(shù)據(jù)采集卡采樣、保持、放大及數(shù)模轉(zhuǎn)換后，最后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并動態(tài)保存數(shù)據(jù)和實(shí)時顯示摩擦系數(shù)變化曲線和參數(shù)。
本發(fā)明所得的摩擦系數(shù)的計(jì)算方法為把應(yīng)變片貼在摩擦試驗(yàn)機(jī)的主軸軸承上，兩個應(yīng)變片與主軸軸承軸線夾角為45° ，與應(yīng)變片相連的為惠斯通電橋，可以采用全橋法和半橋法，本發(fā)明采用半橋法。
本發(fā)明采用水平布置，便于穩(wěn)定地施加大的載荷，最大可加載到2000kN，壓力機(jī)采用水平加載，便于試驗(yàn)時添加和存儲潤滑油。在低速時，有鏈輪傳動機(jī)構(gòu)和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)可供選用，能模擬連續(xù)運(yùn)動和擺動，運(yùn)動形式更加多樣，高速時有v型皮帶傳動，整體使用方便，
測出的摩擦系數(shù)與瑞典SKF測試結(jié)果一致。


圖l為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明中應(yīng)變片連接電路具體實(shí)施例方式
如圖1、 2所示， 一種重載滑動摩擦試驗(yàn)機(jī)主要由傳動系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成；其中傳動系統(tǒng)由電機(jī)ll、變頻器12、減速機(jī)13、鏈輪傳動機(jī)構(gòu)14、主軸15、主軸軸承16和聯(lián)軸器17組成；加載系統(tǒng)由夾具22和壓力機(jī)23組成；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡31、計(jì)算機(jī)32、應(yīng)變片33和油壓傳感器34組成。
當(dāng)試驗(yàn)機(jī)工作時，電機(jī)11通過減速機(jī)13的輸出軸帶動鏈輪傳動機(jī)構(gòu)14，使主軸15帶動主軸軸承16轉(zhuǎn)動，從而帶動軸承試件的內(nèi)圈轉(zhuǎn)動，壓力機(jī)23通過夾具22加壓在軸承試件的外圈上，產(chǎn)生摩擦矩，因?yàn)檎麄€系統(tǒng)是平衡的，所以主軸15的動力矩和試件軸承摩擦矩相等。主軸15上粘有應(yīng)變片33，主軸軸承16的變形使應(yīng)變片32產(chǎn)生摩擦矩電信號，油壓傳感器34測量到油壓電信號(轉(zhuǎn)化成正壓力)，這兩路電信號經(jīng)IS0-LDH數(shù)據(jù)采集卡31采樣、保持、放大及數(shù)模轉(zhuǎn)換后，最后由計(jì)算機(jī)32進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并動態(tài)保存數(shù)據(jù)和實(shí)時顯示摩擦系數(shù)變化曲線和參數(shù)。
因?yàn)閼?yīng)變片33與主軸15軸線夾角為45° ，則三個主應(yīng)力值依次為<formula>formula see original document page 5</formula>
由廣義虎克定律得<formula>formula see original document page 5</formula>所以 <formula>formula see original document page 5</formula>由材料學(xué)知識得 Tw,x=Mn/W,'
上面各式中M,、:軸承扭矩；W :軸承抗扭截面模量；入泊松比；E:彈性模量；d:軸承摩擦試驗(yàn)機(jī)輸出軸直徑。因此得出下面公式Mn = nd3Ee ,/16(1+入)；
由于軸承受扭是關(guān)節(jié)軸承所受的摩擦力所致，因此其摩擦力和扭矩的關(guān)系如下
F= Mn /r= E"3 e ,/16r(l+入)式中r :試件軸承的內(nèi)圈半徑。
惠斯通電橋的輸出端(數(shù)據(jù)采集卡輸入端)的電位為
U=U(i △ R/2R=K, ￡ ,
式中K1:應(yīng)變片的靈敏系數(shù)；
數(shù)據(jù)采集卡信號放大后的電位為
K2,-數(shù)據(jù)采集卡的放大系數(shù)；又因?yàn)槟Σ料禂?shù)和摩擦力的關(guān)系為
y =F/2N= it d3 EU,/32KlK2rN(l+入)；將其余常量用一個系數(shù)K代替，則得出
y =KU,/N; k=E it d3 /32K,K2r (1 + X);
在試驗(yàn)中根據(jù)測得的電位值U,，便可計(jì)算出軸承的摩擦系數(shù)。
本發(fā)明可穩(wěn)定施加大載荷以及可方便添加潤滑油和儲油；采用三套傳動機(jī)構(gòu)，可以模擬軸承不同的運(yùn)動形式，也使得系統(tǒng)的調(diào)速范圍變大，整體具有結(jié)構(gòu)簡單，測量準(zhǔn)確等特點(diǎn)，具有極大的推廣意義。
權(quán)利要求
1、一種重載滑動摩擦試驗(yàn)機(jī)主要由傳動系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成；其特征在于所述的傳動系統(tǒng)由電機(jī)、變頻器、減速機(jī)、鏈輪傳動機(jī)構(gòu)、主軸、主軸軸承和聯(lián)軸器組成；加載系統(tǒng)由夾具和壓力機(jī)組成；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、應(yīng)變片和油壓傳感器組成，電機(jī)通過減速機(jī)的輸出軸與鏈輪傳動機(jī)構(gòu)連接，鏈輪傳動機(jī)構(gòu)與主軸連接，主軸上套接有主軸軸承、聯(lián)軸器和加載系統(tǒng)，并且主軸上安裝有應(yīng)變片，應(yīng)變片與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，變頻器與電機(jī)的輸出端連接，鏈輪傳動機(jī)構(gòu)可用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)或者V型帶傳動機(jī)構(gòu)代替。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重載滑動摩擦試驗(yàn)機(jī)，其特征在于 應(yīng)變片貼在摩擦試驗(yàn)機(jī)的主軸軸承上，兩個應(yīng)變片與主軸軸承軸 線夾角為45° ，與應(yīng)變片相連的為惠斯通電橋，采用半橋法進(jìn)行 計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明一種重載滑動摩擦試驗(yàn)機(jī)主要由傳動系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成；其中傳動系統(tǒng)由電機(jī)、變頻器、減速機(jī)、鏈輪傳動機(jī)構(gòu)、主軸、主軸軸承和聯(lián)軸器組成；加載系統(tǒng)由夾具和壓力機(jī)組成；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、應(yīng)變片和油壓傳感器組成，電機(jī)通過減速機(jī)的輸出軸與鏈輪傳動機(jī)構(gòu)連接，鏈輪傳動機(jī)構(gòu)與主軸連接，主軸上套接有主軸軸承、聯(lián)軸器和加載系統(tǒng)，并且主軸上安裝有應(yīng)變片，應(yīng)變片與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，變頻器與電機(jī)的輸出端連接，本發(fā)明可穩(wěn)定施加大載荷以及可方便添加潤滑油和儲油；采用三套傳動機(jī)構(gòu)，可以模擬軸承不同的運(yùn)動形式，也使得系統(tǒng)的調(diào)速范圍變大，整體具有結(jié)構(gòu)簡單，測量準(zhǔn)確等特點(diǎn)，具有極大的推廣意義。
文檔編號G01N19/02GK101625305SQ200910183208
公開日2010年1月13日 申請日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者向曉漢 申請人:無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院