一种高速高温多功能摩擦磨损试验机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种高速高温多功能摩擦磨损试验机，特别适用于模拟涡喷发动机封严配副的服役工况，解决现有技术中存在的在摩擦副运动线速度和实验温度上都达不到高速（超过每秒百米）和高温（达到１２００℃）的需要，无法模拟涡喷发动机气路密封的高速高温刮擦磨损工况等问题。该试验机设有转动主轴、转动盘、数控滑台、加热装置，转动主轴上安装有转动盘，转动盘上安装有转动试样，数控滑台设置于转动主轴的一侧，数控滑台上安装有平动试样，平动试样与转动试样相对设置，构成一对摩擦副，在转动试样和平动试样的旁侧设有加热装置。采用本实用新型专利技术可实现试验机转动主轴的高速平稳转动和对摩擦副样品表面快速加热。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种高速高温多功能摩擦磨损试验机，适用于评价材料在高速高温下的摩擦磨损性能，特别适用于模拟涡喷发动机封严配副的服役工况，评价封严涂层和 材料在高速高温下的可刮削性能。
技术介绍
随着工程领域的不断拓展，材料的服役工况越来越为苛刻。在相对线速度超过 100m/S、使用温度超过1000°C的情况，摩擦副必须要满足严格的高速高温下的摩擦学性能 要求。例如为提高涡喷发动机的燃气效率，在气路密封上要选择可刮削的高温封严材料，要 求其具有优异的高温机械和理化性能外，还应具有低摩擦、低磨损、可刮削和磨损产物少的 摩擦磨损性能。还有许多特殊工况下服役的材料和零部件要求优异的高速高温下的摩擦学 性能，涉及了广泛的工程领域(航空航天、高速加工、采矿、电力、高速交通、兵器等等)。更 为重要的是已有研究表明在高速和高温工况条件下，材料(包括特殊合金或涂层)的摩 擦学行为与使役性能具有全新的特点和磨损机制，对摩擦副的试验研究提出了许多新的要 求，必须模拟高速高温工况条件下进行摩擦磨损实验研究才能取得有意义的结果。通用的摩擦磨损试验机只能满足材料常规的摩擦磨损实验需要，摩擦副的相对运 动线速度一般情况下都在每秒十米以下，实验温度最高不超过850°C，除冲击振动式的试验 机外摩擦副的接触方式基本上都是连续滑动摩擦。如MM2000环/块摩擦磨损试验机、梯姆 肯环/块摩擦磨损试验机、立式万能磨损试验机、FALAX销/盘摩擦磨损试验机、GW/ML-MS 高温磨损试验机、CETR多功能摩擦磨损试验机等，在摩擦副运动线速度和实验温度上都达 不到高速(超过每秒百米)和高温(达到120(TC )的需要，无法模拟涡喷发动机气路密封 的高速高温刮擦磨损工况。国外在进行此类高速高温摩擦磨损试验时，采用不惜以昂贵的成本搭建接近工况 台架的方式，如美国的NASA、PWA公司、欧洲的SULZER公司和ROLLS-ROYCE公司。国内最新 研制的MMS-IG高温高速销盘摩擦磨损试验机在速度最高达12000rpm.时的线速度也才接 近100m/S，温度为800°C。目前，还没有超过100m/S线速度，且温度达到1000°C的摩擦磨损 试验机。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种高速高温多功能摩擦磨损试验机，解决现有技术 中存在的在摩擦副运动线速度和实验温度上都达不到高速(超过每秒百米)和高温(达到 1200°C )的需要，无法模拟涡喷发动机气路密封的高速高温刮擦磨损工况等问题。本技术的技术方案是—种高速高温多功能摩擦磨损试验机，该试验机设有转动主轴、转动盘、数控滑 台、加热装置、数据采集系统，转动主轴上安装有转动盘，转动盘上安装有转动试样，数控滑 台设置于转动主轴的一侧，数控滑台上安装有平动试样，平动试样与转动试样相对设置，构成一对摩擦副，在转动试样和平动试样的一侧设有加热装置；数据采集系统的输入端连接 测试系统，数据采集系统的输出端连接计算机。所述的高速高温多功能摩擦磨损试验机，计算机通过线路执行器，执行器通过线 路连接数控系统，数控系统的输出端连接数控滑台，数控系统用于驱动数控滑台，用于测量 试样温度的测温装置通过线路连接数据采集系统。所述的高速高温多功能摩擦磨损试验机，转动主轴采用电主轴直接驱动。所述的高速高温多功能摩擦磨损试验机，电主轴安装在基础座的固定支架上，轴 承支架安装于基础座上，转动主轴通过轴承支架固定，转动主轴与电主轴回转中心保持同 一，转动主轴和电主轴之间通过联轴器连接扭矩仪。所述的高速高温多功能摩擦磨损试验机，转动盘包括转动盘A和转动盘B，转动盘 A安装于轴承支架间的转动主轴上，转动盘B安装于转动主轴的端部。所述的高速高温多功能摩擦磨损试验机，加热装置包括测温装置、风冷装置、聚焦 调节光路、加热光源、椭球反射镜，椭球反射镜的焦点上安装加热光源，椭球反射镜的前方 设置聚焦调节光路，椭球反射镜的后部设置风冷装置，椭球反射镜通过聚焦调节光路与试 样加热区域相对应；风冷装置、聚焦调节光路、加热光源、椭球反射镜设置于箱体内，所述箱 体的底部设有空间位置调节装置，测温装置与温控装置连接。所述的高速高温多功能摩擦磨损试验机，转动试样与平动试样构成的摩擦副包 括(1)转动的环试样侧面作为实验面时，块试样在进给装置的控制下做连续接触摩 擦；(2)转动的环试样侧面作为实验面时，块试样在进给装置的控制下做进退结合方 式的断续接触摩擦；(3)转动的单齿或多齿试样在旋转半径上对块试样表面进行刮擦，块试样以设定 的进给速度、深度、几何角度和进给参数作连续、断续或其组合方式的运动，形成连续或断 续刮擦；(4)盘试样的端面作为实验面时，销试样在进给装置的控制下做连续接触摩擦；(5)盘试样的端面作为实验面时，销试样在进给装置的控制下做进退结合方式的 断续接触摩擦。所述的高速高温多功能摩擦磨损试验机，转动试样为单个或多个齿状刮削样，安 装于转动主轴上的转动盘；数控滑台为纵向滑台和横向滑台构成，测力系统设置于纵向滑 台的一侧，平动试样安装于测力系统顶部的样品固定支架上；纵向滑台与伺服电机连接，伺 服电机驱动纵向滑台沿调整Y轴方向的位置；纵向滑台的另一侧设置横向滑台，横向滑台 与步进电机连接，步进电机控制横向滑台沿导轨在X轴方向移动；光栅传感器设置于纵向 滑台上。所述的高速高温多功能摩擦磨损试验机，转动试样安装在转动主轴一端的转动盘 上，转动试样为环形，其外径小于刮擦实验的旋转直径，其外圆周为实验面，与块状的平动 试样组成环/块摩擦副，进行连续或断续的摩擦运动。所述的高速高温多功能摩擦磨损试验机，平动试样是销状并转变为在X轴方向作 进给运动，环形转动试样安装于转动主轴一端转动盘的外端面，环形转动试样的外端面为实验面，组成销/盘摩擦副；测力系统设置于纵向滑台的顶部，纵向滑台的另一侧设置横向 滑台，平动试样安装于测力系统一侧的样品固定支架。本技术的有益效果是(1)采用本技术可实现试验机转动主轴的高速平稳转动，转速在范围240 24000rpm.可调；配合试样转动半径能使摩擦副的相对运动线速度达到10m/S 450m/s ；(2)本技术采用辐照聚光加热装置，可以对试样表面进行快速加热，一般反射 率的长50mmX宽40mmX厚3mm试样能在15min内从室温加热到1200°C ；(3)本技术采用电主轴直接驱动转动主轴的方式，避免了带轮传动的复杂结 构，运动可靠，可以进行速度与扭矩测量，从而测得系统在实验过程中的能量损耗；(4)本技术摩擦副的多种运动组合方式，满足模拟实际工况的需要，特别是高 速刮擦方式能够进行封严涂层和材料的可刮削性能评价实验；(5)本技术数据采集、存储及处理实现了对高频摩擦过程的测力、测速、测力 矩，能够通过数据处理得到摩擦系数、速度变化、能量损耗等重要实验结果；(6)本技术试验机的多种功能满足研究材料高速高温摩擦磨损性能的需要， 整机布局合理、结构紧凑，适宜实验室使用，制造成本相对较低。附图说明图1是本技术的试验机设计原理框图。图2是本技术的试验机组成系统框图。图3是本技术的试验机高速转动主轴与传动系统结构示意图。图4是本技术的试验机试样辐照聚光快速加热装置结构示意图。图5是本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速高温多功能摩擦磨损试验机，其特征在于：该试验机设有转动主轴、转动盘、数控滑台、加热装置、数据采集系统，转动主轴上安装有转动盘，转动盘上安装有转动试样，数控滑台设置于转动主轴的一侧，数控滑台上安装有平动试样，平动试样与转动试样相对设置，构成一对摩擦副，在转动试样和平动试样的一侧设有加热装置；数据采集系统的输入端连接测试系统，数据采集系统的输出端连接计算机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李曙，刘阳，易凡，王鹏，侯思焓，张荣禄，段德莉，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：实用新型
国别省市：89[中国|沈阳]