一種測定密封圈摩擦磨損的試驗裝置制造方法
【專利摘要】一種測定密封圈摩擦磨損的試驗裝置，包括機座、介質(zhì)槽、上夾具、下夾具、溫度控制臺、水平往復(fù)運動裝置、二維可調(diào)移動臺和數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，所述的二維可調(diào)移動臺固定機座的上部，并且二維可調(diào)移動臺下部安裝二維力學(xué)傳感器；所述的二維力學(xué)傳感器上固定夾持上試件的上夾具；所述的介質(zhì)槽安裝在水平往復(fù)運動裝置上方，并且介質(zhì)槽內(nèi)固定夾持下試件的下夾具，所述的介質(zhì)槽內(nèi)填充試驗介質(zhì)；所述的水平往復(fù)運動裝置固定在機座上；所述的二維可調(diào)移動臺、水平往復(fù)運動裝置、溫度控制臺均與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接。本實用新型的有益效果是：真實模擬密封圈工況、在試驗過程中同步動態(tài)采集摩擦力、準(zhǔn)確地分析密封圈摩擦界面損傷演變特性及影響規(guī)律。
【專利說明】一種測定密封圈摩擦磨損的試驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種測定密封圈摩擦磨損的試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]密封技術(shù)的可靠性和穩(wěn)定性已成為現(xiàn)代流程工業(yè)設(shè)備安全、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素。根據(jù)密封偶合面間有無相對運動，可將密封分為靜密封和動密封兩種；而按密封件在密封裝置中所起的作用，又有主要密封和輔助密封之分。但無論作為主要密封還是輔助密封，動密封除了要承受介質(zhì)壓力外，還必須耐受相對運動引起的摩擦、磨損，以保證一定的密封性能和滿足運動性能的各項要求。例如，作為主要密封的液壓、氣動缸中的活塞與缸筒之間的密封、活塞桿與缸蓋以及滑閥的閥芯與閥體之間的密封以及機械密封中作為輔助密封的密封圈，這些密封元件常因摩擦導(dǎo)致接觸表面過度磨損并成為密封失效的主要原因。
[0003]機械密封中具有軸向補償能力的密封環(huán)與相關(guān)零件之間的輔助密封是密封系統(tǒng)中除端面密封副(即主密封)外最重要的部件。隨著主密封性能的不斷提高，作為輔助密封重要元件的密封圈接觸界面摩擦磨損失效問題日益突顯，并直接影響密封環(huán)的追隨性和浮動性。目前，它已成為制約現(xiàn)代機械密封向高可靠性、長壽命方向發(fā)展的重要因素。
[0004]摩擦磨損性能是評價密封材料綜合性能的一項重要指標(biāo)，摩擦磨損性能與摩擦副的材料性能、接觸狀態(tài)、界面特性、潤滑條件和環(huán)境因素等密切相關(guān)。然而，目前絕大部分研究都是利用有限元模擬計算或平面線接觸考察密封圈的摩擦磨損性能，這些方法具有一定的局限性。如何準(zhǔn)確地開展密封圈摩擦磨損的試驗研究，在更加切合實際服役工況下系統(tǒng)深入地研究各種因素與密封圈磨損特性的內(nèi)在聯(lián)系，是揭示密封圈摩擦學(xué)損傷機理、控制或減緩有害磨損的關(guān)鍵。但目前從摩擦學(xué)試驗角度研究密封圈摩擦磨損性能的工作較少，這主要歸因于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)型摩擦學(xué)試驗設(shè)備無法真實模擬密封圈的真實工況下的摩擦磨損性能及缺乏一種能合理評價密封圈摩擦磨損的試驗設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)型摩擦學(xué)試驗設(shè)備無法真實模擬密封圈的真實工況下的摩擦磨損的問題，本實用新型提出了一種能真實模擬密封圈的真實工況、并在試驗過程中同步動態(tài)采集摩擦力、可較準(zhǔn)確地分析密封圈摩擦界面損傷演變特性及影響規(guī)律的測定密封圈摩擦磨損的試驗裝置。
[0006]本實用新型所述的一種測定密封圈摩擦磨損的試驗裝置，其特征在于:包括機座、介質(zhì)槽、上夾具、下夾具、溫度控制臺、水平往復(fù)運動裝置、二維可調(diào)移動臺和數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，所述的二維可調(diào)移動臺固定在所述的機座的上部，并且所述的二維可調(diào)移動臺下部安裝二維力學(xué)傳感器；所述的二維力學(xué)傳感器上固定夾持上試件的上夾具；所述的介質(zhì)槽安裝在所述的水平往復(fù)運動裝置上方，并且所述的介質(zhì)槽內(nèi)固定夾持下試件的下夾具，所述的介質(zhì)槽內(nèi)填充試驗介質(zhì)；所述的水平往復(fù)運動裝置固定在所述的機座上；所述的二維可調(diào)移動臺、所述的水平往復(fù)運動裝置、所述的溫度控制臺均與所述的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接。
[0007]所述的上夾具包括上夾具座、夾緊蓋和調(diào)節(jié)螺栓，所述的上夾具座和夾緊蓋通過所述的調(diào)節(jié)螺栓相互固定組成的下端面為等直徑半圓柱形，所述的上夾具座在半圓柱形端面設(shè)有臺階結(jié)構(gòu)，與所述的夾緊蓋配合形成與作為上試件的密封圈匹配的弧形容納槽；所述的下試件沿軸向開有與上試件匹配的貫通半圓柱形凹槽。
[0008]所述的二維可調(diào)移動臺包括垂直滑塊、垂直導(dǎo)軌、垂直絲杠、垂直電機、水平電機、水平滑塊、水平絲杠和水平導(dǎo)軌，所述的垂直電機和所述的水平電機均固定在所述的機座的上方，且所述的垂直電機與所述的水平電機與所述的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接；所述的垂直電機的輸出端連接垂直絲杠的上端，所述的垂直絲杠的下端與所述的垂直滑塊螺接；所述的垂直滑塊的后部設(shè)置與所述的垂直導(dǎo)軌配合的導(dǎo)槽；所述的水平導(dǎo)軌固定在所述的機座上；所述的水平電機的輸出軸與所述的水平絲杠的一端連接，所述的水平絲杠的另一端與所述的水平滑塊螺接，所述的水平滑塊的上部設(shè)置的導(dǎo)槽與固定在垂直滑塊上的水平導(dǎo)軌配合。
[0009]所述的水平往復(fù)運動裝置包括驅(qū)動電機、曲柄連桿機構(gòu)、滑塊和側(cè)面水平滑軌，所述的驅(qū)動電機豎直安裝在機座底部，所述的驅(qū)動電機通過曲柄連桿機構(gòu)與所述的滑塊連接；上述的下夾具通過所述的介質(zhì)槽固定在所述的滑塊上；所述的滑塊兩側(cè)與固定在機座上的側(cè)面水平滑軌配合。
[0010]所述的溫度控制臺內(nèi)置發(fā)熱單元和溫度傳感器，發(fā)熱電源、所述的溫度傳感器分別與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接，所述的溫度控制臺固定在上述的滑塊上。
[0011]所述的弧形容納槽的橫截面形狀呈矩形、槽深與待測的上試件的尺寸確定且小于上試件的線徑。
[0012]所述的下夾具置于所述的介質(zhì)槽內(nèi)并穿過溫度控制臺的中心通孔固定在所述的水平往復(fù)運動裝置上。
[0013]利用本實用新型的試驗裝置進行的試驗方法，包括以下步驟:
[0014]I)將下試件固定在下夾具上，并將下試件的半圓柱形凹槽的中心軸線與水平往復(fù)運動裝置的運動方向保持一致；
[0015]2)將上試件嵌入上夾具座與夾緊蓋之間的弧形容納槽后，通過調(diào)整調(diào)節(jié)螺栓控制上試件的軸向壓縮率并使其固定在上夾具上；調(diào)整二維可調(diào)移動臺的位置使得上夾具的半圓柱形端面中心軸線與下試件的半圓柱形凹槽中心軸線在同一垂直平面內(nèi)；
[0016]3)在介質(zhì)槽內(nèi)加入試驗介質(zhì)并通過控制系統(tǒng)設(shè)定試驗溫度、法向載荷以及摩擦頻率；
[0017]4) 二維力學(xué)傳感器動態(tài)采集并實時分析試驗過程中的上試件和下試件之間的法向載荷和切向力，并將數(shù)據(jù)傳送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)一方面對二維可調(diào)移動臺的垂向位置進行實時反饋控制，確保上、下試件間始終保持恒定的法向載荷，另一方面控制系統(tǒng)控制水平往復(fù)運動裝置以設(shè)定的往復(fù)位移和頻率作周期性往復(fù)運動，使上、下試件產(chǎn)生往復(fù)的摩擦磨損，并同步計算上試件和下試件之間的摩擦系數(shù)。
[0018]本實用新型的有益效果是:該技術(shù)完成的摩擦磨損試驗其環(huán)境介質(zhì)、試驗溫度可控，上下試件間采用曲面線接觸方式，試驗時密封圈的軸向壓縮率通過調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)上夾具座和夾緊蓋間的距離實現(xiàn)，其壓縮率可在1%?40%之間任意調(diào)節(jié)；密封圈的徑向壓縮率通過法向載荷控制。這樣，可真實模擬密封圈與配合密封部件的接觸狀況；同時，二維力學(xué)傳感器實時監(jiān)測試驗過程中的法向載荷和切向力，并傳送給數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)對二維可調(diào)移動臺的垂向位置進行實時反饋控制，確保上下試件間始終保持恒定的法向載荷；控制系統(tǒng)通過水平往復(fù)運動裝置帶動密封圈對磨副精確可控的往復(fù)運動，可以實現(xiàn)密封圈與對磨副在設(shè)定的法向載荷、往復(fù)位移、滑動速度、試驗溫度和頻率等條件下的摩擦運動，并在試驗過程中同步動態(tài)采集摩擦力、可較準(zhǔn)確地分析密封圈摩擦界面損傷演變特性及影響規(guī)律，以揭示密封圈的摩擦磨損損傷機制，為控制和減緩密封圈因摩擦引起的過度磨損、提高密封設(shè)備的使用性能和壽命提供更準(zhǔn)確可靠的試驗依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型的主視圖。
[0020]圖2是本實用新型的試驗裝置中摩擦副及相鄰部件俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3是本實用新型的試驗裝置中摩擦副及相鄰部件左視結(jié)構(gòu)示意圖(箭頭代表水平往復(fù)運動裝置的運動方向)。
[0022]圖4是本實用新型的試驗裝置中上、下試件及上夾具的三維爆炸示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖進一步說明本實用新型
[0024]參照附圖:
[0025]實施例1本實用新型所述的一種測定密封圈摩擦磨損的試驗裝置，包括機座1、介質(zhì)槽2、上夾具3、下夾具4、溫度控制臺5、水平往復(fù)運動裝置6、二維可調(diào)移動臺7和數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，所述的二維可調(diào)移動臺7固定在所述的機座I的上部，并且所述的二維可調(diào)移動臺7下部安裝二維力學(xué)傳感器71 ;所述的二維力學(xué)傳感器71上固定夾持上試件31的上夾具3 ;所述的介質(zhì)槽2安裝在所述的水平往復(fù)運動裝置6上方，并且所述的介質(zhì)槽2內(nèi)固定夾持下試件41的下夾具4，所述的介質(zhì)槽2內(nèi)填充試驗介質(zhì)21 ;所述的水平往復(fù)運動裝置6固定在所述的機座I上；所述的二維可調(diào)移動臺7、所述的水平往復(fù)運動裝置6、所述的溫度控制臺5均與所述的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接。
[0026]所述的上夾具3包括上夾具座32、夾緊蓋33和調(diào)節(jié)螺栓34，所述的上夾具座32和夾緊蓋33通過所述的調(diào)節(jié)螺栓34相互固定組成的下端面為等直徑半圓柱形，所述的上夾具座32在半圓柱形端面設(shè)有臺階結(jié)構(gòu)321，與所述的夾緊蓋33配合形成與作為上試件的密封圈匹配的弧形容納槽；所述的下試件41沿軸向開有與上試件31匹配的貫通半圓柱形凹槽411。
[0027]所述的二維可調(diào)移動臺7包括垂直滑塊72、垂直導(dǎo)軌73、垂直絲杠74、垂直電機75、水平電機76、水平滑塊77、水平絲杠78和水平導(dǎo)軌79，所述的垂直電機75和所述的水平電機76均固定在所述的機座I的上方，且所述的垂直電機75與所述的水平電機76與所述的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接；所述的垂直電機75的輸出端連接垂直絲杠74的上端，所述的垂直絲杠74的下端與所述的垂直滑塊72螺接；所述的垂直滑塊72的后部設(shè)置與所述的垂直導(dǎo)軌73配合的導(dǎo)槽；所述的水平導(dǎo)軌79固定在所述的機座I上；所述的水平電機76的輸出軸與所述的水平絲杠78的一端連接，所述的水平絲杠78的另一端與所述的水平滑塊77螺接，所述的水平滑塊77的上部設(shè)置的導(dǎo)槽與固定在垂直滑塊72上的水平導(dǎo)軌79配合。
[0028]所述的水平往復(fù)運動裝置6包括驅(qū)動電機61、曲柄連桿機構(gòu)62、滑塊63和側(cè)面水平滑軌64，所述的驅(qū)動電機61豎直安裝在機座I底部，所述的驅(qū)動電機61通過曲柄連桿機構(gòu)62與所述的滑塊63連接；上述的下夾具4通過所述的介質(zhì)槽2固定在所述的滑塊63上；所述的滑塊63兩側(cè)與固定在機座I上的側(cè)面水平滑軌64配合。
[0029]所述的溫度控制臺5內(nèi)置發(fā)熱單元和溫度傳感器，發(fā)熱電源、所述的溫度傳感器分別與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接，所述的溫度控制臺5固定在上述的滑塊63上。
[0030]所述的弧形容納槽34的橫截面形狀呈矩形、槽深與待測的上試件31的尺寸確定且小于上試件31的線徑。
[0031]所述的下夾具4置于所述的介質(zhì)槽2內(nèi)并穿過溫度控制臺5的中心通孔固定在所述的水平往復(fù)運動裝置6上。
[0032]實施例1利用實施例1的試驗裝置進行的測定方法，包括以下步驟:
[0033]I)將下試件固定在下夾具上，并將下試件的半圓柱形凹槽的中心軸線與水平往復(fù)運動裝置的運動方向保持一致；
[0034]2)將上試件嵌入上夾具座與夾緊蓋之間的弧形容納槽后，通過調(diào)整調(diào)節(jié)螺栓控制上試件的軸向壓縮率并使其固定在上夾具上；調(diào)整二維可調(diào)移動臺的位置使得上夾具的半圓柱形端面中心軸線與下試件的半圓柱形凹槽中心軸線在同一垂直平面內(nèi)；
[0035]3)在介質(zhì)槽內(nèi)加入試驗介質(zhì)并通過控制系統(tǒng)設(shè)定試驗溫度、法向載荷以及摩擦頻率；
[0036]4) 二維力學(xué)傳感器動態(tài)采集并實時分析試驗過程中的上試件和下試件之間的法向載荷和切向力，并將數(shù)據(jù)傳送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)一方面對二維可調(diào)移動臺的垂向位置進行實時反饋控制，確保上、下試件間始終保持恒定的法向載荷，另一方面控制系統(tǒng)控制水平往復(fù)運動裝置以設(shè)定的往復(fù)位移和頻率作周期性往復(fù)運動，使上、下試件產(chǎn)生往復(fù)的摩擦磨損，并同步計算上試件和下試件之間的摩擦系數(shù)。
[0037]本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新型的保護范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也包涵本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【權(quán)利要求】
1.一種測定密封圈摩擦磨損的試驗裝置，其特征在于:包括機座、介質(zhì)槽、上夾具、下夾具、溫度控制臺、水平往復(fù)運動裝置、二維可調(diào)移動臺和數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，所述的二維可調(diào)移動臺固定在所述的機座的上部，并且所述的二維可調(diào)移動臺下部安裝二維力學(xué)傳感器；所述的二維力學(xué)傳感器上固定夾持上試件的上夾具；所述的介質(zhì)槽安裝在所述的水平往復(fù)運動裝置上方，并且所述的介質(zhì)槽內(nèi)固定夾持下試件的下夾具，所述的介質(zhì)槽內(nèi)填充試驗介質(zhì)；所述的水平往復(fù)運動裝置固定在所述的機座上；所述的二維可調(diào)移動臺、所述的水平往復(fù)運動裝置、所述的溫度控制臺均與所述的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的試驗裝置，其特征在于:所述的上夾具包括上夾具座、夾緊蓋和調(diào)節(jié)螺栓，所述的上夾具座和夾緊蓋通過所述的調(diào)節(jié)螺栓相互固定組成的下端面為等直徑半圓柱形，所述的上夾具座在半圓柱形端面設(shè)有臺階結(jié)構(gòu)，與所述的夾緊蓋配合形成與作為上試件的密封圈匹配的弧形容納槽；所述的下試件沿軸向開有與上試件匹配的貫通半圓柱形凹槽。
3.如權(quán)利要求2所述的試驗裝置，其特征在于:所述的二維可調(diào)移動臺包括垂直滑塊、垂直導(dǎo)軌、垂直絲杠、垂直電機、水平電機、水平滑塊、水平絲杠和水平導(dǎo)軌，所述的垂直電機和所述的水平電機均固定在所述的機座的上方，且所述的垂直電機與所述的水平電機與所述的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接；所述的垂直電機的輸出端連接垂直絲杠的上端，所述的垂直絲杠的下端與所述的垂直滑塊螺接；所述的垂直滑塊的后部設(shè)置與所述的垂直導(dǎo)軌配合的導(dǎo)槽；所述的水平導(dǎo)軌固定在所述的機座上；所述的水平電機的輸出軸與所述的水平絲杠的一端連接，所述的水平絲杠的另一端與所述的水平滑塊螺接，所述的水平滑塊的上部設(shè)置的導(dǎo)槽與固定在垂直滑塊上的水平導(dǎo)軌配合。
4.如權(quán)利要求3所述的試驗裝置，其特征在于:所述的水平往復(fù)運動裝置包括驅(qū)動電機、曲柄連桿機構(gòu)、滑塊和側(cè)面水平滑軌，所述的驅(qū)動電機豎直安裝在機座底部，所述的驅(qū)動電機通過曲柄連桿機構(gòu)與所述的滑塊連接；上述的下夾具通過所述的介質(zhì)槽固定在所述的滑塊上；所述的滑塊兩側(cè)與固定在機座上的側(cè)面水平滑軌配合。
5.如權(quán)利要求4所述的試驗裝置，其特征在于:所述的溫度控制臺內(nèi)置發(fā)熱單元和溫度傳感器，發(fā)熱電源、所述的溫度傳感器分別與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)電連接，所述的溫度控制臺固定在上述的滑塊上。
6.如權(quán)利要求2所述的試驗裝置，其特征在于:所述的弧形容納槽的橫截面形狀呈矩形、槽深與待測的上試件的尺寸確定且小于上試件的線徑。
7.如權(quán)利要求4所述的試驗裝置，其特征在于:所述的下夾具置于所述的介質(zhì)槽內(nèi)并穿過溫度控制臺的中心通孔固定在所述的水平往復(fù)運動裝置上。
【文檔編號】G01N3/56GK203414366SQ201320302750
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月29日
【發(fā)明者】沈明學(xué), 彭旭東, 鄭金鵬, 孟祥鎧, 厲淦, 白少先 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)