本實用新型涉及金屬材料技術領域，特別涉及一種確定金屬材料接觸碰撞變形指數(shù)的試驗裝置。

背景技術：

在機構運動分析中，兩構件通過點接觸或線接觸而構成的高副屬于基本運動副之一。為了精確計算高副中兩個構件之間在相對滑動導致的磨損，往往需要獲得兩構件之間接觸中發(fā)生的碰撞力及其材料接觸變形信息，而碰撞力與材料接觸變形的關系為冪指數(shù)(即接觸碰撞指數(shù))關系，當然，兩種不同金屬材料構成的構件在接觸碰撞過程中，碰撞力與材料接觸變形的關系也為冪指數(shù)關系，而接觸碰撞的金屬材料不同，該冪指數(shù)也不同。

一旦能夠精確獲得該冪指數(shù)，則可以獲得高副中兩金屬材料之間碰撞力與材料接觸變形的精確關系，從而有利于計算高副中兩金屬材料之間的磨損壽命。

目前接觸碰撞中冪指數(shù)的計算值是通過理論推導出來，但是在理論推導中沒有考慮金屬材料特性異同這一關鍵因素，實際上，不同材料接觸碰撞，其對應的冪指數(shù)是不一樣的，如圖1所示為兩種金屬材料(材料1與材料2)的碰撞示意圖，材料1和材料2在接觸碰撞中沿著公切線方向相對滑動，其相對滑動速度為V1，F(xiàn)_N和F_N'為大小相等方向相反的法向碰撞力，該碰撞力和變形量的關系是F_N＝Kδⁿ(1)，其中，K為剛度系數(shù)，δ為變形量，n為接觸變形的冪指數(shù)也即接觸碰撞的變形指數(shù)，實際碰撞力，不同材料接觸碰撞時K和n都不同，因此，理論推導結果與實際情況不相符，難以應用，導致目前業(yè)界還未給出不同接觸碰撞的金屬材料對應的變形指數(shù)的確定方法，也無法通過有效地試驗裝置來確定金屬材料接觸碰撞指數(shù)。

有鑒于此，本發(fā)明人研制出一種可快速有效地確定金屬材料接觸碰撞指數(shù)的試驗裝置。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種確定金屬材料接觸碰撞變形指數(shù)的試驗裝置，其結構簡單易操作，適用于測量硬度差別較大的兩種金屬材料的碰撞變形指數(shù)，該變形指數(shù)與具體接觸碰撞的材料種類相關聯(lián)，獲得的變形指數(shù)更精確且更符合實際應用。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案如下：

一種確定金屬材料接觸碰撞變形指數(shù)的試驗裝置，包括硬金屬塊A、硬金屬塊B、軟金屬塊C、推力計、激光測距傳感器、推動裝置和底座；

所述推動裝置安裝在底座上，推力計安裝在推動裝置上，推動裝置可推動推力計上下移動，所述推力計下端安裝一頂針；

所述硬金屬塊A和B為相同金屬材料，硬金屬塊A固定在底座上，硬金屬塊B位于推力計頂針的正下方，軟金屬塊C夾置于硬金屬塊A和B之間，硬金屬塊A相對于硬金屬塊B突出，激光測距傳感器安裝在推力計上，且激光測距傳感器的測距頭對準硬金屬塊A的突出部分。

所述推動裝置包括導軌、移動臺、橫桿及螺栓桿，所述導軌豎向安裝在底座上，橫桿安裝在導軌上端，移動臺套置在導軌上，橫桿開設通孔，移動臺開設與通孔同心的螺孔，螺栓桿從橫桿上方穿過通孔后旋入移動臺的螺孔，所述推力計固定在移動臺上，旋轉(zhuǎn)螺栓桿可帶動移動臺和推力計沿導軌上下移動。

所述螺栓桿上端安裝一旋轉(zhuǎn)手柄。

所述導軌由兩根不銹鋼柱組成，兩根不銹鋼柱平行安裝在底座上，螺栓桿位于兩根不銹鋼柱之間。

所述硬金屬塊A和B均為方塊形，軟金屬塊C為圓柱形。

所述還包括一門型架，硬金屬塊A、硬金屬塊B、軟金屬塊C與推力計均位于門型架內(nèi)。

采用上述方案后，本實用新型工作原理如下：硬金屬塊A、硬金屬塊B、軟金屬塊C構成一個碰撞體系，推動裝置帶動推力計下移，以推動硬金屬塊B下壓，使軟金屬塊C在硬金屬塊A與硬金屬塊B的擠壓下變形，此過程中，推力計記錄碰撞力F_N，激光測距傳感器的測距頭對準硬金屬塊A的突出部分，從而記錄激光測距傳感器與硬金屬塊A的距離變化值，該距離變化值即為碰撞位移ε_i(即變形量)，重復進行多組測試，獲得多組碰撞力和碰撞位移數(shù)據(jù)，便可計算出冪指數(shù)n的參數(shù)辨識(包括冪指數(shù)和剛度系數(shù))。

本實用新型的有益效果是：試驗裝置簡單易行，成本低，能夠通過該裝置測得碰撞數(shù)據(jù)，從而確定任意硬度且差別較大的接觸碰撞金屬材料之間的碰撞冪指數(shù)，進而獲得接觸碰撞金屬材料的碰撞力與接觸變形的精確數(shù)學關系，為高副中兩接觸碰撞金屬材料的磨損情況及其壽命評估提供必要條件。

以下結合附圖和具體實施方式對本實用新型做進一步說明。

附圖說明

圖1是兩種金屬材料碰撞示意圖；

圖2是本實用新型的結構示意圖；

圖3是本實用新型碰撞體系下待測金屬材料的受載變形的示意圖。

標號說明

硬金屬塊A 1

硬金屬塊B 2

軟金屬塊C 3

推力計 4 頂針 41

激光測距傳感器 5

推動裝置 6 導軌 61

移動臺 62 橫桿 63

螺栓桿 64 旋轉(zhuǎn)手柄 65

底座 7 門型架 8。

具體實施方式

如圖2所示，本實用新型揭示的一種確定金屬材料接觸碰撞變形指數(shù)的試驗裝置，包括硬金屬塊A1、硬金屬塊B2、軟金屬塊C3、推力計4、激光測距傳感器5、推動裝置6和底座7；

所述推動裝置6安裝在底座7上，推力計4安裝在推動裝置6上，推動裝置6可推動推力計4上下移動，所述推力計4下端安裝一頂針；

所述硬金屬塊A1和B2為相同金屬材料，硬金屬塊A1固定在底座7上，硬金屬塊B2位于推力計頂針41的正下方，軟金屬塊C3夾置于硬金屬塊A和B之間，硬金屬塊A相對于硬金屬塊B突出，激光測距傳感器安裝在推力計上，且激光測距傳感器的測距頭對準硬金屬塊A的突出部分。

本實施例中，推動裝置6包括導軌61、移動臺62、橫桿63及螺栓桿64，所述導軌61豎向安裝在底座7上，橫桿63安裝在導軌61上端，移動臺62套置在導軌61上，橫桿63開設通孔，移動臺62開設與通孔同心的螺孔，螺栓桿64從橫桿63上方穿過通孔后旋入移動臺62的螺孔，所述推力計4固定在移動臺62上，旋轉(zhuǎn)螺栓桿64可帶動移動臺62和推力計4沿導軌61上下移動。

為了便于旋轉(zhuǎn)螺栓桿64，所述螺栓桿64上端安裝一旋轉(zhuǎn)手柄65。

所述導軌61由兩根不銹鋼柱組成，兩根不銹鋼柱平行安裝在底座上，螺栓64位于兩根不銹鋼柱之間，兩根不銹鋼柱構成的導軌是移動臺62上下移動是更平穩(wěn)。

為了增加接觸碰撞的穩(wěn)定性，所述硬金屬塊A和B均為方塊形，軟金屬塊C為圓柱形。

為了進一步增加接觸碰撞的穩(wěn)定性，所述還包括一門型架，硬金屬塊A、硬金屬塊B、軟金屬塊C與推力計均位于門型架內(nèi)。

以下為本實用新型的試驗原理：

硬金屬塊A1、硬金屬塊B2、軟金屬塊C3構成一個碰撞體系，推動裝置6帶動推力計4下移，以推動硬金屬塊B2下壓，使軟金屬塊C3在硬金屬塊A1與硬金屬塊B2的擠壓下變形，此過程中，推力計4記錄碰撞力F_N，激光測距傳感器5的測距頭對準硬金屬塊A的突出部分，從而記錄激光測距傳感器5與硬金屬塊A1的距離變化值，該距離變化值即為碰撞位移εⁱ(即變形量)，重復進行多組測試，獲得多組碰撞力和碰撞位移數(shù)據(jù)，便可計算出冪指數(shù)n的參數(shù)辨識。

如圖3所示，硬金屬塊A1、硬金屬塊B2、軟金屬塊C3在碰撞時，實際有變形量δ₁和δ₂，δ_總＝δ_總＝δ₁+δ₂。

下表1為5組碰撞的試驗數(shù)據(jù)：

由于硬金屬塊B擠壓軟金屬塊C之前還有一段空行程Δ(為一個常數(shù))，因此接觸時的變形為：

結合式(1)和式(2)可得式(3)，如下：

進一步得：

最后，對于表1中的試驗數(shù)據(jù)，可以通過求解下述優(yōu)化函數(shù)，從而獲得對空行程Δ和冪指數(shù)n的參數(shù)辨識；

最后，可以計算出的空行程Δ和冪指數(shù)n分別為0.005mm和1.1。

以上僅為本實用新型的具體實施例，并非對本實用新型的保護范圍的限定。凡依本案的設計思路所做的等同變化，均落入本案的保護范圍。