專利名稱：鋼絲表面微動(dòng)摩擦學(xué)性能試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及微動(dòng)摩擦學(xué)性能試驗(yàn)裝置，具體涉及鋼絲表面微動(dòng)摩擦學(xué)性能試驗(yàn)裝置。
工程上迫切需要發(fā)展系列化的鋼絲繩纜，構(gòu)成繩纜的鋼絲在使用中存在微動(dòng)失效的問題。對(duì)鋼絲表面微動(dòng)摩擦和磨損特性的評(píng)價(jià)和改善是解決金屬繩纜損傷問題的關(guān)鍵，而研制鋼絲微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置又是解決問題的前提。例如斜拉橋拉索鋼絲表面在微動(dòng)作用下的摩擦學(xué)性能評(píng)價(jià)是這種高強(qiáng)鋼絲微動(dòng)疲勞及其防護(hù)研究中不可缺少的內(nèi)容，離不開鋼絲微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置。國內(nèi)外至今尚無對(duì)鋼絲進(jìn)行微動(dòng)摩擦學(xué)性能試驗(yàn)的設(shè)備。而目前一般的用于非鋼絲類的微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置亦都存在自身微動(dòng)磨損的問題。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種鋼絲表面微動(dòng)摩擦學(xué)性能試驗(yàn)裝置。
本實(shí)用新型的鋼絲表面微動(dòng)摩擦學(xué)性能試驗(yàn)裝置包括試驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)通過杠桿與偏心機(jī)構(gòu)連接，所述偏心機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)動(dòng)圓軸與一驅(qū)動(dòng)裝置剛性連接，所述試驗(yàn)臺(tái)由四個(gè)葉片彈簧支承，所述試驗(yàn)臺(tái)上安裝有帶有放置下試樣的下試樣夾具的試樣座，位于下試樣夾具上方的上試樣夾具與一曲臂加載機(jī)構(gòu)連接，在所述曲臂加載機(jī)構(gòu)中，加載芯軸通過鎖緊螺釘固定在安裝有摩擦力傳感器的橫梁上的導(dǎo)向軸套中，上試樣與下試樣之間的交角可調(diào)，加載橫梁的另一端連接磨損量傳感器。整個(gè)試驗(yàn)裝置安裝在一個(gè)氣密罩之內(nèi)，并在其中裝有濕度傳感器。
本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置中的偏心機(jī)構(gòu)是用以獲得所需的試驗(yàn)振幅，性能極其平穩(wěn)、連續(xù)可調(diào)，精度達(dá)到微米級(jí)。所述偏心機(jī)構(gòu)由一根轉(zhuǎn)動(dòng)圓軸和二個(gè)偏心盤組成。偏心盤的輪廓線均為圓形，但內(nèi)圓與外圓偏心。二個(gè)偏心盤均具有相同的偏心距。
本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置中的試樣夾具具有以下性能(1)可裝夾直徑為0.35-7.0mm的鋼絲；(2)對(duì)磨的試驗(yàn)鋼絲之間的軸線夾角可調(diào)，以模擬鋼絲繩纜中相鄰接觸鋼絲的相對(duì)夾角；(3)可預(yù)置試驗(yàn)鋼絲的拉應(yīng)力。
在本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置中，所述驅(qū)動(dòng)裝置是指能使轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的各種電動(dòng)、氣動(dòng)或液壓等驅(qū)動(dòng)的裝置。在本實(shí)用新型的一個(gè)較好實(shí)例中所用的驅(qū)動(dòng)裝置為轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)的直流電機(jī)。
另外，在該裝置的外面可帶有透明密閉的罩子，以維護(hù)一定的環(huán)境氣氛，可在腐蝕性氣氛或可控濕度的大氣環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)。該裝置還可在加熱或腐蝕性溶液條件下進(jìn)行試驗(yàn)。
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更詳細(xì)的描述。


圖1為本實(shí)用新型鋼絲表面微動(dòng)摩擦學(xué)性能試驗(yàn)裝置較好實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置中的偏心機(jī)構(gòu)的示意圖。
圖3為本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置中的曲臂加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖1中1表示上試樣；2表示下試樣；3表示試驗(yàn)臺(tái)；4表示偏心機(jī)構(gòu)；5表示直流電機(jī)；6表示負(fù)載；7表示摩擦力傳感器；8表示磨損量傳感器；9表示葉片彈簧；10表示試樣座；11表示鎖緊螺釘；12表示罩子；13表示濕度傳感器。
如圖1所示，作為本實(shí)用新型較好實(shí)例的鋼絲表面微動(dòng)摩擦學(xué)性能試驗(yàn)裝置是由轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)的直流電機(jī)5驅(qū)動(dòng)。與該電機(jī)軸剛性連接的偏心機(jī)構(gòu)4隨著電機(jī)的旋轉(zhuǎn)而等速旋轉(zhuǎn)。偏心機(jī)構(gòu)使與其相連的垂直杠桿作上下方向的往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，該杠桿推動(dòng)直角傳動(dòng)桿，該傳動(dòng)桿另一端的緊固螺釘繞著支撐軸作小角度的擺動(dòng)。由于螺釘緊壓著試驗(yàn)臺(tái)3，而試驗(yàn)臺(tái)由葉片彈簧9提供反向支承力，從而螺釘?shù)臄[動(dòng)驅(qū)使試驗(yàn)臺(tái)作水平方向的振動(dòng)。固定安裝在試驗(yàn)臺(tái)上的試樣座10連同下試樣2一起振動(dòng)。上試樣1安裝在與加載芯軸剛性連接的上試樣夾具中，軸的頂端加砝碼。通過鎖緊螺釘將軸固定在安裝有摩擦力傳感器7的曲臂橫梁上的導(dǎo)向軸套中。負(fù)載6則由加載芯軸、橫梁和砝碼形成，由砝碼調(diào)節(jié)載荷。當(dāng)試樣安裝和加載完畢，鎖緊橫梁的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的鎖緊螺釘11，確保上試樣相對(duì)下試樣固定不動(dòng)，然后開始試驗(yàn)。上試樣與下試樣的交角可以調(diào)節(jié)。摩擦力由傳感器7測量，傳感器8則記錄上試樣和下試樣系統(tǒng)的線磨損量。兩傳感器均接入應(yīng)變儀與X-Y記錄儀或計(jì)算機(jī)。濕度傳感器接入計(jì)算機(jī)作測量演示。
本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置中的偏心機(jī)構(gòu)是用以獲得所需的試驗(yàn)振幅，性能極其平穩(wěn)、連續(xù)可調(diào)，精度達(dá)到微米級(jí)。如圖2所示，所述偏心機(jī)構(gòu)由一根轉(zhuǎn)動(dòng)圓軸(R1)和二個(gè)偏心盤(R2,R3)組成。偏心盤的輪廓線均為圓形，但內(nèi)圓與外圓偏心。二個(gè)偏心盤均具有相同的偏心距，因而調(diào)整二個(gè)偏心盤的相對(duì)位置，即可獲得對(duì)旋轉(zhuǎn)中心o(亦即轉(zhuǎn)動(dòng)圓軸R1的中心)而言從o(圖2A)至max(圖2B)的升程h。max的數(shù)值由所設(shè)計(jì)的偏心距決定。
由于偏心盤的輪廓線為圓形，因而進(jìn)行精密加工十分方便。由此可以制得微動(dòng)振幅很小(可調(diào)至微米級(jí))且很穩(wěn)定的試驗(yàn)裝置，這對(duì)普通的微動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)是很難達(dá)到的。
本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置采用專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，克服了普通微動(dòng)磨損試驗(yàn)裝置難以避免的試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生微動(dòng)磨損的二個(gè)問題(1)加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的自身微動(dòng)磨損。加載系統(tǒng)要保證負(fù)載自由傳至上、下試樣，加載芯軸與其導(dǎo)向支承面之間必然要有間隙。于是在試驗(yàn)過程中，上、下試樣的摩擦力將傳至加載芯軸，使之與導(dǎo)向支承面產(chǎn)生相對(duì)微動(dòng)，不但影響到試驗(yàn)參數(shù)振幅的大小，而且芯軸與支承面也同時(shí)產(chǎn)生微動(dòng)磨損。如將其中間隙全部消除，則負(fù)載將不能自由傳至試樣。
本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置采用了一個(gè)曲臂加載機(jī)構(gòu)(參見圖3)，用鎖緊螺釘將間隙A全部消除，同時(shí)又用鎖緊螺釘B將曲臂的橫向振動(dòng)間隙全部消除，以保持試驗(yàn)振幅數(shù)值的穩(wěn)定。由于鎖緊螺釘?shù)捻敳緾以及芯軸E的襯套D均系采用摩擦系數(shù)極小的自潤滑材料制成，因此在螺釘處于鎖緊狀態(tài)下，加載曲臂仍可繞芯軸自如活動(dòng)，以確保負(fù)載自由傳遞至試樣。這是因?yàn)橛韶?fù)載P所引起的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩PL遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于支反力矩(F1+F2)R，其中F1為由鎖緊力N所引起的螺釘頂部與芯軸之間的摩擦力，F(xiàn)2則是芯軸與襯套之間的摩擦力。由于鎖緊力N的存在，必然引起加載數(shù)值P產(chǎn)生誤差，但誤差小于0.5％，這是完全可以接受的。
(2)試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的自身微動(dòng)磨損。試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)臺(tái)上裝有試樣，需要進(jìn)行小振幅的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，亦即微動(dòng)。試驗(yàn)臺(tái)必須要有支承。一般的試驗(yàn)裝置采用導(dǎo)軌或滾針等作支承。因此隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，試驗(yàn)臺(tái)與支承面之間的微動(dòng)磨損也同時(shí)發(fā)生。
本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置采用葉片彈簧支承試驗(yàn)臺(tái)(參見圖1)，由彈簧的支反力保證了對(duì)微振幅運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)，并不存在與試驗(yàn)臺(tái)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的支承面，因而從結(jié)構(gòu)上消除了試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)產(chǎn)生自身微動(dòng)磨損的可能性。
本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置可用以對(duì)各種鋼絲在大氣或腐蝕性氣氛的環(huán)境中在不同潤滑條件下進(jìn)行微動(dòng)摩擦學(xué)性能測試。由于微動(dòng)磨損是造成和引發(fā)鋼絲繩纜失效的一個(gè)重要原因，而本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置可用以研究在微動(dòng)作用下各種參數(shù)、環(huán)境條件、介質(zhì)及鋼絲繩纜的材料和處理工藝對(duì)鋼絲磨損及其摩擦性能的影響，從而開發(fā)具有良好的抗微動(dòng)磨損性能的鋼絲，為制造優(yōu)質(zhì)鋼絲繩纜提供有力手段。
將本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置用于連續(xù)測量鋼絲在整個(gè)試驗(yàn)過程中的摩擦力變化和系統(tǒng)的線磨損量。將摩擦力與負(fù)載以及應(yīng)變儀和X-Y記錄儀的使用參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，即可換算出摩擦系數(shù)μ。同樣可以得到系統(tǒng)線磨損量W1的標(biāo)定曲線，其具有良好的線性關(guān)系，能分辨出微米級(jí)的磨損。
為了考察本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性，用市售的直徑為0.7mm的不銹鋼絲的光絲進(jìn)行了14次重復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)條件均相同，即振幅為200μm，頻率為27Hz，微動(dòng)周數(shù)為5×104次，載荷為20N，表面用丙酮去油，測得的摩擦系數(shù)值及相對(duì)偏差列于表1，其中μ=0.657，為14次重復(fù)試驗(yàn)的平均摩擦系數(shù)。<
上述偏差范圍完全能符合國際上對(duì)摩擦學(xué)試驗(yàn)的要求。
由此可見，本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置的重現(xiàn)性好，測得的摩擦系數(shù)值準(zhǔn)確性和可靠性均能滿足技術(shù)要求。線磨損量的數(shù)據(jù)(此處未列出)可用于評(píng)判鋼絲表面耐磨性優(yōu)劣。因此，本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置可用于對(duì)鋼絲表面在微動(dòng)作用下的摩擦學(xué)性能評(píng)價(jià)。
權(quán)利要求1．鋼絲表面微動(dòng)摩擦學(xué)性能試驗(yàn)裝置，它包括試驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)通過杠桿與偏心機(jī)構(gòu)連接，所述偏心機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)動(dòng)圓軸與一驅(qū)動(dòng)裝置剛性連接，所述試驗(yàn)臺(tái)由四個(gè)葉片彈簧支承，所述試驗(yàn)臺(tái)上安裝有帶有放置下試樣的下試樣夾具的試樣座，位于下試樣夾具上方的上試樣夾具與一曲臂加載機(jī)構(gòu)連接，在所述曲臂加載機(jī)構(gòu)中，加載芯軸通過鎖緊螺釘固定在安裝有摩擦力傳感器的橫梁上的導(dǎo)向軸套中，上試樣與下試樣之間的交角可調(diào)，加載橫梁的另一端連接磨損量傳感器。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的偏心機(jī)構(gòu)由一根轉(zhuǎn)動(dòng)圓軸和二個(gè)偏心盤組成，偏心盤的輪廓線均為圓形，但內(nèi)圓與外圓偏心。二個(gè)偏心盤均具有相同的偏心距。
3．如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于在該裝置的外面帶有透明密閉的氣密罩，并在其中裝有濕度傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種鋼絲表面微動(dòng)摩擦學(xué)性能試驗(yàn)裝置,它包括試驗(yàn)臺(tái),該試驗(yàn)臺(tái)通過杠桿與偏心機(jī)構(gòu)連接,所述偏心機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)動(dòng)圓軸與一驅(qū)動(dòng)裝置剛性連接,所述試驗(yàn)臺(tái)由四個(gè)葉片彈簧支承,所述試驗(yàn)臺(tái)上安裝有帶有放置下試樣的下試樣夾具的試樣座,位于下試樣夾具上方的上試樣夾具與一曲臂加載機(jī)構(gòu)連接,在所述曲臂加載機(jī)構(gòu)中,加載軸通過鎖緊螺釘固定在安裝有摩擦力傳感器的橫梁上的導(dǎo)向軸套中,上試樣與下試樣之間的交角可調(diào),加載橫梁的另一端連接磨損量傳感器。
文檔編號(hào)G01N3/56GK2348377SQ9821641
公開日1999年11月10日 申請日期1998年7月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月16日
發(fā)明者羅唯力, 郭強(qiáng), 鄧允淑, 仉寶玉 申請人:機(jī)械工業(yè)部上海材料研究所