一种预修摩擦副的高速摩擦试验机及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于摩擦学测试及精密与超精密加工领域，具体涉及一种预修摩擦副的高 速摩擦试验机及其应用。
【背景技术】
[0002] 摩擦磨损发生在高速旋转机械、材料切削加工、机构往复运动等场合，摩擦系数及 磨损历程对于零件材料的选择、结构设计、冷却润滑方式的选择等方面具有重要意义。其中 高速摩擦磨损又有着和一般摩擦磨损不同的特征:①高速(线速度大于15m/s)产生的惯性 力会影响润滑油的附着能力，将润滑油从摩擦区域挤出或甩出，造成摩擦系数的增大;②高 速摩擦伴随着实际接触点的剧烈塑性变形，从而增加了接触点处的材料流动，减小了剪切 阻力，进而减小了摩擦系数;③高速摩擦中实际接触点处的塑性变形导致了热量的产生和 温度的上升，增加了摩擦副之间的化学亲和作用，从而增加了摩擦系数。鉴于高速摩擦物理 过程的复杂性，高速摩擦磨损已经成为当前学术界研究的热点问题。
[0003] -般摩擦磨损的测试包括球盘、销盘、盘盘、四球等各种摩擦方法及其相关摩擦磨 损试验机中，摩擦副在摩擦初期产生磨合作用，经过一段时间后摩擦状态达到稳定，进入稳 定磨损阶段，此时仪器测量摩擦副的相对位移、摩擦力等物理量，计算出摩擦系数和磨损 率。对于高速摩擦现有的试验方法存在以下问题:①高速过程中摩擦副实现磨合过程的条 件较为苛刻，甚至不会出现稳定磨损阶段而直接到达严重磨损阶段;②高速摩擦过程的对 磨工具磨损严重，即使达到了稳定磨损阶段，对磨工具的几何形状也已经发生了明显的改 变，影响了测试的精度和准确性;③高速摩擦中高速旋转所产生的巨大惯性力严重影响了 摩擦测试的精度。因为上述问题的限制，现有的商业摩擦磨损试验机的最高转速水平大概 在5000rpm(直径50mm的摩擦盘），线速度约合7.87m/s，难以达到高速摩擦的测试要求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种预修摩擦副的高速摩擦 试验机及其应用，旨在减少磨合过程，利用单点刀具对摩擦盘进行在线修盘，保证摩擦副的 形状精度和相对位置精度，同时通过动平衡增加摩擦过程的稳定性，力反馈装置可保证摩 擦测试过程中对磨工具与摩擦盘间的压力恒定，从而实现高速摩擦测试。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
[0006] -种预修摩擦副的摩擦试验机，包括：
[0007] 固定座；
[0008] 水平布置的工作台，固接在固定座顶部；
[0009] 垂直布置的电主轴，固接在固定座，且电主轴向上穿出工作台；
[0010] 摩擦盘，固接在电主轴顶部且与电主轴同轴，通过电主轴带动摩擦盘旋转；
[0011] X向进给装置，装接在工作台，且进给方向垂直于电主轴回转轴线并沿摩擦盘径向 进给；
[0012] Z向进给装置，装接在X向进给装置，且进给方向平行于电主轴回转轴线；
[0013 ]夹紧装置，可装拆地装接在Z向进给装置；
[0014] 与摩擦盘配合摩擦的对磨工具，装接在夹紧装置；
[0015] 用于控制夹紧装置沿Z向微动并保持对磨工具与摩擦盘间压力恒定的力反馈装 置，装接在夹紧装置；
[0016] 用于对摩擦盘表面进行修盘的修盘装置，可装拆地装接在Z向进给装置；
[0017] 用于采集划擦过程数据的测量系统，与对磨工具相连；
[0018] 通过修盘装置对摩擦盘表面修盘后，电主轴带动摩擦盘旋转，通过Z向进给装置和 X向进给装置带动对磨工具与摩擦盘接触，直至摩擦盘与对磨工具间压力达到测试设定值， 进行摩擦测试;测试过程中通过力反馈装置保证对磨工具与摩擦盘间压力保持恒定在测试 设定值，测量系统在此过程中采集数据。
[0019] -实施例中：所述固定座包括上下固接的床身与底座;所述工作台固接在床身顶 部;所述电主轴固接在床身；
[0020] 所述工作台与固定座之间设有一能调平和支撑工作台的调整装置；
[0021] 所述工作台上固接有支撑架，该支撑架包括对称设置的长度不等的两个支撑臂， 较短的支撑臂与工作台之间设有一能调整较短支撑臂高度的微调装置;所述X向进给装置 固定在该两个支撑臂顶部;通过微调装置调整较短支撑臂高度以调节X向进给装置进给方 向；所述微调装置的最小位移分辨率优于1 〇nm。
[0022] -实施例中：所述电主轴旋转的端面跳动量和径向跳动量均小于Ιμπι，且其最大转 速不低于5000rpm。
[0023] -实施例中：所述摩擦盘为有色金属、黑色金属或脆硬材料制成的圆盘状结构;摩 擦盘通过摩擦盘夹具固接在电主轴顶部;所述摩擦盘夹具为真空吸盘、磁吸盘或机械式夹 具;电主轴、摩擦盘夹具与摩擦盘三者同轴；
[0024] 所述对磨工具为摩擦球或摩擦销，该对磨工具表面设有或不设有涂层。
[0025] 一实施例中：X向进给装置的进位精度优于0.lMi;Z向进给装置的进位精度优于 0· Ιμπ?ο
[0026] 一实施例中：所述测量系统为测力仪与声发射系统，包括相互信号连接的测力仪、 声发射系统、数据采集卡和信号放大器;所述对磨工具与测力仪和声发射系统相连接;所述 测力仪的固有频率高于4ΚΗζ，测力精度优于0.01Ν;所述数据采集卡的采样速度高于2M/s。 [0027] 一实施例中：所述夹紧装置包括：
[0028] 夹具体，固接在Ζ向进给装置;该夹具体内设有上下布置且相互连通的沉头孔与锥 孔；
[0029] 拉杆，装接在夹具体沉头孔内且拉杆伸出夹具体上表面之外；该拉杆上设有至少 两个止推轴承;所述止推轴承均位于夹具之沉头孔内，且上方的止推轴承的座圈上端面略 高于夹具体上表面；
[0030] 端盖，固接在夹具体上表面;该端盖上设有通孔，拉杆从该通孔伸出；通过端盖将 止推轴承与轴环限制在夹具体的沉头孔；
[0031] 手轮，适配装接在拉杆顶端；
[0032] 对磨工具夹具，该对磨工具夹具具有与锥孔适配的锥体结构，对磨工具夹具适配 装接在拉杆下且该锥体结构位于锥孔内以使对磨工具夹具与夹具体形成锥连接;对磨工具 夹具下部伸出夹具体下表面之外;该对磨工具夹具下端为一套管，套管内设有刚性限位块， 所述对磨工具可装拆地卡接在套管内并顶抵在刚性限位块。
[0033] -实施例中：所述修盘装置与对磨工具及对磨工具夹具替换装接在夹紧装置，包 括装接在一起的修盘刀具和修盘刀杆，修盘刀杆具有与夹具体锥孔适配的锥体结构，该修 盘刀杆可装拆地装接在拉杆;或，
[0034] 所述修盘装置与夹紧装置替换装接在Z向进给装置，包括装接在一起的动力头和 单点磨头。
[0035] -实施例中：所述修盘刀具为金刚石车刀、CBN车刀。
[0036] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
[0037] 上述预修摩擦副的摩擦试验机的试验方法，包括：
[0038] 1)将摩擦盘固定在电主轴上，摩擦盘可通过电主轴旋转;对该摩擦盘进行在线动 平衡；
[0039] 2)电主轴带动摩擦盘旋转，采用修盘装置在Z向进给装置带动下以一定切深并在X 向进给装置带动下沿摩擦盘径向进给，从摩擦盘外侧沿径向切入摩擦盘对该摩擦盘表面进 行修盘，以在摩擦盘表面形成修盘区域