專利名稱：一種利用點(diǎn)接觸開/閉式銷-盤摩擦系統(tǒng)測試切削粘結(jié)摩擦特性的方法
一種利用點(diǎn)接觸開/閉式銷一盤摩擦系統(tǒng)測試切削粘結(jié)摩擦特性的方法技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用車床改造的摩擦試驗平臺構(gòu)建點(diǎn)接觸開/閉式銷-盤摩擦系統(tǒng)測試切削粘結(jié)摩擦特性的方法。針對切削摩擦問題的研究需求，通過銷-盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計和車床空間運(yùn)動軌跡的合成，構(gòu)建開/閉式摩擦系統(tǒng)，模擬極端工況條件下的切削摩擦；利用Kistler壓電式測力計測量接觸界面的作用力，并結(jié)合有限元仿真方法去除材料彈塑性變形引起的切向力分量，獲得粘結(jié)摩擦系數(shù)。
本發(fā)明主要用于切削過程中刀具的摩擦學(xué)特性的試驗分析。設(shè)備的主體為制造實驗室的常用設(shè)備，具有剛性好、結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)等優(yōu)勢。2、背景技術(shù)
研究切削摩擦問題的方法有兩種一種是直接利用切削試驗；另一種是模擬切削工況的摩擦試驗。第一種方法無法獲得局部接觸應(yīng)力和溫度，且直接的參數(shù)分析無法提供局部的摩擦信息；相反，第二種方法的摩擦試驗?zāi)軌虻玫礁呔鹊慕佑|狀態(tài)，并修正這些狀態(tài)以獲得所需的工況。這種類型的摩擦系統(tǒng)包括銷-盤系統(tǒng)、環(huán)-塊系統(tǒng)和球-盤系統(tǒng)寸。
切削過程的摩擦磨損試驗研究，需要模擬極端的工況條件，不僅能夠滿足大范圍的滑移速度要求，還應(yīng)該具備較高的剛度，能夠提供足夠的接觸載荷。而且，刀具永遠(yuǎn)是與新生成的切屑接觸，其摩擦形式與開式摩擦系統(tǒng)更為相似?，F(xiàn)有的摩擦試驗機(jī)，多是針對普通的摩擦工況的閉式摩擦系統(tǒng)，無法模擬切削過程中的極端工況，難以滿足切削摩擦試驗的需求。
銷-盤系統(tǒng)作為最常用的摩擦試驗方式，裝夾方便，相比于球-面系統(tǒng)，銷的摩擦接觸位置保持不變，適用于研究切削情況，其剛性也較好。但銷一般為平面銷，接觸面積較大，在設(shè)備可承受的載荷范圍內(nèi)難以達(dá)到實際切削條件下刀具所承受的應(yīng)力范圍。因此，利用現(xiàn)有的機(jī)床和切削試驗設(shè)備，通過球頭銷的設(shè)計構(gòu)建點(diǎn)接觸的開/閉式銷-盤摩擦系統(tǒng)， 以滿足極端條件下的切削摩擦的測試要求。此外，考慮到高載情況下，球頭銷壓入深度增加，為獲得準(zhǔn)確的切削粘結(jié)摩擦系數(shù)，還應(yīng)消除由材料彈塑性變形導(dǎo)致的影響。3、發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對已有的切削試驗設(shè)備，通過簡易的改造，獲得一種能夠提供大范圍的速度和載荷、構(gòu)建開/閉式銷-盤摩擦系統(tǒng)的摩擦試驗平臺，以測試在切削這種極端工況下的摩擦學(xué)問題。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容主要包括
(1)設(shè)計球頭銷結(jié)構(gòu)，構(gòu)建點(diǎn)接觸的銷-盤摩擦試驗，以相對較低的載荷獲得較高的接觸應(yīng)力；根據(jù)摩擦副的材料特性和所要模擬的摩擦工況估算銷的球頭直徑，通過控制試驗過程中的接觸面積保證測試結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性；
(2)利用車床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，形成空間運(yùn)動軌跡，分別構(gòu)建回轉(zhuǎn)運(yùn)動的閉式摩擦系統(tǒng)與空間螺線運(yùn)動的開式摩擦系統(tǒng)；
(3)基于構(gòu)建的摩擦試驗系統(tǒng)，利用壓電式測力計測量摩擦過程中球頭銷承受的正向力和切向力；結(jié)合銷頭壓入深度，利用有限元仿真方法估計銷頭摩擦過程中由材料彈塑性變形引起的切向力分量，計算粘結(jié)摩擦系數(shù)。

附圖1 球頭銷結(jié)構(gòu)
附圖2 閉式與開式摩擦系統(tǒng)
附圖3 摩擦試驗平臺結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案主要包括
(1)由于銷-工件摩擦副的接觸應(yīng)力主要取決于球頭銷的直徑和施加的載荷，根據(jù)試驗需要的接觸應(yīng)力和預(yù)期施加的載荷范圍，應(yīng)用公式
權(quán)利要求
1本發(fā)明涉及一種利用車床改造的摩擦試驗平臺構(gòu)建點(diǎn)接觸開/閉式銷-盤摩擦系統(tǒng)測試切削粘結(jié)摩擦特性的方法，其技術(shù)特征主要包括1.設(shè)計球頭銷結(jié)構(gòu)，構(gòu)建點(diǎn)接觸的銷-盤摩擦試驗，以相對較低的載荷獲得較高的接觸應(yīng)力；根據(jù)摩擦副的材料特性和所要模擬的摩擦工況估算銷的球頭直徑，通過控制試驗過程中的接觸面積保證測試結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性；
2.利用車床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，形成空間運(yùn)動軌跡，分別構(gòu)建回轉(zhuǎn)運(yùn)動的閉式摩擦系統(tǒng)與空間螺線運(yùn)動的開式摩擦系統(tǒng)；
3.基于構(gòu)建的摩擦試驗系統(tǒng)，利用壓電式測力計測量摩擦過程中球頭銷承受的正向力和切向力；結(jié)合銷頭壓入深度，利用有限元仿真方法估計銷頭摩擦過程中由材料彈塑性變形引起的切向力分量，計算粘結(jié)摩擦系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用車床改造的摩擦試驗平臺構(gòu)建點(diǎn)接觸開/閉式銷-盤摩擦系統(tǒng)測試切削粘結(jié)摩擦特性的方法。針對切削摩擦問題的研究需求，通過銷-盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計和車床空間運(yùn)動軌跡的合成，構(gòu)建開/閉式摩擦系統(tǒng)，模擬極端工況條件下的切削摩擦；利用Kistler壓電式測力計測量接觸界面的作用力，并結(jié)合有限元仿真方法去除材料彈塑性變形引起的切向力分量，獲得粘結(jié)摩擦系數(shù)。本發(fā)明主要用于切削過程中刀具的摩擦學(xué)特性的試驗分析。設(shè)備的主體為制造實驗室的常用設(shè)備，具有剛性好、結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)等優(yōu)勢。
文檔編號G01N19/02GK102519869SQ20121000245
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者劉志兵, 方澤平, 李忠新, 楊洪建, 梁志強(qiáng), 焦黎, 王西彬, 解麗靜 申請人:北京理工大學(xué)