基于对称牵引传动的金属材料试验装置的制作方法

本发明涉及一种金属材料试验装置，具体涉及一种基于对称牵引传动的金属材料试验装置。

背景技术：

日新月异的现代技术的发展需要很多新型材料的支持。自从第三次科技浪潮席卷全球以来，新型材料同信息、能源一起，被称为现代科技的三大支柱。新材料的诞生会带动相关产业和技术的迅速发展，甚至会催生新的产业和技术领域。材料科学现已发展成为一门跨学科的综合性学科。根据我国当前及未来发展的实际情况，新材料领域的研发需要大量的实践数据，作为理论应用于实践的载体。现有的牵引传动点流体油膜润滑剪切力材料试验装置，系统结构复杂，传动系统能耗较高，所以急需新机构、新发明提高试验的可控性和稳定性。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种能够实现金属材料牵引传动点流体油膜润滑剪切力材料试验的自动控制与定量分析的基于对称牵引传动的金属材料试验装置。

一种基于对称牵引传动的金属材料试验装置，包括输入轴、空间连杆轴、副输入轴、轴向压缩弹簧、输出转盘、固定基座、第一旋转副、圆柱副、第二旋转副、压缩直线运动弹簧、动盘、静盘、传动轴线、空间摆动轴线、上空间球铰、下空间球铰、下摩擦接触疲劳点、上摩擦接触疲劳点、平动组件以及第三旋转副；

所述输入轴包括动力轴、动力源、动力源垫圈、曲柄垫圈、偏心曲柄以及接头垫圈；动力轴的两端为螺纹设置的螺柱，上端由上至下分别旋入动力源和动力源垫圈；下端螺柱旋入偏心曲柄中心的螺纹孔，同时动力轴和偏心曲柄之间压实曲柄垫圈；接头垫圈置于偏心曲柄下方，配合上空间球头铰旋入偏心曲柄左侧螺孔；

所述空间连杆轴包括上空间球铰接接头、摇摆轴、上端垫圈、下端垫圈、下空间球铰接接头；所述第二旋转副包括两上旋转轴承；动盘通过两上旋转轴承连接于空间连接杆中部，并且动盘上下分别通过上端垫圈和下端垫圈压实；空间连接杆上下两端通过摇摆轴分别连接至上空间球铰接接头和下空间球铰接接头，上空间球铰接接头和下空间球铰接接头的内部又分别嵌有上空间球铰和下空间球铰；

所述副输入轴包括随动轴、锁紧垫圈、轴承垫圈、异形垫圈偏心连接盘以及球铰垫圈，随动轴两端为螺纹设置的螺柱，上端螺柱旋入偏心连接盘中心的螺纹孔，同时随动轴和偏心连接盘之间压实异形垫圈，下端由下至上分别旋入锁紧垫圈和轴承垫圈；球铰垫圈置于偏心连接盘上部，配合下空间球头铰旋入偏心连接盘右侧螺孔；

所述输出转盘包括转动接触盘和弹簧垫圈；所述平动组件包括锁紧螺母、限位垫圈、弹簧垫圈、螺纹垫圈、电磁制动器以及平动滑动轴；所述第三旋转副包括两个旋转轴承；偏心连接盘两侧通过旋转轴承对称接有电磁制动器，电磁制动器的螺纹孔隔有螺纹垫圈和下弹簧垫圈旋入有平动滑动轴；平动滑动轴中上部旋有转动接触盘，转动接触盘下方设有上弹簧垫圈，上弹簧垫圈和下弹簧垫圈之间的平动滑动轴上套有转向压缩弹簧；平动滑动轴顶端通过锁紧螺母压实有限位垫圈；

所述固定基座包括两端连接细长杆、下固定盘、上固定盘、螺纹垫圈、弹簧垫圈、细长滑动杆、运动限位垫圈以及锁紧螺母；所述静盘包括相对静止盘和调节垫圈；两个两端连接细长杆上下分别通过螺纹旋入上固定盘和下固定盘的螺纹孔构成矩形固定基座；传动轴线两侧对称有细长滑动杆隔有螺纹垫圈和弹簧垫圈旋入上固定盘；细长滑动杆中下部设有相对静止盘，相对静止盘上方设有调节垫圈，螺纹垫圈和调节垫圈之间的细长滑动杆上套有压缩直线运动弹簧；细长滑动杆底部由下至上分别旋有锁紧螺母和运动限位垫圈；

所述第一旋转副包括两下旋转轴承；所述圆柱副包括两圆柱轴承；副输入轴通过两下旋转轴承固接于下固定盘；输入轴通过两圆柱轴承固接于上固定盘；空间连杆轴通过上空间球铰和下空间球铰分别连接输入轴和副输入轴。

作为一种优选的技术方案：所述动力源、输入轴、空间连杆轴、动盘、副输入轴形成有一主动运动链，所述静盘、输出转盘、电磁制动器形成有一从动运动链，主动运动链持续运动，而从动运动链在主动运动链带动下被动减速运动；所述静盘与基座相互之间由于有压缩直线运动弹簧的推力作用产生远离趋势，以致静盘压向动盘，在摩擦接触疲劳点处实现金属材料牵引传动点流体油膜润滑剪切力测试；所述输出转盘与副输入轴相互之间由于有轴向压缩弹簧的推力作用产生远离趋势，以致输出转盘压向动盘，在摩擦接触疲劳点处实现金属材料牵引传动点流体油膜润滑剪切力测试。

作为一种优选的技术方案：所述各螺纹连接处均注入高强度螺纹紧固胶。

作为一种优选的技术方案：所述第一旋转副两下旋转轴承的外圈在传动轴线的轴向上夹持下固定盘，旋转轴承的外圈在传动轴线的径向上由下固定盘的圆柱孔固定；旋转轴承的内圈在传动轴线的轴向上被轴承垫圈和异形垫圈夹持固定，旋转轴承的内圈在传动轴线的径向上被随动轴的中部圆柱轴固定；第一旋转副、圆柱副、第二旋转副、电磁制动器和偏心连接盘均为此类连接结构。

作为一种优选的技术方案：所述静盘沿传动轴线相对于上固定盘作上下平动；所述转动接触盘沿传动轴相对于电磁制动器作上下平动；所述输入轴与副输入轴沿传动轴线相对于基座作旋转运动；所述上空间球铰和下空间球铰沿传动轴线相对于固定基座作定轴转动。

作为一种优选的技术方案：所述传动轴线和空间摆动轴线之间夹角为17-29⁰。

作为一种优选的技术方案：所述动盘的轴线运动与相对静止盘的接触点为上摩擦接触疲劳点，与转动接触盘的接触点为下摩擦接触疲劳点；动盘相对于静盘在动盘上的接触轨迹为一空间圆周，而动盘相对于静盘在静盘上的接触轨迹为空间圆周的投影即是平面圆；动盘相对于输出转盘在动盘上的接触轨迹为一空间圆周，而动盘相对于输出转盘在输出转盘上的接触轨迹为空间圆周的投影即是平面圆。

作为一种优选的技术方案：所述空间圆周的长度由于传动轴线在与摆动轴线的夹角的关系，产生两次运动的长度差值。

作为一种优选的技术方案：所述输出转盘的转动速度小于输入轴转动速度，为输入轴转动速度的两次长度相对差值。

本发明的有益效果是：（1）相较于现有技术，本发明的主动运动链持续运动，而从动运动链在主动运动链带动下被动减速运动，在从运动链控制制动器制动情况下，造成两组运动链之间的牵引传动点流体油膜润滑剪切力，以实现所述输出转盘的牵引传动点流体油膜润滑剪切力材料试验，而无需采用常规的变速机构：（2）试验成本和效率有一定的提升，试验机构简单，减少了干扰因素，从而提高整个系统的可控性与定量性。

附图说明

图1为一种基于对称牵引传动的金属材料试验装置的一较佳实施方式的关键点剖视图；图2为一种基于对称牵引传动的金属材料试验装置的一较佳实施方式的详细点剖视图；

图中：100输入轴、101动力轴、102动力源、103动力源垫圈、104曲柄垫圈、105偏心曲柄、106接头垫圈、200空间连杆轴、201上空间球铰接接头、202摇摆轴、203上端垫圈、204下端垫圈、205下空间球铰接接头、300副输入轴、301随动轴、302锁紧垫圈、303轴承垫圈、304异形垫圈、305偏心连接盘、306球铰垫圈、400轴向压缩弹簧、500输出转盘、501转动接触盘、502上弹簧垫圈、600固定基座、601两端连接细长杆、602下固定盘、603上固定盘、604螺纹垫圈、605弹簧垫圈、606细长滑动杆、607运动限位垫圈、608静盘锁紧螺母、700第一旋转副、701下旋转轴承、800圆柱副、801圆柱轴承、900第二旋转副、901上旋转轴承、1000压缩直线运动弹簧、110动盘、1200静盘、1201相对静止盘、1202调节垫圈、1300传动轴线、1400空间摆动轴线、1500上空间球铰、1600下空间球铰、1700下摩擦接触疲劳点、1800上摩擦接触疲劳点、1900平动组件，1901接触盘锁紧螺母、1902限位垫圈、1903下弹簧垫圈、1904螺纹垫圈、1905电磁制动器、1906平动滑动轴、2000第三旋转副、2001旋转轴承。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合实施例对本发明或现有技术描述作详细具体地介绍。

参考附图，一种基于对称牵引传动的金属材料试验装置，包括输入轴100、空间连杆轴200、副输入轴300、轴向压缩弹簧400、输出转盘500、固定基座600、第一旋转副700、圆柱副800、第二旋转副900、压缩直线运动弹簧1000、动盘110、静盘1200、传动轴线1300、空间摆动轴线1400、上空间球铰1500、下空间球铰1600、下摩擦接触疲劳点1700、上摩擦接触疲劳点1800、平动组件1900 以及第三旋转副2000；

所述输入轴100包括动力轴101、动力源102、动力源垫圈103、曲柄垫圈104、偏心曲柄105以及接头垫圈106；动力轴101的两端为螺纹设置的螺柱，上端由上至下分别旋入动力源102和动力源垫圈103；下端螺柱旋入偏心曲柄105中心的螺纹孔，同时动力轴101和偏心曲柄105之间压实曲柄垫圈104；接头垫圈106置于偏心曲柄105下方，配合上空间球头铰1500旋入偏心曲柄105左侧螺孔；

所述空间连杆轴200包括上空间球铰接接头201、摇摆轴202、上端垫圈203、下端垫圈204、下空间球铰接接头205；所述第二旋转副900包括两上旋转轴承901；动盘1100通过两上旋转轴承901连接于空间连接杆200中部，并且动盘1100上下分别通过上端垫圈203和下端垫圈204压实；空间连接杆200上下两端通过摇摆轴202分别连接至上空间球铰接接头201和下空间球铰接接头205，上空间球铰接接头201和下空间球铰接接头205的内部又分别嵌有上空间球铰1500和下空间球铰1600；

所述副输入轴300包括随动轴301、锁紧垫圈302、轴承垫圈303、异形垫圈304偏心连接盘305以及球铰垫圈306，随动轴301两端为螺纹设置的螺柱，上端螺柱旋入偏心连接盘305中心的螺纹孔，同时随动轴301和偏心连接盘305之间压实异形垫圈304，下端由下至上分别旋入锁紧垫圈302和轴承垫圈303；球铰垫圈306置于偏心连接盘305上部，配合下空间球头铰1600旋入偏心连接盘305右侧螺孔；

所述输出转盘500包括转动接触盘501和上弹簧垫圈502；所述平动组件1900包括接触盘锁紧螺母1901、限位垫圈1902、下弹簧垫圈1903、螺纹垫圈1904、电磁制动器1905以及平动滑动轴1906；所述第三旋转副2000包括两个旋转轴承2001；偏心连接盘305两侧通过旋转轴承2001对称接有电磁制动器1905，电磁制动器1905的螺纹孔隔有螺纹垫圈1904和下弹簧垫圈1903旋入有平动滑动轴1906；平动滑动轴1906中上部旋有转动接触盘501，转动接触盘501下方设有上弹簧垫圈502，上弹簧垫圈502和下弹簧垫圈1903之间的平动滑动轴1906上套有转向压缩弹簧400；平动滑动轴1906顶端通过接触盘锁紧螺母1901压实有限位垫圈1902；

所述固定基座600包括两端连接细长杆601、下固定盘602、上固定盘603、螺纹垫圈604、弹簧垫圈605、细长滑动杆606、运动限位垫圈607以及静盘锁紧螺母608；所述静盘1200包括相对静止盘1201和调节垫圈1202；两个两端连接细长杆上下分别通过螺纹旋入上固定盘603和下固定盘602的螺纹孔构成矩形固定基座600；传动轴线1300两侧对称有细长滑动杆606隔有螺纹垫圈604和弹簧垫圈605旋入上固定盘603；细长滑动杆606中下部设有相对静止盘1201，相对静止盘1201上方设有调节垫圈1202，螺纹垫圈604和调节垫圈1202之间的细长滑动杆606上套有压缩直线运动弹簧1000；细长滑动杆606底部由下至上分别旋有静盘锁紧螺母608和运动限位垫圈607；

所述第一旋转副700包括两下旋转轴承701；所述圆柱副800包括两圆柱轴承801；副输入轴300通过两下旋转轴承701固接于下固定盘602；输入轴100通过两圆柱轴承801固接于上固定盘603，避免由于温度等外界干扰造成运动链卡锁现象；空间连杆轴200通过上空间球铰1500和下空间球铰1600分别连接输入轴100和副输入轴300。

一种基于对称牵引传动的金属材料试验装置的工作过程，所述动力源102、输入轴100、空间连杆轴200、动盘1100、副输入轴300形成有一主动运动链，所述静盘1200、输出转盘500、电磁制动器1905形成有一从动运动链，主动运动链持续运动，而从动运动链在主动运动链带动下被动减速运动；所述静盘1200与基座600相互之间由于有压缩直线运动弹簧1000的推力作用产生远离趋势，以致静盘1200压向动盘1100，在摩擦接触疲劳点1800处实现金属材料牵引传动点流体油膜润滑剪切力测试；所述输出转盘500与副输入轴300相互之间由于有轴向压缩弹簧400的推力作用产生远离趋势，以致输出转盘500压向动盘1100，在摩擦接触疲劳点1700处实现金属材料牵引传动点流体油膜润滑剪切力测试。

所述的各螺纹连接处均注入高强度螺纹紧固胶。

所述的第一旋转副700两下旋转轴承701的外圈在传动轴线1300的轴向上夹持下固定盘602，旋转轴承701的外圈在传动轴线1300的径向上由下固定盘602的圆柱孔固定；旋转轴承701的内圈在传动轴线1300的轴向上被轴承垫圈303和异形垫圈304夹持固定，旋转轴承701的内圈在传动轴线1300的径向上被随动轴301的中部圆柱轴固定；第一旋转副700、圆柱副800、第二旋转副900、电磁制动器1905和偏心连接盘305均为此类连接结构。

所述的静盘1200沿传动轴线1300相对于上固定盘603作上下平动；所述转动接触盘501沿传动轴1300相对于电磁制动器1905作上下平动；所述输入轴100与副输入轴300沿传动轴线1300相对于基座600作旋转运动；所述上空间球铰1500和下空间球铰1600沿传动轴线1300相对于固定基座600作定轴转动。

所述的传动轴线1300和空间摆动轴线1400之间夹角为17-29⁰。

所述的动盘1100的轴线运动与相对静止盘1201的接触点为上摩擦接触疲劳点1800，与转动接触盘501的接触点为下摩擦接触疲劳点1700；动盘1100相对于静盘1200在动盘1100上的接触轨迹为一空间圆周，而动盘1100相对于静盘1200在静盘1200上的接触轨迹为空间圆周的投影即是平面圆，空间圆周的长度由于传动轴线1300在与摆动轴线1400的夹角的关系，产生运动的长度差值，导致由于动盘1100在传动轴线1300的方向上产生相对的转动；动盘1100相对于输出转盘500在动盘1100上的接触轨迹为一空间圆周，而动盘1100相对于输出转盘500在输出转盘500上的接触轨迹为空间圆周的投影即是平面圆，空间圆周的长度由于传动轴线1300在与摆动轴线1400的夹角的关系，产生运动的长度第二次差值，导致由于输出转盘500在传动轴线1300的方向上产生相对的转动。

所述输出转盘500的转动速度仅仅为输入轴100转动速度的两次长度相对差值，所以输出转盘500的转动速度与输入轴100转动速度的速度关系为降速传动。

所述的电磁制动器1905与控制系统依靠电磁场非接触连接作用。

所述输入轴100对于空间连杆轴200在空间球铰1500和空间球铰1600处的运动关系为：输入轴100相当于人体的小臂，空间连杆轴200相当于人体的手掌，在空间球铰1500和空间球铰1600相当于人体的手腕进行空间运动；即空间连杆轴200做空间摇摆运动，空间球铰1500和空间球铰1600做变速圆周运动。

所述一种基于对称牵引传动的金属材料试验装置的工作原理：主动链在动力源102作用下进行运动，电磁制动器1905在控制系统发出的可控电磁力情况下，对整个运动系统产生定量的力干扰，而干扰力通过传动链的结构与运动关系，将会在牵引传动点流体油膜润滑剪切力位置为牵引传动点流体油膜润滑剪切力点1700和牵引传动点流体油膜润滑剪切力点1800上产生定量反作用力，以实现所述输出转盘的牵引传动点流体油膜润滑剪切力材料试验。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以补充阐释本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的广大技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者同等替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。