摩擦力測量裝置及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測試裝置，特別涉及一種摩擦力測量裝置及測量方法。
技術(shù)背景
[0002]太空、深海、礦井等各種惡劣環(huán)境中，各種設(shè)備的工況并不再是簡單的常溫常壓。不管是在高壓深海環(huán)境中挖掘石油、航天器沖破高溫大氣層以及高溫高壓核電水堆的密封等各種苛刻的工況下，摩擦力都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
[0003]實(shí)際工況中，有時需要減小摩擦力以提高設(shè)備壽命，有時又需要增大摩擦力，如利用摩擦力進(jìn)行密封等。然而現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備并不能實(shí)現(xiàn)在這些特殊工況下實(shí)時測量摩擦力，即使能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時測量也需要花費(fèi)不菲的人力物力資源，并且對測量技術(shù)有著嚴(yán)格的要求。若對高溫高壓的特殊環(huán)境加以模擬，那測量特殊工況下的摩擦力將會極大地降低技術(shù)要求以及資源成本，并且能夠通過技術(shù)手段提供測量精度。
[0004]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前針對測量摩擦力提出了不同的技術(shù)方案。如中國專利CN00108908.0公開了一種能夠自動連續(xù)記錄速度和摩擦系數(shù)的動摩擦系數(shù)測量裝置，其結(jié)構(gòu)包含帶有測量摩擦力功能的盤形橡膠原件，該盤形件被驅(qū)動件驅(qū)動，當(dāng)盤形橡膠原件與被測表面接觸后產(chǎn)生摩擦力，由于摩擦力的作用使得盤形橡膠件轉(zhuǎn)動速度降低，并且致使盤形橡膠件和驅(qū)動盤之間產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，利用動力計(jì)測量盤形橡膠件和驅(qū)動盤之間的扭矩。利用這種裝置可以得到連續(xù)速度下的摩擦力，但是該裝置也僅僅局限于測量類似于輪胎表面與公路路面接觸工況下的摩擦力，難以應(yīng)用到高溫、高壓的工況下；
[0005]再如中國專利CN201210314985.6公開了一種法向壓力可調(diào)的平板滑動摩擦測量裝置。該裝置包含正壓力可調(diào)的平板夾持機(jī)構(gòu)以及平板定位臺。當(dāng)對被夾持平板施加一定正壓力后利用伺服壓力機(jī)拉動平板，通過調(diào)節(jié)正壓力使得平板勻速運(yùn)動，并且測得此時的正壓力與拉力即可以得到相應(yīng)的摩擦系數(shù)。該裝置可以實(shí)現(xiàn)不同平板材料、不同平板厚度以及不同正壓力條件下的摩擦力測量，但是該種測量難度較大，不便操作；
[0006]又如中國專利CN200820060066.X公開了一種基于力學(xué)原理的摩擦測量裝置。該裝置包含電機(jī)驅(qū)動的摩擦輪、管道夾具及彈簧。材料式樣通過彈簧作用后與摩擦輪接觸。待摩擦輪勻速轉(zhuǎn)動時測得正壓力以及轉(zhuǎn)矩便可以求得動摩擦系數(shù)。該裝置測量簡單，且使用效率高，但是該裝置對摩擦輪子的機(jī)械加工精度以及裝配精度要求較高，若摩擦輪子出現(xiàn)偏心轉(zhuǎn)動會使得正壓力波動，影響測量精度，且容易破壞試驗(yàn)材料。
[0007]中國專利CN201310449208.7公開了一種能夠測量在高速工況下摩擦潤滑性能的裝置。該裝置通過位移調(diào)節(jié)系統(tǒng)使盤和球接觸，通過加載系統(tǒng)使盤和球產(chǎn)生相對運(yùn)動。通過拉壓傳感器測量所述盤和所述球之間的摩擦力。該裝備可以在高速運(yùn)行條件下測量裝備摩擦副之間的摩擦力，但是該裝置操作復(fù)雜，易出現(xiàn)球、盤接觸區(qū)摩擦力方向不一致，影響測量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的，就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種新的摩擦力測量裝置及測量方法。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種摩擦力測量裝置，其包括:
[0010]驅(qū)動電機(jī)支撐架；
[0011]外部支撐平臺，連接在驅(qū)動電機(jī)支撐架上方；
[0012]驅(qū)動電機(jī)，安裝在驅(qū)動電機(jī)支撐架內(nèi)，其驅(qū)動軸穿過外部支撐平臺向上伸出；
[0013]十字旋轉(zhuǎn)架，安裝在驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動軸上，其頂部設(shè)有開口向內(nèi)的環(huán)形溝槽；
[0014]轉(zhuǎn)矩測量儀，安裝在驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動軸上；
[0015]外部環(huán)形電磁鐵，嵌裝在十字旋轉(zhuǎn)架頂部的環(huán)形溝槽內(nèi)；
[0016]密封腔固定架，安裝在外部支撐平臺上，是由兩立柱和一橫梁組成的框架；
[0017]密封腔，吊裝在密封腔固定架的橫梁下方；
[0018]內(nèi)部支撐平臺支柱，設(shè)置在密封腔內(nèi)的下部；
[0019]內(nèi)部支撐平臺，架設(shè)在內(nèi)部支撐平臺支柱上并與密封腔內(nèi)壁活動相連；
[0020]盤狀摩擦材料試樣，設(shè)置在內(nèi)部支撐平臺的上端面；
[0021]內(nèi)部環(huán)形電磁鐵，對稱設(shè)置在內(nèi)部支撐平臺的上下端面，上端面的內(nèi)部環(huán)形電磁鐵布置在盤狀摩擦材料試樣的周圍；
[0022]電磁加熱器，設(shè)置在密封腔內(nèi)的底部；
[0023]空心定位螺桿，安裝在密封腔的上部腔體上并上下貫通，空心定位螺桿內(nèi)從上到下順序設(shè)有密封頂蓋、壓力傳感器和柱狀摩擦材料試樣，柱狀摩擦材料試樣的下端與盤狀摩擦材料試樣的上端面抵觸相連；
[0024]溫度傳感器，安裝在密封腔的上部腔體上；
[0025]壓強(qiáng)測量儀，安裝在盤狀摩擦材料試樣上；
[0026]入口限壓安全閥，安裝在密封腔的上部腔體上；
[0027]出口限壓安全閥，安裝在密封腔的下部腔體上。
[0028]所述密封腔包括上半腔體和下半腔體，上半腔體和下半腔體之間通過緊固螺栓連接，并且在連接面上設(shè)有兩道環(huán)形密封圈。
[0029]所述密封腔內(nèi)的底部固定有滾珠軸承，所述內(nèi)部支撐平臺支柱的下端安裝在該滾珠軸承上。
[0030]所述內(nèi)部支撐平臺的外緣設(shè)有環(huán)槽，所述密封腔內(nèi)壁設(shè)有對應(yīng)的環(huán)槽，雙方環(huán)槽組合成截面呈圓形的環(huán)形滑道，滑道內(nèi)嵌裝有多個滾珠，內(nèi)部支撐平臺通過滾珠與密封腔內(nèi)壁活動相連。
[0031]所述空心定位螺桿上部設(shè)有內(nèi)螺紋，內(nèi)螺紋下方設(shè)有錐形臺階，錐形臺階下方為光滑直管段；所述密封頂蓋通過上述內(nèi)螺紋與空心定位螺桿螺紋連接；所述柱狀摩擦材料試樣上部設(shè)有錐形體，柱狀摩擦材料試樣通過該錐形體定位在所述錐形臺階上。
[0032]所述驅(qū)動電機(jī)配有可更換的減速器，通過更換減速器可改變內(nèi)部支撐平臺的旋轉(zhuǎn)速度。
[0033]基于上述摩擦力測量裝置的摩擦力測量方法，包括以下步驟:
[0034]7.1、安裝摩擦材料試樣，將盤狀摩擦材料試樣安裝在內(nèi)部支撐平臺的上端面；將柱狀摩擦材料試樣放置在空心定位螺桿內(nèi)，將壓力傳感器放置在柱狀摩擦材料試樣上，蓋上密封頂蓋；通過調(diào)節(jié)空心定位螺桿使柱狀摩擦材料試樣與盤狀摩擦材料試樣接觸，再通過調(diào)節(jié)密封頂蓋獲得實(shí)驗(yàn)工況設(shè)定的正壓力；
[0035]7.2、模擬實(shí)驗(yàn)工況，通過開啟或關(guān)閉電磁加熱器調(diào)節(jié)密封腔內(nèi)的溫度，并通過溫度傳感器反饋的溫度數(shù)據(jù)控制電磁加熱器的使用狀態(tài)；通過調(diào)節(jié)入口限壓安全閥和出口限壓安全閥的壓強(qiáng)閾值調(diào)節(jié)密封腔內(nèi)的壓強(qiáng)，通過入口限壓安全閥向密封腔內(nèi)輸入高壓氣體并通過壓強(qiáng)測量儀反饋的壓強(qiáng)數(shù)據(jù)控制其輸入；
[0036]7.3、產(chǎn)生摩擦力，開啟外部環(huán)形電磁鐵與內(nèi)部環(huán)形電磁鐵，開啟驅(qū)動電機(jī)，十字旋轉(zhuǎn)架及外部環(huán)形電磁鐵在驅(qū)動電機(jī)的帶動下轉(zhuǎn)動，內(nèi)部支撐平臺在磁場力的作用下轉(zhuǎn)動，使得柱狀摩擦材料試樣與盤狀摩擦材料試樣之間產(chǎn)生摩擦力；
[0037]7.4、測量摩擦力，開啟轉(zhuǎn)矩測量儀，待測得轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值穩(wěn)定時讀取驅(qū)動電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩以及由壓力傳感器反饋的正壓力，根據(jù)設(shè)計(jì)的柱狀摩擦材料試樣到轉(zhuǎn)動中心的距離參數(shù)測得相應(yīng)工況下的摩擦力。
[0038]所述實(shí)驗(yàn)工況包括常溫常壓、常溫高壓、高溫常壓和高溫高壓。
[0039]與現(xiàn)有的摩擦測量裝置相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0040]I)將摩擦副放置于密封腔體內(nèi)部，通過溫度傳感器、壓強(qiáng)傳感器的反饋調(diào)節(jié)電磁加熱的溫控系統(tǒng)，從而獲得不同介質(zhì)條件、不同溫度和壓力的環(huán)境。因此該摩擦測量裝置能夠測得在高溫高壓特殊工況下的摩擦力。
[0041]2)柱狀摩擦材料試樣與盤狀摩擦材料試樣均可拆卸，摩擦副材料更換方便，從而可以方便測得各種摩擦材料試樣間的摩擦力。
[0042]3)內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)間通過磁力驅(qū)動，且內(nèi)部支撐平臺與密封腔體內(nèi)壁通過滾珠支撐導(dǎo)向。此外，柱狀摩擦材料試樣位于定位螺桿內(nèi)，提高了柱狀摩擦材料試樣的剛度，使得摩擦副之間的運(yùn)動平穩(wěn)，因此測量精度高，穩(wěn)定性好。
[0043]4)利用整個系統(tǒng)受力平衡，即電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與摩擦材料試樣間的摩擦力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩相等，因此只需測量驅(qū)動電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩即可簡便算出摩擦材料試樣間的摩擦力。測量原理簡單，測量方法簡便且易于操作。
【附圖說明】
[0044]圖1為摩擦力測量裝置的整體外觀圖；
[0045]圖2為摩擦力測量裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖的正等側(cè)視圖；
[0046]圖3為摩擦力測量裝置的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正面剖視圖；
[0047]圖4為摩擦力測量裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖的前視圖；
[0048]圖5為摩擦力測量裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的正等側(cè)視圖；
[0049]圖6為摩擦力測量裝置密封結(jié)構(gòu)以及滾珠局部視圖。
[0050]具體實(shí)施方法
[0051 ] 參見圖1至圖6，本發(fā)明的摩擦力測量裝置，包括驅(qū)動電機(jī)支撐架I，連接在驅(qū)動電機(jī)支撐架上方的外部支撐平臺2，安裝在驅(qū)動電機(jī)支撐架內(nèi)的驅(qū)動電機(jī)3，驅(qū)動電機(jī)3的驅(qū)動軸穿過外部支撐平臺2向上伸出；安裝在驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動軸上的十字旋轉(zhuǎn)架4，其頂部設(shè)有開口向內(nèi)的環(huán)形溝槽；安裝在驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動軸上的轉(zhuǎn)矩測量儀5，嵌裝在十字旋轉(zhuǎn)架頂部的環(huán)形溝槽內(nèi)的外部環(huán)形電磁鐵6，安裝在外部支撐平臺上的密封腔固定架7，密封腔固定架7是由兩立柱和一橫梁組成的框架；吊裝(通過多個固定螺栓81連接固定)在密封腔固定架的橫梁下方的密封腔8，設(shè)置在密封腔內(nèi)的下部的內(nèi)部支撐平臺支柱9