專利名稱：一種扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動摩擦磨損的試驗(yàn)方法及其試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微動摩擦磨損的試驗(yàn)方法及其試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
微動(Fretting)是指在機(jī)械振動、疲勞載荷、電磁振動或熱循環(huán)等交變載荷作用 下，名義上靜止的接觸表面間發(fā)生的振幅極小的相對運(yùn)動(位移幅度一般為微米量級)，即 微動發(fā)生在“緊固”配合的機(jī)械部件中。微動普遍存在于機(jī)械行業(yè)、核反應(yīng)堆、航空航天、橋 梁工程、汽車、鐵路、船舶、電力工業(yè)、武器系統(tǒng)、電訊裝備和人工植入器官等領(lǐng)域的緊配合 零部件中。緊配合零部件中存在的微動會引起構(gòu)件咬合、松動、功率損失、噪聲增加或形成 污染源，或者產(chǎn)生疲勞裂紋并擴(kuò)展，導(dǎo)致疲勞壽命大大降低。隨著高科技機(jī)械對高精度、長 壽命和高可靠性的要求，以及各種工況條件的日益苛刻，微動損傷的危害日益凸現(xiàn)，已成為 引發(fā)災(zāi)難性事故的主要原因之一，被稱為工業(yè)界的“癌癥”。在球/平面接觸條件下，微動有4種基本模式，即切向微動、徑向微動、扭動微動 和轉(zhuǎn)動微動。工業(yè)中實(shí)際的微動工況十分復(fù)雜，往往集兩種或兩種以上微動基本模式復(fù)合 的復(fù)雜運(yùn)動也經(jīng)常出現(xiàn)。扭轉(zhuǎn)(扭動+轉(zhuǎn)動)復(fù)合微動是扭動微動和轉(zhuǎn)動微動兩種模式的耦合，是在交變 載荷作用下接觸副發(fā)生微幅扭轉(zhuǎn)的相對運(yùn)動。扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動現(xiàn)象大量存在于機(jī)械裝備和器 械中，涉及交通運(yùn)輸、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域。例如汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中球接頭與球窩配合面、人 體植入器械中的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)杵白狀接觸區(qū)、軸承內(nèi)發(fā)生的微動等。扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動導(dǎo)致 的疲勞和磨損大大的縮短了零部件的使用壽命、直接影響了安全生產(chǎn)，同時也帶來了巨大 的經(jīng)濟(jì)損失。由于研究與分析設(shè)備及手段的限制，扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動的相關(guān)研究、分析工作一直 以來開展的較少。研究扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動試驗(yàn)的方法及其裝置，對減少工程中出現(xiàn)的復(fù)雜微動 磨損問題，改進(jìn)機(jī)械、生物工程等領(lǐng)域的相關(guān)設(shè)計(jì)，提高裝備與器械的性能與壽命、節(jié)約能 源等具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個發(fā)明目的是提供一種扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動摩擦磨損試驗(yàn)方法，該試驗(yàn)方 法能方便地使材料發(fā)生小角度的扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動摩擦磨損，較真實(shí)地模擬構(gòu)件在復(fù)雜應(yīng)力作 用下的復(fù)合微動損傷，控制與測試的精度高，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性好；且其自動化程度高。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動摩擦磨損試驗(yàn)方 法，其作法是一種扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動摩擦磨損的試驗(yàn)方法，其作法是a、將平面的上試件夾持在上夾具上，上夾具固定在六維力/力矩傳感器上，用下 夾具夾持球形的下試件，下夾具固定在傾斜的高精度超低速的回轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸上的安裝盤 上，球形的下試件的中心位于回轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸的軸線上；b、通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制上夾具及其夾持的上試件的上下、左右移動，使上、 下試件接觸并使上、下試件間保持設(shè)定的法向載荷Fn;同時，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制回轉(zhuǎn)
4電機(jī)并帶動下夾具及其夾持的下試件以設(shè)定的轉(zhuǎn)速ω、回轉(zhuǎn)角位移幅值θ和往復(fù)周次N進(jìn) 行往復(fù)旋轉(zhuǎn)，上、下試件間即在承受扭動和轉(zhuǎn)動的共同作用下進(jìn)行扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動；C、在上、下試件進(jìn)行扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動的同時，與上夾具相連的六維力/力矩傳感器 測出切向力即摩擦力Ft，并送至數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)分析得出設(shè)定載荷 Fn和轉(zhuǎn)速ω條件下的摩擦力Ft和回轉(zhuǎn)角位移幅值θ的曲線，以表征扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動的動力 學(xué)特性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是一、本發(fā)明的方法，將電機(jī)傾斜一定角度α，使球形的下試件傾斜旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn) 了球形下試件與平面上試件間同時進(jìn)行扭動和轉(zhuǎn)動的雙重復(fù)合微動(傾斜旋轉(zhuǎn)的水平分 量對應(yīng)的微動分量為扭動微動，垂直分量對應(yīng)的微動分量為轉(zhuǎn)動微動)，從而能更加真實(shí)有 效地對扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動進(jìn)行分析和測試。二、由于球形下試件的中心與高精度超低速回轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸對中，高精度超低 速回轉(zhuǎn)電機(jī)能保證球形試件繞電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，不會發(fā)生偏心現(xiàn)象；從而確保扭轉(zhuǎn)復(fù)合微 動得以實(shí)現(xiàn)。三、通過數(shù)據(jù)采集控制控制系統(tǒng)控制高精度超低速回轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，能精確實(shí)現(xiàn) 下夾具及其下試件按給定的微小轉(zhuǎn)角幅值及超低轉(zhuǎn)速進(jìn)行往復(fù)旋轉(zhuǎn)；也能精確實(shí)現(xiàn)上夾具 位置的調(diào)整和設(shè)定法向載荷的試加，從而精確實(shí)現(xiàn)給定參數(shù)條件下的扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動摩擦磨 損試驗(yàn)。四、通過與上夾具相連的六維力/力矩傳感器測出復(fù)合微動時的切向力即摩擦 力，并送數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)處理，得到設(shè)定條件下的摩擦力-角位移曲線，可以準(zhǔn)確表征扭 轉(zhuǎn)復(fù)合微動的動力學(xué)特性。并可將試驗(yàn)后的材料進(jìn)行其它相關(guān)分析?？傊?，該試驗(yàn)方法能方便的使材料發(fā)生精確的微小角度的扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動摩擦磨 損，試驗(yàn)直接由數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制給定相應(yīng)測試參數(shù)，并測出摩擦力，進(jìn)行自動的分析 及處理，能較真實(shí)地模擬構(gòu)件在復(fù)雜應(yīng)力作用下的復(fù)合微動損傷，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確、可靠； 控制與測試的精度高，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性好，且自動化程度高?？朔爽F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方法結(jié)果具 有單一性，重現(xiàn)性差等缺陷。本發(fā)明的另一目的是提供一種實(shí)施上述扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動摩擦磨損的試驗(yàn)方法的試 驗(yàn)裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，易操作，能夠進(jìn)行不同工況與規(guī)格材料的扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動摩擦磨損 試驗(yàn)，控制與測試的精度高，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、可靠，重現(xiàn)性好。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)該發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是一種上述的試驗(yàn)方法的試驗(yàn)裝置， 包括夾持平面的上試件的上夾具、上夾具通過六維力/力矩傳感器及能夠進(jìn)行水平與垂向 移動的二維調(diào)整移動臺固定在機(jī)座的中上部；夾持球形的下試件的下夾具安裝在機(jī)座的中 下部，其特征在于所述的下夾具安裝在機(jī)座的中下部的具體結(jié)構(gòu)為下夾具螺紋連接固 定在高精度超低速的回轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸上的安裝盤上，下夾具的夾持腔的中心位于回轉(zhuǎn)電機(jī) 輸出軸的軸線上，回轉(zhuǎn)電機(jī)按設(shè)定的傾斜角α傾斜地安裝在電機(jī)傾斜臺上，電機(jī)傾斜臺固 定在機(jī)座的底部。回轉(zhuǎn)電機(jī)、二維調(diào)整移動臺、六維力/力矩傳感器均與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接。該裝置的使用方法及工作過程為將上試件固定在上夾具上，下試件固定在下夾具上。調(diào)節(jié)電機(jī)傾斜臺，使電機(jī)傾斜到設(shè)定角度后固定；通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制二維調(diào)整移動臺的運(yùn)動，調(diào)整上試件在豎 直、水平兩個方向的位置，使其與下試件接觸并施加給定的法向載荷。再由數(shù)據(jù)采集控制 系統(tǒng)控制高精度超低速回轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，使下試件按設(shè)定的參數(shù)繞電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行往復(fù)旋 轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)下、上試件的球-平面扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動，在此過程中，六維力/力矩傳感器實(shí)時監(jiān)測扭 轉(zhuǎn)復(fù)合微動時的切向力(摩擦力)，送數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，得到摩擦力-角位移幅 值(Ft-Θ)曲線。同時，六維力/力矩傳感器實(shí)時監(jiān)測微動時的法向載荷，傳送給數(shù)據(jù)采集 控制系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)對二維調(diào)整移動臺的垂向位置進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)控制，確保下 試件的法向載荷始終處于恒定的給定值。 給定不同的參數(shù)，即可進(jìn)行不同工況下的扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動摩擦磨損試驗(yàn)。對于不同 尺寸的上、下試件，采用相應(yīng)規(guī)格的上、下夾具即可完成試驗(yàn)?？梢姡捎靡陨涎b置可以方便的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的試驗(yàn)方法，，能夠進(jìn)行不同工況與規(guī) 格材料的扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動摩擦磨損試驗(yàn)，較真實(shí)地模擬出構(gòu)件在復(fù)雜應(yīng)力作用下的復(fù)合微動 損傷，控制與測試的精度高，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、可靠，重現(xiàn)性好。上述的電機(jī)傾斜臺的組成為回轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)身固定在電機(jī)固定套內(nèi)，電機(jī)固定套 置于電機(jī)座的內(nèi)腔中，且電機(jī)固定套兩側(cè)的旋轉(zhuǎn)軸和電機(jī)座的軸孔配合；緊固螺栓穿過電 機(jī)座上的弧形槽與電機(jī)固定套上的螺孔連接，弧形槽的弧心在旋轉(zhuǎn)軸的軸線上，電機(jī)座固 定于機(jī)座的底部。這樣，電機(jī)固定套可以方便地圍繞旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生傾斜，傾斜至任意的設(shè)定角度后由 緊固螺栓進(jìn)行緊固，從而方便地實(shí)現(xiàn)固定在電機(jī)固定套內(nèi)的電機(jī)的傾斜與固定，進(jìn)行任意 傾斜角度上、下試件間的扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動試驗(yàn)。上述的電機(jī)固定套安裝旋轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)開有若干個定位孔，電機(jī)座也開有相應(yīng)的定 位通孔，定位銷穿過定位通孔插在定位孔上。這樣，可利用定位銷方便地進(jìn)行傾斜角度的有級調(diào)整(如0°、5°、10°等)，使 角度的調(diào)整更加簡單、方便、準(zhǔn)確。上述電機(jī)固定套安裝旋轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)面與電機(jī)座的內(nèi)腔為微量的過盈配合，電機(jī)座 的內(nèi)腔側(cè)面與機(jī)座底部垂直。這樣，可以使傾斜的電機(jī)回轉(zhuǎn)軸始終保持在同一平面上，使設(shè)定的傾角保持固定， 電機(jī)固定套的穩(wěn)定性更好，試驗(yàn)的測試結(jié)果更加精確、可靠。上述的回轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)身緊配合于電機(jī)固定套的內(nèi)腔，回轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)身底部安裝在 電機(jī)固定套的底部，并由螺栓緊固。這使得回轉(zhuǎn)電機(jī)能精確定位并牢靠地固定在電機(jī)固定套上。上述的下夾具的底部周緣向下凸起而圍成圓形凹腔，回轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸上的安裝盤 的側(cè)面與該圓形凹腔緊配合。這樣，下夾具與安裝盤之間的構(gòu)造簡單，安裝方便，傳動直接，可以確保下夾具與 回轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸對中并定位。由于電機(jī)輸出安裝盤的中心線與電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的中心線重疊， 可確保下夾具夾緊下試件時，球形下試件的旋轉(zhuǎn)中心線與回轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸重疊，保證球形 下試件旋轉(zhuǎn)時不發(fā)生偏心現(xiàn)象，測試結(jié)果表明本發(fā)明的球形試件旋轉(zhuǎn)時跳動度< 2 μ m， 從而確保扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動得以實(shí)現(xiàn)。上述的六維力/力矩傳感器的上端安裝在二維調(diào)整移動臺的的水平滑塊上。
六維力/力矩傳感器安裝在二維調(diào)整移動臺的水平滑塊和上夾具之間，六維力/ 力矩傳感器可以發(fā)生微量的水平移動，可保證使其測定出的上、下試件間所受的切向力即 為精確的摩擦力下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的試驗(yàn)裝置主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的試驗(yàn)裝置中未夾持下試件時的下夾具及電機(jī)輸出安裝盤 的剖視結(jié)構(gòu)放大的示意圖。圖3a、圖3b、圖3c是用本發(fā)明實(shí)施例的試驗(yàn)裝置及本發(fā)明的方法在電機(jī)傾斜角α =10°，在三種不同角位移幅值下的摩擦力-角位移幅值(Ft-Θ)曲線。試驗(yàn)的上試件為 20mmX IOmmX IOmm的LZ50車軸鋼試塊，下試件為Φ40ι πι的GCrl5軸承鋼球，法向載荷Fn = 50N，轉(zhuǎn)動角速度為0.2° /s，往復(fù)循環(huán)周次為1000次。其中，圖3a、圖3b、圖3c的轉(zhuǎn)動 角位移幅值θ分別為0.125°、0. 5°、2°。圖4a、圖4b、圖4c分別是與圖3a、圖3b、圖3c的試驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)材料完全相同，其 試驗(yàn)參數(shù)也基本相同，僅電機(jī)傾斜角α均改為40°而進(jìn)行試驗(yàn)得到的摩擦力-角位移幅值 (Ft-Θ)曲線。圖5為上試件為20mmX IOmmX IOmm的LZ50車軸鋼試塊，下試件為0 40mm&GCrl5 軸承鋼球，法向載荷Fn = 50N，轉(zhuǎn)動角速度為0.2° /s，電機(jī)傾斜角α =10°，轉(zhuǎn)動角位移 幅值θ =2。時，不同循環(huán)次數(shù)下得到的磨斑演變過程。圖6a、圖6b分別為對應(yīng)圖3c、圖4c試驗(yàn)后的上試件掃描電鏡照片。圖7a、圖7b分別為對應(yīng)圖6a、圖6b試驗(yàn)后的上試件磨痕橫截面輪廓圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
是一種扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動摩擦磨損的試驗(yàn)方法，其作法 是a、將平面的上試件6夾持在上夾具5上，上夾具5固定在六維力/力矩傳感器4 上，用下夾具16夾持球形的下試件14，下夾具16固定在傾斜的高精度超低速的回轉(zhuǎn)電機(jī) 13輸出軸上的安裝盤12上，球形的下試件14的中心位于回轉(zhuǎn)電機(jī)13輸出軸的軸線上；b、通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制上夾具5及其夾持的上試件6的上下、左右移動，使 上、下試件6、14接觸并使上、下試件6、14間保持設(shè)定的法向載荷Fn;同時，數(shù)據(jù)采集控制 系統(tǒng)控制回轉(zhuǎn)電機(jī)13并帶動下夾具16及其夾持的下試件14以設(shè)定的轉(zhuǎn)速ω、回轉(zhuǎn)角位移 幅值θ和往復(fù)周次N進(jìn)行往復(fù)旋轉(zhuǎn)，上、下試件6、14間即在承受扭動和轉(zhuǎn)動的共同作用下 進(jìn)行扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動；C、在上、下試件6、14進(jìn)行扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動的同時，與上夾具5相連的六維力/力矩 傳感器4測出切向力即摩擦力Ft，并送至數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)分析得出 設(shè)定載荷Fn和轉(zhuǎn)速ω條件下的摩擦力Ft和回轉(zhuǎn)角位移幅值θ的曲線，以表征扭轉(zhuǎn)復(fù)合 微動的動力學(xué)特性。為使上述試驗(yàn)方法得以更方便快捷地實(shí)現(xiàn)，本例采用的試驗(yàn)裝置的具體結(jié)構(gòu)如下 圖1、2示出，實(shí)施上述的試驗(yàn)方法的一種試驗(yàn)裝置，包括夾持平面的上試件6的上 夾具5、上夾具5通過六維力/力矩傳感器4及能夠進(jìn)行水平與垂向移動的二維調(diào)整移動臺 2固定在機(jī)座1的中上部；夾持球形的下試件14的下夾具16安裝在機(jī)座1的中下部，其特 征在于所述的下夾具16安裝在機(jī)座1的中下部的具體結(jié)構(gòu)為下夾具16螺紋連接固定在 高精度超低速的回轉(zhuǎn)電機(jī)13輸出軸上的安裝盤12上，下夾具16的夾持腔的中心位于回轉(zhuǎn) 電機(jī)13輸出軸的軸線上，回轉(zhuǎn)電機(jī)13按設(shè)定的傾斜角α傾斜地安裝在電機(jī)傾斜臺上，電 機(jī)傾斜臺固定在機(jī)座1的底部?；剞D(zhuǎn)電機(jī)13、二維調(diào)整移動臺2、六維力/力矩傳感器4均與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電 連接。本例的電機(jī)傾斜臺的組成為回轉(zhuǎn)電機(jī)13的機(jī)身固定在電機(jī)固定套18內(nèi)，電機(jī)固 定套18置于電機(jī)座19的內(nèi)腔中，且電機(jī)固定套18兩側(cè)的旋轉(zhuǎn)軸17和電機(jī)座19的軸孔配 合；緊固螺栓22穿過電機(jī)座19上的弧形槽20與電機(jī)固定套18上的螺孔連接，弧形槽20 的弧心在旋轉(zhuǎn)軸17的軸線上，電機(jī)座19固定于機(jī)座1的底部。電機(jī)固定套18安裝旋轉(zhuǎn)軸17的兩側(cè)開有若干個定位孔，電機(jī)座19也開有相應(yīng)的 定位通孔，定位銷21穿過定位通孔插在定位孔上。電機(jī)固定套18安裝旋轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)面與電機(jī)座19的內(nèi)腔為微量的過盈配合，電機(jī) 座19的內(nèi)腔側(cè)面與機(jī)座底部垂直?；剞D(zhuǎn)電機(jī)13的機(jī)身固定在電機(jī)固定套18內(nèi)的具體結(jié)構(gòu)為回轉(zhuǎn)電機(jī)13的機(jī)身緊 配合于電機(jī)固定套18的內(nèi)腔，回轉(zhuǎn)電機(jī)13的機(jī)身底部安裝在電機(jī)固定套18的底部，并由 螺栓緊固。下夾具16的底部周緣向下凸起而圍成圓形凹腔26，回轉(zhuǎn)電機(jī)13輸出軸上的安裝 盤12的側(cè)面12a與該圓形凹腔26緊配合。六維力/力矩傳感器4的上端安裝在二維調(diào)整移動臺2的的水平滑塊2A上。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)高精度超低速回轉(zhuǎn)電機(jī)不同程度的傾斜，傾斜角α的范圍為 0° -90° 。本發(fā)明采用的六維力/力矩傳感器4的法向載荷測量范圍為1-580Ν ；橫向及縱向 兩個方向的切向力測量范圍為1-180Ν，力矩測量范圍為l-10000N.mm、測量精度為IN · mm。采用以上本發(fā)明的裝置及其試驗(yàn)方法進(jìn)行的部分具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下實(shí)驗(yàn)材料為上試件為20mmX IOmmX IOmm的LZ50車軸鋼試塊，下試件為Φ40mm 的GCrl5軸承鋼球，共同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)為法向載荷Fn = 50N，轉(zhuǎn)動角速度為0. 2° /s，往復(fù) 循環(huán)周次1000次。在電機(jī)傾斜角α均為10°，轉(zhuǎn)動角位移幅值θ分別為0.125°、0. 5°、2°進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)得到的摩擦力-角位移幅值(Ft-Θ)曲線分別為圖3a、圖3b、圖3c。在電機(jī)傾斜角α均為40°，轉(zhuǎn)動角位移幅值θ分別為0.125°、0. 5°、2°進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)得到的摩擦力-角位移幅值(Ft-Θ)曲線分別為圖4a、圖4b、圖4c。從圖中可以看出，圖3a、圖4a的曲線形狀呈準(zhǔn)直線型，圖3b、圖4b呈橢圓形圖3c、 圖4c呈平行四邊形，依次對應(yīng)微動的部分滑移區(qū)、混合區(qū)、滑移區(qū)。圖5為α = 10°，θ = 2°時不同循環(huán)次數(shù)下得到的磨斑演變過程及對應(yīng)的表面形貌。從圖5中可以看出，扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動在實(shí)驗(yàn)條件下，其特征明顯不同于單一的微動模 式，呈現(xiàn)明顯的復(fù)合微動的不對稱性。圖6a、圖6b分別為對應(yīng)圖3c、圖4c試驗(yàn)后傾斜角α分別為10°和40°，角位移 幅值θ =2° )的上試件的掃描電鏡照片，從圖中可以看出不同傾斜角度下的扭轉(zhuǎn)復(fù)合 微 動行為完全不同，且在較小的傾斜角α下，磨屑往一邊排出并堆積，而在較大的傾斜角α 下，磨屑堆積于運(yùn)動方向的兩側(cè)。圖7a、圖7b分別為對應(yīng)圖6a、圖6b上試件的磨痕橫截面輪廓圖，圖中橫坐標(biāo)為磨 痕寬度，縱坐標(biāo)為磨痕深度。圖7a、圖7b表明，在滑移區(qū)兩種不同的傾斜角度下接觸區(qū)呈現(xiàn) 兩種不同的“隆起”現(xiàn)象，在較小的傾斜角α下，“隆起”不對稱，呈現(xiàn)一邊低一邊高；而在 較大的傾斜角α下，“隆起”基本對稱，且兩側(cè)高于中心，這與其他微動模式中的情況有顯著差異。
權(quán)利要求
一種扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動摩擦磨損的試驗(yàn)方法，其作法是a、將平面的上試件(6)夾持在上夾具(5)上，上夾具(5)固定在六維力/力矩傳感器(4)上，用下夾具(16)夾持球形的下試件(14)，下夾具(16)固定在傾斜的高精度超低速的回轉(zhuǎn)電機(jī)(13)輸出軸上的安裝盤(12)上，球形的下試件(14)的中心位于回轉(zhuǎn)電機(jī)(13)輸出軸的軸線上；b、通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制上夾具(5)及其夾持的上試件(6)的上下、左右移動，使上、下試件(6、14)接觸并使上、下試件(6、14)間保持設(shè)定的法向載荷Fn；同時，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制回轉(zhuǎn)電機(jī)(13)并帶動下夾具(16)及其夾持的下試件(14)以設(shè)定的轉(zhuǎn)速ω、回轉(zhuǎn)角位移幅值θ和往復(fù)周次N進(jìn)行往復(fù)旋轉(zhuǎn)，上、下試件(6、14)間即在承受扭動和轉(zhuǎn)動的共同作用下進(jìn)行扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動；c、在上、下試件(6、14)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動的同時，與上夾具(5)相連的六維力/力矩傳感器(4)測出切向力即摩擦力Ft，并送至數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)分析得出設(shè)定載荷Fn和轉(zhuǎn)速ω條件下的摩擦力Ft和回轉(zhuǎn)角位移幅值θ的曲線，以表征扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動的動力學(xué)特性。
2.一種實(shí)施權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法的試驗(yàn)裝置，包括夾持平面的上試件(6)的上 夾具(5)、上夾具(5)通過六維力/力矩傳感器(4)及能夠進(jìn)行水平與垂向移動的二維調(diào)整 移動臺(2)固定在機(jī)座(1)的中上部；夾持球形的下試件(14)的下夾具(16)安裝在機(jī)座 (1)的中下部，其特征在于所述的下夾具(16)安裝在機(jī)座(1)的中下部的具體結(jié)構(gòu)為下 夾具(16)螺紋連接固定在高精度超低速的回轉(zhuǎn)電機(jī)(13)輸出軸上的安裝盤(12)上，下夾 具(16)的夾持腔的中心位于回轉(zhuǎn)電機(jī)(13)輸出軸的軸線上，回轉(zhuǎn)電機(jī)(13)按設(shè)定的傾斜 角α傾斜地安裝在電機(jī)傾斜臺上，電機(jī)傾斜臺固定在機(jī)座(1)的底部；回轉(zhuǎn)電機(jī)(13)、二維調(diào)整移動臺(2)、六維力/力矩傳感器(4)均與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng) 電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的電機(jī)傾斜臺的組成為回轉(zhuǎn)電 機(jī)(13)的機(jī)身固定在電機(jī)固定套(18)內(nèi)，電機(jī)固定套(18)置于電機(jī)座(19)的內(nèi)腔中，且 電機(jī)固定套(18)兩側(cè)的旋轉(zhuǎn)軸(17)和電機(jī)座(19)的軸孔配合；緊固螺栓(22)穿過電機(jī) 座(19)上的弧形槽(20)與電機(jī)固定套(18)上的螺孔連接，弧形槽(20)的弧心在旋轉(zhuǎn)軸 (17)的軸線上，電機(jī)座(19)固定于機(jī)座(1)的底部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的電機(jī)固定套(18)安裝旋轉(zhuǎn)軸 (17)的兩側(cè)開有若干個定位孔，電機(jī)座(19)也開有相應(yīng)的定位通孔，定位銷(21)穿過定位 通孔插在定位孔上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的電機(jī)固定套(18)安裝旋轉(zhuǎn)軸 的兩側(cè)面與電機(jī)座(19)的內(nèi)腔為微量的過盈配合，電機(jī)座(19)的內(nèi)腔側(cè)面與機(jī)座底部垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的回轉(zhuǎn)電機(jī)(13)的機(jī)身固定在 電機(jī)固定套(18)內(nèi)的具體結(jié)構(gòu)為回轉(zhuǎn)電機(jī)(13)的機(jī)身緊配合于電機(jī)固定套(18)的內(nèi) 腔，回轉(zhuǎn)電機(jī)(13)的機(jī)身底部安裝在電機(jī)固定套(18)的底部，并由螺栓緊固。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的下夾具(16)的底部周緣向下 凸起而圍成圓形凹腔(26)，回轉(zhuǎn)電機(jī)(13)輸出軸上的安裝盤(12)的側(cè)面(12a)與該圓形凹腔(26)緊配合。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的六維力/力矩傳感器(4)的 上端安裝在二維調(diào)整移動臺(2)的的水平滑塊(2A)上。
全文摘要
一種扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動摩擦磨損的試驗(yàn)方法及其裝置，方法是a、將上試件夾持在連有六維力/力矩傳感器的上夾具上，用下夾具夾持下試件，下夾具固定在傾斜的回轉(zhuǎn)電機(jī)13)軸上；b、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制上夾具及上試件上下、左右移動，使二者接觸并保持設(shè)定的法向載荷Fn；同時，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)控制回轉(zhuǎn)電機(jī)及下試件以設(shè)定參數(shù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；c、六維力/力矩傳感器測出切向力即摩擦力Ft送至數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，分析得出摩擦力Ft和回轉(zhuǎn)角位移幅值θ的曲線，以表征扭轉(zhuǎn)復(fù)合微動的動力學(xué)特性。該方法更真實(shí)地模擬構(gòu)件在復(fù)雜應(yīng)力作用下的復(fù)合微動損傷，控制與測試的精度高，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性好；且其自動化程度高。
文檔編號G01N3/56GK101963563SQ20101027958
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者周仲榮, 彭金方, 朱旻昊, 沈明學(xué), 莫繼良, 蔡振兵 申請人:西南交通大學(xué)