非金屬材料機械性能試驗設備的製作方法

2023-11-05 02:47:47

專利名稱：非金屬材料機械性能試驗設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及非金屬材料技術領域，特別涉及ー種非金屬材料機械性能試驗設備。
背景技術：
非金屬材料在近代エ業中的用途不斷擴大，並迅速發展。在ー些特定的應用場景中，如海洋平臺起重機上的迴轉支承和水平滾輪等，對非金屬材料的機械性能要求很高，所以需要對非金屬材料的機械性能進行測試，非金屬材料的機械性能主要包括耐磨性(即磨損係數)、與金屬表面的摩擦係數和極限耐壓值等方面。 現有的非金屬材料機械性能試驗中，通常會採用ー種類似於車床的設備，該設備採用ー個圓柱體作為轉動部分，該圓柱體的表面比較粗糙。高速轉動圓柱體並通過一定的壓カ將非金屬材料試塊壓在轉動的圓柱體上，讓圓柱體圓周面與試塊之間發生摩擦，然後通過一定的計算方法推算出材料在實際使用下的耐磨性和使用壽命。在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題在現有的非金屬材料機械性能試驗中，試驗設備通過放大摩擦面的粗糙度和增加摩擦面的相對摩擦速度來檢測材料的耐磨性，試驗エ況與實際エ況相差較大，所以會導致試驗結果的精確度較差。此外，採用現有的試驗設備得到的試驗結果僅針對非金屬材料的耐磨性，獲得的試驗結果不夠全面。

發明內容
為了解決現有技術中存在的對非金屬材料進行機械性能試驗時，試驗結果精確度較差且不夠全面的問題，本發明實施例提供了ー種非金屬材料機械性能試驗設備。所述技術方案如下本發明實施例提供了ー種非金屬材料機械性能試驗設備，所述設備包括底座、用於安裝待試驗材料試塊的固定裝置、用幹與所述試塊滑動摩擦的圓輪和用於驅動所述圓輪轉動的驅動裝置，所述固定裝置、所述圓輪和所述驅動裝置安裝在所述底座上。所述設備還包括壓カ調節裝置、用於測量所述試塊承受的來自所述壓カ調節裝置的壓カ的第一壓力計和用於測量所述圓輪轉動的圈數的計數裝置，所述計數裝置安裝在所述圓輪的轉動軸上，所述試塊安裝在所述固定裝置的ー側，所述壓カ調節裝置安裝在所述固定裝置的另ー側，所述第一壓カ計安裝在所述壓カ調節裝置上。具體地，所述壓カ調節裝置包括固定杆、彈簧和調節部件，所述固定杆的一端與所述固定裝置連接，所述調節部件可移動地設於所述固定杆的另一端，且所述固定杆的另一端連接在所述底座上，所述彈簧套設在所述固定杆上，且所述彈簧抵靠在所述固定裝置和所述調節部件之間，所述第一壓カ計安裝在所述固定杆上。進ー步地，所述調節部件為調節螺母，所述固定杆為螺杆。可選地，所述固定裝置為固定塊，所述固定塊上開設有用於安裝所述試塊的凹槽，所述固定塊通過支撐機構安裝在所述底座上，所述支撐機構上設有用於測量所述試塊和所述圓輪之間的摩擦力的第二壓カ計。可選地，所述圓輪的表面沿所述圓輪的圓周方向劃分為多個環形帯狀區域，每個環形帶狀區域的表面粗糙度不同。可選地，所述底座上還設有水平調節裝置，所述固定裝置可沿所述圓輪的軸線方向移動地安裝在所述水平調節裝置上。優選地，所述設備還包括用於向所述試塊和所述圓輪之間滴注潤滑劑的潤滑劑
滴注器。進ー步地，所述設備還包括防油罩和接油盤，所述接油盤設於所述圓輪下方，所述防油罩設於所述圓輪外國。 優選地，所述第一壓カ計為壓カ傳感器，所述設備還包括控制系統，所述控制系統分別與所述壓カ傳感器、所述計數裝置和所述驅動裝置電連接。具體地，所述控制系統包括單片機、變頻器、第一模數轉換器，所述單片機分別與所述變頻器和所述第一模數轉換器電連接，所述變頻器與所述電機電連接，所述第一模數轉換器與所述第一壓カ計電連接。本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是通過將待試驗材料試塊安裝在固定裝置上，並選擇具有合適粗糙度的摩擦面，可以更好地模擬非金屬材料的實際エ況，從而獲得準確的試驗結果。此外，通過改變非金屬材料試塊的大小，並通過壓カ調節裝置調整施加在試塊上的壓力，可以獲得該非金屬材料的極限耐壓值，也就是說，採用本發明實施例的設備可以通過一次試驗獲得某種非金屬材料的多個機械性能參數，試驗結果全面且操作簡單。


為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖Ia是本發明實施例I提供的非金屬材料機械性能試驗設備的主視結構示意圖；圖Ib是本發明實施例I提供的非金屬材料機械性能試驗設備的側視結構示意圖；圖2是本發明實施例2提供的控制系統的結構框圖；圖3是採用本發明實施例I或2中提供的非金屬材料機械性能試驗設備測試非金屬材料的機械性能的方法流程示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進ー步地詳細描述。實施例I本發明實施例提供了ー種非金屬材料機械性能試驗設備，如圖Ia所示，該設備包括底座I、用於安裝待試驗材料試塊2的固定裝置4、用幹與試塊2滑動摩擦的圓輪3、用於驅動圓輪3轉動的驅動裝置6、壓カ調節裝置5、用於測量試塊2承受的來自壓カ調節裝置5的壓カ的第一壓カ計5a和用於測量圓輪3轉動的圈數的計數裝置7。其中，固定裝置
4、圓輪3和驅動裝置6安裝在底座I上。計數裝置7安裝在3圓輪的轉動軸上，試塊3安裝在固定裝置4的ー側，壓カ調節裝置5安裝在固定裝置4的另ー側，第一壓カ計5a安裝在壓カ調節裝置5上。具體地，在具體實現中，圓輪3通過軸承座Ia安裝在底座I上。該計數裝置7可以採用計數器。驅動裝置6可以包括電機61和減速機62 (見圖lb)。具體地，在本實施例中，該壓カ調節裝置5包括固定杆51、彈簧52和調節部件53，固定杆51的一端與固定裝置4連接，調節部件53可移動地設於固定杆51的另一端，且固定杆51的另一端連接在底座I上，彈簧52套設在固定杆51上，且彈簧52抵靠在固定裝置4和調節部件53之間，第一壓カ計5a安裝在固定杆51上。通過調節調節部件53在固 定杆51上的位置，即可以調節彈簧52施加在試塊3上的壓力。需要說明的是，在本實施例中，固定杆51水平設置，在其它實施例中，該固定杆也可以豎直設置，取決於試塊和圓輪的相對位置。進ー步地，調節部件53可以為調節螺母，固定杆51可以為螺杆。具體地，在本實施例中，固定裝置4為固定塊，該固定塊上開設有用於安裝試塊2的凹槽，固定塊通過支撐機構41安裝在底座I上，支撐機構41上設有用於測量試塊2和圓輪3之間的摩擦力的第二壓カ計4a。作為本發明的優選實施例，圓輪3的表面沿圓輪3的圓周方向劃分為多個環形帶狀區域，每個環形帯狀區域的表面粗糙度不同。比如，可以為O. 2,0. 4,0. 8、I. 6,3. 2和6. 3等，該粗糙度可以根據實際使用エ況設置。這樣，可以根據實際エ況下使用摩擦面的粗糙度來選擇具有相應的表面粗糙度的圓輪。在另一種實現方式中，也可以採用多個圓輪，各個圓輪的表面粗糙度不同。可選地，底座I上還設有水平調節裝置8，固定裝置4可沿圓輪3的軸線方向移動地安裝在水平調節裝置8上。具體地，在本實施例中，固定裝置4通過支撐機構41安裝在該水平調節裝置8上，且可沿圓輪3的軸線方向移動。具體地，該水平調節裝置8可以為螺杆，該螺杆的軸線方向與圓輪3的軸線方向相同。通過該水平調節裝置8，可以調整固定裝置4相對於圓輪3表面的位置，使得試塊3正對著具有所選表面粗糙度的環形帶狀區域。優選地，該設備還包括用於向試塊2和圓輪3之間滴注潤滑劑的潤滑劑滴注器91。由於在實際エ況中，非金屬材料與摩擦面的幹摩擦的情況較少，所以需要加入合適的潤滑劑(比如稀油、脂、凡士林、石墨等，可以根據實際エ況來選擇)，從而使試驗條件與實際エ況更接近，進ー步提高測量結果的準確度。在具體實現中，該潤滑劑滴注器91可以為ー個容器，內部裝有潤滑劑，該容器設於圓輪3的上方，容器的下部設有閥門，當圓輪轉動時，打開該閥門，使其向圓輪3上滴注潤滑剤。可選地，所述設備還包括防油罩92，該防油罩92設於圓輪3外圍，用於防止潤滑油在圓輪的旋轉過程中飛濺出去。可選地，所述設備還包括接油盤93，該接油盤93設於圓輪3下方，用於將圓輪3上滴下的潤滑劑收集起來。
通過將待試驗材料試塊安裝在固定裝置上，並選擇具有合適粗糙度的摩擦面，可以更好地模擬非金屬材料的實際エ況，從而獲得準確的試驗結果。此外，通過改變非金屬材料試塊的大小，並通過壓カ調節裝置調整施加在試塊上的壓力，可以獲得該非金屬材料的極限耐壓值，也就是說，採用本發明實施例的設備可以通過一次試驗獲得某種非金屬材料的多個機械性能參數，試驗結果全面且操作簡單。實施例2本發明實施例提供了ー種非金屬材料機械性能試驗設備，本實施例的設備與實施例I中的設備結構基本相同，不同之處僅在於在本實施例中，第一壓カ計5a為壓カ傳感器，該設備還包括控制系統，該控制系統分別與第一壓カ計5a、計數裝置7和驅動裝置6電連接。採用該控制系統可以自動讀取數據，井根據獲得的數據計算機械性能參數，大大減少了試驗過程中的人工幹預，提高了試驗效率。具體地，如圖2所示，該控制系統包括單片機201、變頻器202、第一模數轉換器 203，單片機201分別與變頻器202和第一模數轉換器203電連接，變頻器202與電機61電連接，第一模數轉換器203與第一壓カ計5a電連接。通過控制變頻器202的頻率，即可控制電機61的轉速。優選地，第二壓カ計4a也可以為壓カ傳感器，控制系統還與第二壓カ計4a電連接。具體地，如圖2所示，控制系統還包括第二模數轉換器204，第二模數轉換器204分別與單片機201和第二壓カ計4a電連接。下面結合一個具體實例來說明本發明實施例的設備的工作過程。如圖3所示，該工作過程包括以下步驟步驟301 :選擇與待試驗的非金屬材料的試塊進行滑動摩擦的摩擦面，該摩擦面設置在圓輪上且該摩擦面的表面粗糙度與實際エ況中與待試驗的非金屬材料產生摩擦的表面的粗糙度相同。具體地，在該步驟中，待試驗的非金屬材料的試塊的截面積可以為長·寬=a · b=10mmX 10mm,厚度可以為 30_50mm。將試塊安裝到固定裝置2中，使其與選出的摩擦面相接觸，試塊的厚度優選比槽深大IOmm左右。將試塊的初始厚度記為δ i，摩擦面的粗糙度記為マ，圓輪的直徑記為D。步驟302 :通過壓カ調節裝置向該試塊施加預定的壓力，並使圓輪以預定的速度旋轉，以使試塊和圓輪之間發生連續的滑動摩擦。具體地，向試塊施加的壓カ可以根據實際需要設置。比如，對於截面積為IOmmXlOmm的試塊，若試驗壓應カ為lOMPa，則施加的壓カ應調節到Ny=IOOON,該壓カ值可以通過壓カ計讀取。在本實施例中，壓カ調節裝置向試塊施加的壓カ值記為Ny。壓カ調節完成後，使圓輪按一定的速度旋轉，以使試塊和圓輪之間發生連續的滑動摩擦。具體地，可以通過電機驅動圓輪旋轉。在驅動時，應注意該轉速對應的最大摩擦線速度不能超過實際使用時的最大摩擦線速度。優選地，該方法還包括在試塊和圓輪之間發生連續的滑動摩擦時，在圓輪的表面和試塊之間滴加潤滑劑(可以通過潤滑劑滴加器8)，使得試驗エ況更加符合待試驗的非金屬材料的實際エ況，進而使得試驗結果更準確。該潤滑劑可以採用與實際エ況中使用的相同的潤滑剤，比如稀油、脂、凡士林、石墨等。步驟303 :測量試塊與摩擦面之間的摩擦力。在本實施例中，測得的摩擦カ記為F。需要說明的是，是否執行該步驟303根據需要獲得的機械性能參數決定，若需要測量的機械性能參數包括摩擦係數，則需要執行該步驟，否則可以不執行。步驟304 :在圓輪轉動一定時間後，停止圓輪，記錄圓輪轉動的圈數並測量試塊磨損後的厚度。在本實施例中，圓輪轉動的時間記為t，圓輪轉動的圈數記為D，試塊磨損後的厚度可以記為ら。步驟305 :根據記錄的數據計算該非金屬材料的機械性能參數。如前所述，記錄的數據包括試塊的初始厚度S1、試塊磨損後的厚度δ2、圓輪的轉動圈數η、圓輪的轉動時間t、試塊的截面積a · b、壓カ值Ny、摩擦力F、摩擦面粗糙度V、圓
輪的直徑D。機械性能參數包括磨損係數、耐磨性特徵值、摩擦係數中的至少ー種。具體地，可以根據公式(I)計算試驗材料的磨損係數
權利要求
1.一種非金屬材料機械性能試驗設備，所述設備包括底座、用於安裝待試驗材料試塊的固定裝置、用於與所述試塊滑動摩擦的圓輪和用於驅動所述圓輪轉動的驅動裝置，所述固定裝置、所述圓輪和所述驅動裝置安裝在所述底座上，其特徵在於，所述設備還包括 壓力調節裝置、用於測量所述試塊承受的來自所述壓力調節裝置的壓力的第一壓力計和用於測量所述圓輪轉動的圈數的計數裝置，所述計數裝置安裝在所述圓輪的轉動軸上，所述試塊安裝在所述固定裝置的一側，所述壓力調節裝置安裝在所述固定裝置的另一側，所述第一壓力計安裝在所述壓力調節裝置上。
2.如權利要求I所述的設備，其特徵在於，所述壓力調節裝置包括固定杆、彈簧和調節部件，所述固定杆的一端與所述固定裝置連接，所述調節部件可移動地設於所述固定杆的另一端，且所述固定杆的另一端連接在所述底座上，所述彈簧套設在所述固定杆上，且所述彈簧抵靠在所述固定裝置和所述調節部件之間，所述第一壓力計安裝在所述固定杆上。
3.如權利要求2所述的設備，其特徵在於，所述調節部件為調節螺母，所述固定杆為螺杆。
4.如權利要求I所述的設備，其特徵在於，所述固定裝置為固定塊，所述固定塊上開設有用於安裝所述試塊的凹槽，所述固定塊通過支撐機構安裝在所述底座上，所述支撐機構上設有用於測量所述試塊和所述圓輪之間的摩擦力的第二壓力計。
5.如權利要求I所述的設備，其特徵在於，所述圓輪的表面沿所述圓輪的圓周方向劃分為多個環形帶狀區域，每個環形帶狀區域的表面粗糙度不同。
6.如權利要求5所述的設備，其特徵在於，所述底座上還設有水平調節裝置，所述固定裝置可沿所述圓輪的軸線方向移動地安裝在所述水平調節裝置上。
7.如權利要求I所述的設備，其特徵在於，所述設備還包括用於向所述試塊和所述圓輪之間滴注潤滑劑的潤滑劑滴注器。
8.如權利要求7所述的設備，其特徵在於，所述設備還包括防油罩和接油盤，所述接油盤設於所述圓輪下方，所述防油罩設於所述圓輪外圍。
9.如權利要求I所述的設備，其特徵在於，所述第一壓力計為壓力傳感器，所述設備還包括控制系統，所述控制系統分別與所述壓力傳感器、所述計數裝置和所述驅動裝置電連接 。
10.如權利要求9所述的設備，其特徵在於，所述控制系統包括單片機、變頻器、第一模數轉換器，所述單片機分別與所述變頻器和所述第一模數轉換器電連接，所述變頻器與所述電機電連接，所述第一模數轉換器與所述第一壓力計電連接。
全文摘要
本發明實施例公開了一種非金屬材料機械性能試驗設備，屬於機械製造技術領域。該設備包括底座、用於安裝待試驗材料試塊的固定裝置、用於與試塊滑動摩擦的圓輪、用於驅動圓輪轉動的驅動裝置、壓力調節裝置、用於測量試塊承受的來自壓力調節裝置的壓力的第一壓力計和用於測量圓輪轉動的圈數的計數裝置。該固定裝置、圓輪和驅動裝置安裝在底座上。計數裝置安裝在圓輪的轉動軸上，試塊安裝在固定裝置的一側，壓力調節裝置安裝在固定裝置的另一側，第一壓力計安裝在壓力調節裝置上。本發明實施例通過根據實際工況選擇試驗條件，可以獲得準確的試驗結果。此外，本發明實施例可以通過一次試驗獲得某種非金屬材料的各個機械性能參數，試驗結果全面。
文檔編號G01N3/56GK102818737SQ20121030777
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月27日 優先權日2012年8月27日
發明者蔡智軍, 崔燕華, 霍小劍 申請人:武漢船用機械有限責任公司