超声振动下球面接触式摩擦特性测试装置

摘要

本发明公开了一种超声振动下球面接触式摩擦特性测试装置，是由主运动单元、加载单元和测力单元组成，步进电机输出的扭矩通过梯形丝杆的丝杠螺母副转化为滑台的轴向压力，进而使安装在压电超声换能器底部的上试样与下试样接触并对下试样施加一定压力，当压电超声换能器接上超声波电源时，上试样在水平方向上或垂直方向上产生微米级振幅的超声频率振动，下试样随旋转台一起旋转，与上试样组成摩擦副，如此，便可以测试超声振动下球面接触的摩擦特性；本发明可以精确控制试验参数，自动化程度高，能够进行不同超声振动频率及振幅下各类型摩擦材料的球面接触式摩擦实验。

主权项

一种超声振动下球面接触式摩擦特性测试装置，是由主运动单元、加载单元和测力单元组成；所述的主运动单元包括基座（1）、直流电机支架（11）、直流电机（10）、下试样安装台（9），直流电机支架（11）固定在基座（1）上，直流电机（10）通过法兰面上的通孔固定安装在直流电机支架（11）上，下试样安装台（9）与直流电机输出轴连接；所述的下试样安装台（9）的旋转台（29）与直流电机（10）输出轴连接，下试样（8）以中心孔定位装在旋转台（29）心轴上，下试样（8）随旋转台（29）一起旋转，与上试样（7）组成摩擦副；所述的加载单元包括电动位移台固定架（2），电动位移台（3），压电超声换能器固定架（5）和压电超声换能器（6），电动位移台固定架（2）为直角形结构件，由互相垂直的竖直板和水平板、设在竖直板和水平板之间的肋板组成，电动位移台固定架（2）通过水平板上的安装孔装配在基座（1）上，电动位移台（3）通过底板（22）装配在电动位移台固定架（2）上，三轴力传感器（4）安装在电动位移台（3）的滑台（18）上，压电超声换能器固定架（5）安装在三轴力传感器（4）上，压电超声换能器（6）底部的上试样（7）位于下试样（8）上方，上试样（7）能与下试样（8）接触；所述的电动位移台（3）由步进电机支架（13）、步进电机（14）、弹性联轴器（15）、第一梯形丝杠支座（16）、梯形丝杠（17）、滑台（18）、第一导轨（19）、第二梯形丝杠支座（20）、第二导轨（21）和底板（22）组成，底板（22）安装在电动位移台固定架（2）的竖直板上，步进电机支架（13）装配在底板（22）一端，步进电机（14）安装在步进电机支架（13）上，通过弹性联轴器（15）与梯形丝杠（17）连接，梯形丝杠（17）套装在第一梯形丝杠支座（16）和第二梯形丝杠支座（20）之间；第一导轨（19）和第二导轨（21）分别平行于梯形丝杠（17）固定安装在底板两侧，滑台（18）套装在梯形丝杠（17）、第一导轨（19）和第二导轨（21）上，构成丝杠螺母副；步进电机（14）的旋转运动通过丝杠螺母副驱动滑台（18）沿梯形丝杠（17）轴向的直线运动，带动压电超声换能器（6）升降；当步进电机（14）工作在力矩模式时，步进电机（14）输出的扭矩通过梯形丝杆（17）的丝杠螺母副转化为滑台（18）的轴向压力，进而使安装在压电超声换能器（6）底部的上试样（7）与下试样（8）接触并对下试样（8）施加压力；所述的压电超声换能器（6）包括预紧螺栓（23）、后盖板（24）、电极（25）、压电陶瓷（26）和前盖板（27），前盖板（27）前部为圆锥形结构，后部法兰面上沿圆周方向均匀布置四个通孔，通过螺钉与压电超声换能器固定架（5）联结，使压电超声换能器（6）随滑台（18）升降，预紧螺栓（23）贯穿后盖板（24）和压电陶瓷（26）中心孔，旋入前盖板（27）上端的螺纹孔中，从而紧固压电陶瓷（26），电极（25）交替焊接在压电陶瓷（26）之间，与超声波电源采用电线连接；当接入超声波电源时，压电陶瓷（26）产生纵向的伸缩振动，通过前盖板（27）的聚能作用，促使安装在前盖板（27）前端面的下试样（7）产生微米级振幅的超声频率振动；所述的上试样（7）前端加工成半球型，中部为锥形结构，后端面加工出具有莫氏锥度的外圆锥结构，外圆锥与压电超声换能器（6）的前盖板（27）前部的具有莫氏锥度的内圆锥过盈配合；其特征在于：所述的与三轴力传感器（4）相连的压电超声换能器固定架（5）为直板型结构件，压电超声换能器（6）水平安装在压电超声换能器固定架（5）上，上试样（7）安装在压电超声换能器（6）前部，压电超声换能器（6）的前盖板（27）前部上下均为扁平结构，下扁平面具有莫氏锥度的内圆锥，与上试样（7）后端面上的外圆锥过盈配合，上试样（7）的轴线与压电超声换能器（6）轴线垂直；当压电超声换能器（6）接上超声波电源时，上试样（7）在水平方向上产生微米级振幅的超声频率振动；所述三轴力传感器（4）的型号为FC‑K3D120；所述直流电机（10）的型号为92BL‑2015H1‑LK‑B型；所述步进电机（14）的型号为BS57HB51‑03型。