一种利用点接触开/闭式销－盘摩擦系统测试切削粘结摩擦特性的方法

摘要

本发明涉及一种利用车床改造的摩擦试验平台构建点接触开/闭式销-盘摩擦系统测试切削粘结摩擦特性的方法。针对切削摩擦问题的研究需求，通过销-盘结构的设计和车床空间运动轨迹的合成，构建开/闭式摩擦系统，模拟极端工况条件下的切削摩擦；利用Kistler压电式测力计测量接触界面的作用力，并结合有限元仿真方法去除材料弹塑性变形引起的切向力分量，获得粘结摩擦系数。本发明主要用于切削过程中刀具的摩擦学特性的试验分析。设备的主体为制造实验室的常用设备，具有刚性好、结构简单、易于实现等优势。

主权项

一种利用车床改造的摩擦试验平台构建点接触开/闭式销‑盘摩擦系统测试切削粘结摩擦特性的方法，其技术特征主要包括：(1)对于球头销的设计，根据试验需要的接触应力和预期施加的载荷范围，应用接触应力公式，估算销头半径R；当销头半径确定后，能够通过改变施加的载荷调整法向接触应力，由此构建点接触的销－盘摩擦试验，以相对较低的载荷获得较高的接触应力；盘的接触界面采用管材的截面，易于装夹，通过选用较大的直径可在较低转速时获得较高的相对滑移速度；其中，F为法向载荷，μ₁、μ₂分别为销和工件材料的泊松比，E₁、E₂分别为销和工件材料的弹性模量，为接触面的最大接触应力；(2)进行摩擦模拟测试时，将工件装夹于车床主轴，由主轴提供回转运动，当销头与工件轴心位置保持不变时，球头销与工件构成闭式摩擦系统；当销头沿工件径向进给时，构成空间螺线运动的开式摩擦系统；销安装在特制刀杆上再安装到固定在转塔式刀架上的三向测力计Kistler9121上，根据测力计获得的三向力信号，结合利用有限元仿真方法估算的销头摩擦过程中由材料弹塑性变形引起的切向力分量计算粘结摩擦系数：其中，F_x、F_y及F_z为测力计获得的三向力信号。