一種用于往復式摩擦磨損試驗機上的特殊氣氛柔性密閉和控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于往復式摩擦磨損試驗機上的特殊氣氛柔性密閉和控制裝置。所述特殊氣氛柔性密閉和控制裝置包括摩擦力傳感器夾具、密閉腔上基座、密閉腔下基座、透明柔性腔壁和樣品臺；所述摩擦力傳感器夾具安裝在試驗機架頂部與摩擦力傳感器之間；密閉腔上基座側面設置有進氣孔和氣體濃度檢測傳感器，通過卡子與摩擦力傳感器夾具固定連接；密閉腔下基座側面設置有出氣孔，通過螺釘與安裝在試驗機固有直線導軌平臺上的樣品臺固定；所述透明柔性腔壁的兩端分別與密閉腔上、下基座粘連，以形成柔性密閉空間。該裝置在不影響摩擦相對運動的前提下具備密閉空間小且可變、密閉氣氛可變且可控、安全性能高、制造成本低且操作方便等優(yōu)點。
【專利說明】一種用于往復式摩擦磨損試驗機上的特殊氣氛柔性密閉和 控制裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于摩擦磨損試驗設備【技術領域】，涉及一種用于往復式摩擦磨損試驗機上 的特殊氣氛柔性密閉和控制裝置。

【背景技術】
[0002] 往復式摩擦磨損試驗機主要用于研究材料的摩擦、抗磨和潤滑等摩擦學性能，目 前被大量用于機械、材料、能源、航空航天、軍事等研究領域，通過該設備獲得的實驗結果不 僅能直接指導新型抗磨及潤滑材料的產品研發(fā)，而且還能廣泛的用于工業(yè)產品的失效與可 靠性的評價。
[0003] 幾乎所有相對運動部件的接觸面都會存在摩擦磨損現(xiàn)象，而根據這些部件應用領 域的不同它們所處的運行環(huán)境也不同。眾多工程實例說明大量機械運動部件需要運行在 特殊氣氛環(huán)境，例如蒸汽機需要運行在高濕度氣氛環(huán)境、脫硫脫硝設備需要運行于硫和硝 廢氣環(huán)境、氣體控制閥門更是需要根據需求運行于眾多不同種類的氣體環(huán)境中。大量研究 試驗表明，這些機械零部件的摩擦磨損機理不僅與其材料本身性質有關，更與它們所處的 運行環(huán)境密切相關，由環(huán)境氣氛造成的摩擦化學反應往往對材料的摩擦和抗磨性能起著決 定性的作用，因此通過摩擦磨損試驗機研究特殊環(huán)境氣氛下的材料摩擦學特性具有重大意 義。
[0004] 目前傳統(tǒng)的往復式摩擦磨損試驗機多工作在開放的大氣環(huán)境中，如果能將這些傳 統(tǒng)的試驗機予以改進以實現(xiàn)實驗時對外界環(huán)境的隔絕，并在這個隔絕的環(huán)境中對所需特殊 氣氛進行密閉和控制，那么將能在滿足研究目的的情況下大大節(jié)約新設備研發(fā)和購置的成 本。由于往復摩擦磨損實驗過程中的上下對摩樣品存在相對直線運動，且根據實驗工況的 不同相對運動的行程位移變化范圍很大，因此實現(xiàn)這種變位移摩擦運動狀態(tài)下的環(huán)境隔離 存在困難。
[0005] 現(xiàn)有主要的解決方案均通過剛性密閉腔來實現(xiàn)，實現(xiàn)途徑主要包括以下兩種方 法：一是在試驗機外設計一個整機密封外殼用來隔絕外界環(huán)境，在外殼里充入所需要的氣 氛來實現(xiàn)氣氛控制。這種裝置的缺點在于整個試驗機全部處于密封殼中，由于外殼尺寸必 須大于試驗機尺寸，因此需要充入的氣體量也非常大。由于實驗過程中需要不斷更換實驗 樣品，操作時需要反復的充放氣體，氣體將被大量浪費，造成該裝置的使用成本和制造成本 過高且操作過程繁瑣。二是在試驗機的相對運動發(fā)生的局部區(qū)域根據運動位移的最大行 程設計一個半密封的剛性外罩用來隔絕外界環(huán)境。該外罩的頂端預留一字形開口，為上樣 品相對運動留出軌跡空間。該裝置雖然尺寸被大尺度縮小且操作簡單，但是由于外罩頂端 存在開口，實驗時外罩中所充氣體存在泄露問題，不能實現(xiàn)全密封，如果氣體為有害氣體， 泄露的氣體將有可能對實驗人員造成傷害。


【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為往復式摩擦磨損試驗機提供一種氣體柔性密閉和控制裝置。該 裝置通過采用柔性密閉腔作為核心解決方案，它能完美實現(xiàn)變位移摩擦直線運動狀態(tài)下的 環(huán)境隔離和密閉；在此基礎上通過特殊氣體發(fā)生裝置實現(xiàn)對該密封腔內的特殊氣氛進行濃 度控制并利用廢氣回收裝置對使用后的廢氣進行回收。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：一種用于往復式摩擦磨損試驗機 上在變位移摩擦狀態(tài)下實現(xiàn)特殊氣氛柔性密閉和控制的裝置，所述裝置安裝在往復式摩 擦磨損試驗機上，該試驗機已包括安裝在試驗機架頂部可拆卸的摩擦力傳感器、安裝在摩 擦力傳感器上的球樣品夾具以及直線導軌平臺。
[0008] 所述特殊氣氛柔性密閉和控制裝置包括摩擦力傳感器夾具、密閉腔上基座、密閉 腔下基座、柔性腔壁和樣品臺； 所述摩擦力傳感器夾具設置在摩擦力傳感器與試驗機架頂部之間，且摩擦力傳感器夾 具上表面固定安裝在試驗機架頂部，下表面安裝摩擦力傳感器； 所述密閉腔上基座為中空的，呈方形開口，且密閉腔上基座的側邊設置有進氣孔，密閉 腔上基座嵌套在摩擦力傳感器上，通過設置在密閉腔上基座上的卡子與摩擦力傳感器夾具 固定連接； 所述密閉腔下基座為中空的，且密閉腔下基座的側邊上設置有出氣孔，密閉腔下基座 通過螺釘與樣品臺固定，所述樣品臺通過螺釘固定在試驗機固有直線導軌平臺上； 所述柔性腔壁的兩端分別與密閉腔上基座和密閉腔下基座相連接，使密閉腔上基座、 密閉腔下基座、柔性腔壁之間形成密封空間。
[0009] 在上述技術方案中，所述摩擦力傳感器夾具為鏤空的，且除開頂面和底面外的其 他四個側面均設置有對稱的開口。
[0010] 在上述技術方案中，所述密閉腔上基座上設置有氣體濃度檢測傳感器。
[0011] 在上述技術方案中，所述柔性腔壁為高彈高分子材料的柔性腔壁。
[0012] 在上述技術方案中，所述高彈高分子材料的柔性腔壁為透明的。
[0013] 在上述技術方案中，所述密閉腔下基座上出氣孔外部設置有氣蓋板。
[0014] 在上述技術方案中，所述氣蓋板固定在密閉腔下基座上，且氣蓋板上設置有凸出 部。
[0015] 在上述技術方案中，所述氣蓋板上的凸出部套入出氣孔內，且凸出部的外徑與出 氣孔的內徑相適應。
[0016] 在上述技術方案中，所述密閉腔上基座與摩擦力傳感器夾具之間設置有密封圈。
[0017] 在上述技術方案中，所述密閉腔下基座與樣品臺之間設置有密封圈。
[0018] 綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是：柔性密閉腔采用透明 的高彈高分子材料作為腔壁對密閉腔上基座和密閉腔下基座進行柔性連接，它在水平和垂 直方向的可伸縮性好且不影響實驗時上、下對磨副的相對運動，為往復摩擦實驗區(qū)域提供 可變化的柔性密閉空間；密閉腔上基座和密閉腔下基座與試驗機的連接處用0型密封圈密 封，可保證在實驗過程中密閉腔內的氣體純凈單一；在出氣孔處裝有防氣體倒流裝置，使得 外部環(huán)境氣體不能進入，內部氣體更加純凈；由于實驗時更換樣品需要拆卸控制裝置，而本 發(fā)明密閉腔上基座用卡子固定在試驗機摩擦力傳感器夾具上，密閉腔下基座用螺釘固定， 拆卸非常方便；采用透明的高彈高分子材料作為腔壁，可透性好，用肉眼即可觀察到腔內實 驗的進展狀況，對于探索性實驗，更是大大的提高了安全性能。與氣體發(fā)生器配合使用，能 方便的根據實驗需求調節(jié)氣體的組分(例如調節(jié)氣體濕度、特殊氣體濃度)。如果特殊氣體 涉及有害氣體(例如氨氣或二氧化硫氣體)，還可在實驗中對該氣體進行有效回收。本發(fā)明 在不影響摩擦相對運動的前提下具備密閉空間小且可變、密閉氣氛可變且可控、安全性能 高、制造成本低、實用價值大且操作方便等優(yōu)點。
[0019]

【專利附圖】

【附圖說明】 本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中： 圖1是本發(fā)明的結構裝配半剖圖； 圖2是本發(fā)明中的密閉腔上基座結構圖； 圖3是本發(fā)明中的密閉腔下基座結構圖； 圖4是本發(fā)明中的氣蓋的剖視圖； 圖5是本發(fā)明的運用示意圖； 圖中：1是摩擦力傳感器夾具，2是密閉腔上基座，3是柔性腔壁，4是密閉腔下基座，5 是樣品臺，6是氣體濃度檢測傳感器，7是卡子，8是氣蓋板，9是球樣品夾具，10是進氣孔，11 是出氣孔，12是氣體發(fā)生裝置，13是氣體回收裝置。

【具體實施方式】
[0020] 在本發(fā)明中，采用柔性密閉腔作為核心解決方案來實現(xiàn)變位移摩擦直線運動狀態(tài) 下的環(huán)境隔離和密閉，而對上述密閉環(huán)境中特殊氣氛的控制則需要配合特殊氣體發(fā)生裝置 和廢氣回收裝置同步使用。
[0021] 如圖1所示，本發(fā)明中的柔性密閉腔包括摩擦力傳感器夾具、密閉腔上基座、密閉 腔下基座、柔性腔壁和樣品臺；其中摩擦力傳感器夾具通過螺釘固定安裝在試驗機架的頂 部，在摩擦力傳感器夾具向下的一面安裝有摩擦力傳感器，該摩擦力傳感器上安裝有球樣 品夾具用于裝夾摩擦球樣品。如圖2所示，密閉腔上基座上設置有卡子和進氣孔，并裝有所 述氣體濃度檢測傳感器用于氣體濃度檢測，該密閉腔上基座通過卡子固定在摩擦力傳感器 夾具上，兩部分之間使用密封圈密封，該密閉腔上基座的方形開口用于嵌套摩擦力傳感器 及球樣品夾具。如圖3所示，所述密閉腔下基座上設置有出氣孔和如圖4所示的防止氣體 倒流裝置，密閉腔下基座的底部有一圈帶有螺紋孔的裙邊，通過螺釘固定在樣品臺上，該樣 品臺通過螺釘固定在試驗機固有的可移動直線導軌平臺上，密閉腔下基座與樣品臺之間用 密封圈密封。密閉腔上基座和密閉腔下基座間用柔性腔壁連接，柔性腔壁為高彈高分子材 料的柔性腔壁，三者相連形成具備柔性且空間可變的密閉腔體，該腔體能有效包圍球樣品 夾具和樣品臺，使摩擦磨損實驗空間與外界空間實現(xiàn)完全隔離。當安裝在試驗機固有直線 導軌上的樣品臺發(fā)生運動時，樣品臺會帶動密閉腔下基座同時運動，而密閉腔上基座并不 發(fā)生運動，此時由于高彈的柔性腔壁的彈性協(xié)調作用，整個密閉腔將實現(xiàn)柔性動密封特性， 這為摩擦發(fā)生區(qū)域提供了可變化的彈性密閉空間，也就實現(xiàn)了變位移摩擦運動狀態(tài)下的環(huán) 境隔離和密閉功能。
[0022] 如圖5所示，本發(fā)明需要配合氣體發(fā)生裝置和廢氣回收裝置同時使用來實現(xiàn)上述 密閉腔中的特殊氣氛環(huán)境控制功能。所述的特殊氣氛氣體發(fā)生裝置包括壓縮氣體瓶、減壓 閥、流量計、玻璃珠、氣體發(fā)生室和混氣室。其中，所述兩個壓縮氣體瓶分別通過氣管與氣體 發(fā)生室和混氣室相連通，分別向所述氣體發(fā)生室和混氣室提供氣體。所述氣體發(fā)生室中裝 有產生特殊氣氛的化學試劑和大量玻璃珠，氣體發(fā)生室產生的氣體通過氣管與混氣室相連 接，兩種不同濃度的氣體在混氣室中充分混合達到所需要求后通過氣管直接通入到柔性密 閉腔中。所述減壓閥以及流量計安裝在壓縮氣體瓶與氣體發(fā)生室和混氣室相連通的管道 上，流量計可調節(jié)進入混氣室氣體的比例。其中圖1中所述的氣體濃度檢測傳感器會對充 入密閉腔中的氣體進行濃度檢測。
[0023] 實驗過程中如果特殊氣氛為有害氣體，則可對使用后廢氣進行回收。如圖5所示， 廢氣回收裝置包括氣體閥門、抽氣泵和氣瓶。通過氣管將所述抽氣泵與上述密閉腔下基座 的出氣孔相連，進而與柔性密閉腔相通，所述氣瓶與抽氣泵通過輸氣管連通。密閉腔中使用 后的廢氣可通過該抽氣泵抽出并回收儲存于氣瓶中。所述氣體閥門安裝在抽氣泵與基座相 連通的管道上用于控制氣體流量。
[0024] 本發(fā)明中如果采用的是無毒害的氣體，該氣體可以直接通過密閉腔下基座的出氣 孔排放到空氣中，不需要氣體回收裝置。因此在密閉腔下基座的出氣孔上設置一個氣體蓋 板，如圖4所示，氣蓋板固定在出氣孔的邊緣處，氣蓋板上設置有凸出部，凸出部正好能卡 在出氣孔內。當整個裝置處于工作狀態(tài)時，借助密閉腔內外的氣壓差，在氣蓋板的阻擋下氣 體不能溢出，當需要排放氣體，只需要將氣蓋板撥開即可。
[0025] 本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明可擴展到任何在本說明書中披露 的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【權利要求】
1. 一種用于往復式摩擦磨損試驗機上的特殊氣氛柔性密閉和控制裝置，安裝在往復式 摩擦磨損試驗機上，所述試驗機已包括安裝在試驗機架頂部可拆卸的摩擦力傳感器、安裝 在摩擦力傳感器上的球樣品夾具以及直線導軌平臺； 所述裝置其特征在于：所述特殊氣氛柔性密閉和控制裝置包括摩擦力傳感器夾具、密 閉腔上基座、密閉腔下基座、柔性腔壁和樣品臺；所述摩擦力傳感器夾具設置在試驗機架頂 部與摩擦力傳感器之間，且摩擦力傳感器夾具上表面安裝在試驗機架頂部，下表面用于安 裝固定摩擦力傳感器和球樣品夾具； 所述密閉腔上基座為中空的，呈方形開口，且密閉腔上基座的側邊設置有進氣孔，密閉 腔上基座嵌套在摩擦力傳感器上，通過設置在密閉腔上基座上的卡子與摩擦力傳感器夾具 固定連接； 所述密閉腔下基座為中空的，密閉腔下基座的側邊設置有出氣孔，密閉腔下基座通過 螺釘與樣品臺固定，所述樣品臺通過螺釘固定在試驗機固有直線導軌平臺上； 所述柔性腔壁的兩端分別與密閉腔上基座和密閉腔下基座相粘連，使密閉腔上基座、 密閉腔下基座、柔性腔壁之間形成密封空間。
2. 根據權利要求1所述的一種用于往復式摩擦磨損試驗機上的特殊氣氛柔性密閉和 控制裝置，其特征為所述摩擦力傳感器夾具為鏤空的，且除開頂面和底面外的其他四個側 面均設置有對稱的開口。
3. 根據權利要求1所述的一種用于往復式摩擦磨損試驗機上的特殊氣氛柔性密閉和 控制裝置，其特征為所述密閉腔上基座上安裝有氣體濃度檢測傳感器。
4. 根據權利要求1所述的一種用于往復式摩擦磨損試驗機上的特殊氣氛柔性密閉和 控制裝置，其特征為所述柔性腔壁為高彈高分子材料的柔性腔壁。
5. 根據權利要求4所述的一種用于往復式摩擦磨損試驗機上的特殊氣氛柔性密閉和 控制裝置，其特征為所述高彈高分子材料的柔性腔壁為透明的。
6. 根據權利要求1所述的一種用于往復式摩擦磨損試驗機上的特殊氣氛柔性密閉和 控制裝置，其特征為所述密閉腔下基座上的出氣孔外部設置有氣蓋板。
7. 根據權利要求6所述的一種用于往復式摩擦磨損試驗機上的特殊氣氛柔性密閉和 控制裝置，其特征為所述氣蓋板固定在密閉腔下基座上，且氣蓋板上設置有凸出部。
8. 根據權利要求7所述的一種用于往復式摩擦磨損試驗機上的特殊氣氛柔性密閉和 控制裝置，其特征為所述氣蓋板上的凸出部套入出氣孔內，且凸出部的外徑與出氣孔的內 徑相適應。
9. 根據權利要求1所述的一種用于往復式摩擦磨損試驗機上的特殊氣氛柔性密閉和 控制裝置，其特征為所述密閉腔上基座與摩擦力傳感器夾具之間設置有密封圈。
10. 根據權利要求1所述的一種用于往復式摩擦磨損試驗機上的特殊氣氛柔性密閉和 控制裝置，其特征為所述密閉腔下基座與樣品臺之間設置有密封圈。
【文檔編號】G01N3/02GK104155199SQ201410418675
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權日:2014年8月25日
【發(fā)明者】余家欣, 張文利, 簡清云, 葉嘉豪 申請人:西南科技大學