一种用于检测圆柱微结构表面的卧式摩擦磨损试验机的制作方法

本发明专利涉及摩擦磨损试验机领域，具体为一种用于检测圆柱微结构表面的卧式摩擦磨损试验机。

背景技术：

球轴承是当代机械设备中一种重要的零部件，钢球作为球轴承的滚动体，其质量直接影响着轴承的精度。目前国内外高精密钢球生产企业广泛采用aviko系列钢球表面自动测量仪对钢球质量进行检测，其检测方法是通过展开轮与钢球之间的摩擦传动将钢球表面全面展开，同时利用光电和涡流传感器对内部裂纹和表面缺陷进行联合检测。但因钢球与展开轮均为光滑表面，展开过程中极易发生打滑现象，导致钢球无法全表面展开，降低了检测效率；且因打滑造成的展开轮磨损甚至报废，增加了检测成本。近几年研究表明，表面微结构能改善材料的摩擦性能，为了研究表面微结构能否解决展开轮表面打滑和磨损问题，必须做摩擦磨损试验。展开轮是不对称锥面体，其几何轴线与实际回转轴线的夹角非常小，且加工精度要求非常高，实际制造难度大、成本高，因此需用简单等效曲面替代不对称锥面。为模拟展开轮与钢球间的接触摩擦状态，采用圆柱面作为等效曲面，在圆柱外侧周向表面加工微结构，通过测量钢球与圆柱微结构表面的摩擦磨损性能，研究展开轮表面微结构对其摩擦磨损性能的影响。目前没有相应的试验装置，需要设计一种能够测量圆柱微结构表面的摩擦磨损试验机，用于展开轮表面微结构摩擦磨损性能的研究。

技术实现要素：

本发明专利的目的是：设计了一种用于检测圆柱微结构表面的卧式摩擦磨损试验机，利用圆台定位块的锥面使试件的锥孔自动定心，再用十字形固定夹具通过螺纹夹紧试件，限制试件的径向移动，避免试验过程中因试件不定心产生的振动；且钢球与圆柱微结构表面产生的摩擦力直接拉动传力杆挤压s形传感器电阻应变片，不涉及弯矩扭矩的影响，使所测数值更加准确、可靠。传力杆(a)、(b)的连接处非拧紧，使砝码的重量能全部作用于试件表面，避免传力杆本身刚度的干扰；将砝码座设计成凹槽型，钢球固定孔设计成喇叭形，避免试验中砝码和钢球掉落。此试验机运行平稳、数值可靠，能很好的为展开轮微结构表面摩擦性能研究提供技术支持。

为达到上述目的，本发明专利采用的技术方案如下：

一种用于检测圆柱微结构表面的卧式摩擦磨损试验机，包括钢球移动装置、摩擦性能检测装置和试件自动定心装置。

钢球移动装置由底座、导轨、移动座、传感器支座、齿轮、齿条、滚动轴承、手柄和齿轮安装座组成，用四个螺钉将两个导轨与底座固定，移动座的底部通过卡槽与导轨配合，移动座上安装有齿条，与齿轮啮合，当旋转手柄时，齿轮转动，从而带动齿条和移动座共同移动，固定螺钉同时起限位作用，保证移动座不会与导轨脱离。传感器支座固定于移动座上，且与摩擦性能检测装置固定连接，旋转手柄时传感器支座左右移动，从而调整钢球在试件上的左右位置。

摩擦性能检测装置由s形传感器、传力杆(a)、传力杆(b)、砝码、砝码钢球保持座以及钢球组成。用螺钉将s形传感器固定在传感器支座上，传力杆(a)固定在s形传感器另一端(含电阻应变片)，传力杆(a)与传力杆(b)用螺栓连接，非拧紧(这是为了使砝码的重力全部作用于试件，避免拧紧后传力杆本身刚度抵消部分砝码重力)，即使传力杆(a)与传力杆(b)的连接孔处有间隙，当试验机工作时伺服电机旋转，砝码座空载，钢球与试件间的摩擦力会拉动传力杆(b)移动直至消除横向间隙，此时传力杆(a)、(b)相当于一个整体，然后再对摩擦力进行校零，接着添加砝码，所产生的摩擦力拉动传力杆(a)和传力杆(b)直接作用于传感器电阻应变片，测得摩擦性能数值，所得数据直接、可靠。砝码钢球保持座与传力杆(b)固定为一体，其上部为凹槽形砝码座，下部为喇叭形钢球固定孔，避免试验过程中砝码及钢球掉落。

试件自动定心装置由十字形固定块、圆台定位块、试件、伺服电机以及电机座组成。用螺钉将电机架固定于底座，再将伺服电机固定于电机架，在伺服电机的负载轴安有圆台定位块，其结构所形成的锥面能自动使试件的锥孔定心，十字形固定块的孔内有螺纹，通过与圆台定位块另一端的螺纹配合达到夹紧的目的，此装置不仅结构简单，还能限制试件的径向移动。此设计极大的避免了摩擦磨损试验过程中的振动。

附图说明

图1为本发明专利三维立体示意图

图2为本发明专利的俯视图

图3为本发明专利的主视图

图4为本发明专利的左视图

图5为本发明专利钢球移动装置结构示意图

图6为本发明专利圆台定位块的结构示意图及剖面图

其中：1-底座，2-导轨，3-移动座，4-传感器支座固定螺钉，5-传感器支座，6-传感器固定螺钉，7-s形传感器，8-导轨固定螺钉，9-传力杆(a)，10-砝码，11-砝码钢球保持座，12-传力杆(b)，13-钢球，14-传力杆连接螺栓，15-传力杆(a)固定螺钉，16-十字形固定块，17-试件，18-伺服电机，19-电机座固定螺钉，20-电机座，21-伺服电机固定螺钉，22-圆台定位块，23-齿条固定螺钉，24-齿条，25-齿轮，26-滚动轴承，27-手柄，28-齿轮座。

具体实施方式

如图1所示，一种用于检测圆柱微结构表面的卧式摩擦磨损试验机，其特征在于：包括钢球移动装置、摩擦性能检测装置和试件自动定心装置共三个部分。

如图2、图3、图5所示，钢球移动装置中，导轨2固定于底座1，移动座3通过卡槽与导轨2配合，移动座3上安装有齿条24，与齿轮25啮合，齿轮25安装在齿轮座28上，通过旋转手柄27和滚动轴承26控制齿轮25转动，从而带动齿条24移动，移动座3与齿条24固定为一体，因此随之移动。传感器支座5通过螺钉4固定在移动座3上，且与摩擦性能检测装置固定连接，所以转动手柄27时，齿轮25转动间接带动钢球13移动，从而调整钢球13在试件17上的左右位置。

摩擦性能检测装置中，传感器固定螺钉6将s形传感器7与传感器支座5固定，传力杆(a)9通过螺钉15固定于s形传感器7的另一端(含电阻应变片)，传力杆(b)与传力杆(a)通过螺栓14相连(非拧紧)，这样做的目的是避免拧紧后传力杆(a)9与传力杆(b)12本身的刚度会抵消一部分砝码10的重力，使试件17与钢球13间的摩擦力与所受砝码10的重力不对应，导致数据失真。砝码钢球保持座11与传力杆(b)12固为一体，其上部为凹槽形砝码座，下部为喇叭形钢球固定孔，防止试验过程中砝码及钢球掉落。

如图4、图6所示，试件自动定心装置中，电机座固定螺钉19将电机座20固定于底座1上，伺服电机18固定于电机座20，圆台定位块22的两端都有细长形圆柱，一端内部带矩形凹槽，另一端攻有螺纹，带矩形凹槽的一端与伺服电机18的负载轴配合连接，在安装试件17时，圆台定位块22的锥面与试件17的锥孔自动定心，十字形固定块16的孔内有螺纹，与圆台定位块22带螺纹的一端配合拧紧，对已自动定心的试件17进行夹紧，限制了试件17的径向移动。

试验开始前，将试件17定位夹紧，把钢球13放入砝码钢球保持座11的钢球固定孔，再与试件17表面接触，转动手柄27调整钢球13在试件17上的位置，使钢球13与试件17的接触点在试件17的中间区域，同时还要保证s形传感器7、传力杆(a)9和传力杆(b)12在同一水平面，通过传感器固定螺钉6进行调整；做好准备工作后，接上电源，伺服电机18的负载轴转动，此时砝码钢球保持座11的砝码座空载，伺服电机18带动圆台定位块22及试件17转动，钢球13与试件17之间产生的摩擦力拉动传力杆(b)12移动，直至消除两个传力杆连接孔处的间隙，此时传力杆(a)9与传力杆(b)12相当于一个整体，共同挤压s形传感器7的电阻应变片，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化(增大或减小)，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，从而完成了将外力变换为电信号的过程；接着将摩擦力校零，数据稳定后添加砝码10。s形传感器7每隔0.1秒测得一次钢球13与试件17间的摩擦力数据，经串口将所测数据实时传送给电脑，因添加砝码10时摩擦力数值有人为影响，因此每组数据的开头一部分都要去除，待摩擦力数值有规律的小范围波动后，再检测一段时间，为此后摩擦性能的数值换算收集大量数据，将此时间内的数据输出成excel文档保存，停止试验。试件17上的微结构可为圆形、菱形、矩形、椭圆形、网格形以及条纹形，更换不同的试件17测量其摩擦力和磨损量，为展开轮微结构表面的摩擦磨损性能研究提供试验数据。