本实用新型涉及摩擦磨损试验机技术领域，尤其涉及一种摩擦试验机。
背景技术：
摩擦学试验分析技术是开展摩擦学理论与试验研究的基础。开展不同载荷、润滑介质及温度等条件下的摩擦磨损研究，对于正确地评价各种环境因素对材料摩擦磨损性能的影响有重要的指导作用。然而，现有摩擦试验机中摩擦副的接触位置一般都是固定的，通常在一个样品上只能开展一次摩擦磨损试验，造成下试样循环利用率低、加工和试验成本高，而且通常现有的摩擦磨损试验装置不能实现多种工况下的摩擦磨损试验，比如不能实现润滑条件下的摩擦磨损试验，导致试验精度不高，不能真实模拟实际的摩擦磨损情况；另外，现有的摩擦试验机夹具主体和试样表面接触面积比较大，容易对试样表面造成挤压损伤。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种用于摩擦试验机的具有润滑作用的下试样夹具装置，通过对下试样夹具及其润滑槽进行设计，实现对样品的循环利用，提高试验的精度，降低试验的经济和时间成本。
实现上述目的，本实用新型公开了一种摩擦试验机，包括上试样夹具装置、下试样夹具装置、摩擦副单元、压力检测装置、加载装置以及计算机测控系统。
所述摩擦副单元包括下试样和钢球上试样。
上试样夹具装置由上试样夹具ⅰ和上试样夹具ⅱ组成，上试样夹具ⅰ的下表面设置有与钢球上试样配合的球面凹槽以及四个螺纹孔，上试样夹具ⅱ上设置有弧面通孔以及四个台阶通孔，弧面通孔的直径小于钢球直径，弧面通孔用于与钢球上试样配合，钢球上试样位于上试样夹具ⅰ和上试样夹具ⅱ之间，上试样夹具ⅰ和上试样夹具ⅱ通过四个沉头螺钉连接。
压力检测装置包括压力输入端、压力检测主体、压力输出端，压力输入端和压力输出端均由应力检测片组成，压力检测主体与计算机测控系统相连接；所述上试样夹具ⅰ的上表面与所述压力输出端相连，加载装置与所述压力输入端相连。
下试样夹具装置包括基座、下试样夹具和下试样，基座上平面开设有四个螺纹孔。
所述下试样夹具包括下试样夹具主体和润滑槽；所述下试样夹具主体的四个角均开设有腰形通孔，下试样位于所述润滑槽中，通过紧固螺栓和垫片将下试样和润滑槽紧固在基座上。所述下试样夹具主体呈长方体，中部开设有方形通孔，所述下试样夹具主体由依次首尾相连的第一区域、第二区域、第三区域、第四区域组成，所述第二区域和第四区域的下方均开设有双层阶梯凹槽，每个双层阶梯凹槽均包括第一阶梯凹槽和第二阶梯凹槽；所述第二区域和第四区域的下方还各开设有两个凹槽，所述两个凹槽对称分布于双层阶梯凹槽的两侧；所述润滑槽卡在所述凹槽内。
所述下试样固定安装在所述第一阶梯凹槽内；所述下试样的高度大于所述第一阶梯凹槽的深度，下试样的宽度小于第一阶梯凹槽的宽度，所述下试样的长度大于下试样夹具主体的长度。
进一步地，所述凹槽宽度和润滑槽的侧壁厚度均为2mm，两者之间间隙配合，配合间隙为10μm；所述凹槽的高度比所述双层阶梯凹槽的深度大2mm。
进一步地，所述下试样夹具主体长为70mm，宽为70mm，高为12mm；所述方形通孔长为40mm,宽为40mm。
进一步地，所述下试样长为130mm，宽为25mm，高为10mm。
进一步地，所述下试样与所述第一阶梯凹槽侧壁之间的距离为5μm。
进一步地，所述第一阶梯凹槽的深度为5mm，所述第二阶梯凹槽深度为1mm；第一阶梯凹槽与第二阶梯凹槽的宽度差为2mm。
进一步地，所述凹槽的深度为8mm。
进一步地，每个所述腰形通孔的长度均为14mm。
本实用新型的有益效果：
1、通过沿长度方向平移下试样，或者通过腰形孔调整夹具的装夹位置，实现沿下试样的长度和宽度方向多工位试验，当下试样的上表面开展了若干次试验，不再有新的可用区域时，则通过铣削去除下试样上表面一定厚度的材料，从而在新的表层继续开展试验，实现对下试样垂直方向的多次利用，能够节约试验成本，提高试验效率。
2、工况模拟方面，所设计的润滑筒有利于开展摩擦副在润滑条件下的模拟，并且可以通过添加不同的润滑介质，实现在不同润滑条件下的摩擦磨损试验，能够有效提高模拟的精度。
3、下试样夹具主体采用双层阶梯型设计，并且利用第一阶梯凹槽和第二阶梯凹槽之间的宽度差，使得下试样的上表面仅两侧的窄边被压固，而中心大部分区域与夹具并未接触，从而避免夹具主体对待磨表面造成挤压损伤。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
图1为本实用新型图整体结构主视图；
图2为本实用新型上试样夹具和压力检测装置装配图；
图3为本实用新型上试样夹具和压力检测装置剖视图；
图4为本实用新型压力检测装置结构示意图；
图5为本实用新型上试样夹具ⅰ结构示意图；
图6为本实用新型上试样夹具ⅰ剖视图；
图7为本实用新型上试样夹具ⅱ结构示意图；
图8为本实用新型上试样夹具ⅱ剖视图；
图9为本实用新型下试样夹具主体的主视图；
图10为本实用新型下试样夹具主体的剖视图；
图11为本实用新型下试样夹具主体的轴侧图；
图12为本实用新型下试样夹具主体固定下试样时的轴侧图；
图13为本实用新型下试样夹具主体固定下试样时的斜视图；
图14为本实用新型下试样夹具主体固定下试样时的剖视图(工位1)；
图15为本实用新型下试样夹具主体固定下试样时的剖视图(工位2)；
图中：1基座；2下试样夹具；3垫片；4紧固螺钉；5润滑槽；6下试样；7上试样夹具ⅰ；8压力检测装置；9上试样夹具ⅱ；10上试样；11沉头螺钉；2-1凹槽；2-2第一阶梯凹槽；2-3第二阶梯凹槽；2-4方形通孔；2-5第一区域；2-6第二区域；2-7第三区域；2-8第四区域；2-9腰形通孔；7-1台阶通孔；7-2弧面通孔；8-1压力输入端；8-2压力检测主体；8-3压力输出端；9-1螺纹孔；9-2球面凹槽。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的方案作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实现上述目的，本实用新型公开了一种摩擦试验机，包括上试样夹具装置、下试样夹具装置、摩擦副单元、压力检测装置8、加载装置以及计算机测控系统。
所述摩擦副单元包括下试样6和钢球上试样10。
上试样夹具装置由上试样夹具ⅰ9和上试样夹具ⅱ7组成，上试样夹具ⅰ9的下表面设置有与钢球上试样配合的球面凹槽9-2以及四个螺纹孔9-1，上试样夹具ⅱ7上设置有弧面通孔7-2以及四个台阶通孔7-1，弧面通孔的直径小于钢球直径，弧面通孔用于与钢球上试样配合，钢球上试样10位于上试样夹具ⅰ9和上试样夹具ⅱ7之间，上试样夹具ⅰ9和上试样夹具ⅱ7通过四个沉头螺钉11连接。
压力检测装置8包括压力输入端8-1、压力检测主体8-2、压力输出端8-3，压力输入端8-1和压力输出端8-2均由应力检测片组成，压力检测主体8-2与计算机测控系统相连接；所述上试样夹具ⅰ9的上表面与所述压力输出端8-3相连，加载装置与所述压力输入端相连，加载装置施加的法向载荷传递至压力输入端8-1，并通过压力输出端8-3传递至上试样夹具9，其中输入端与输出端的应变信号均传递至压力检测主体8-2，压力检测主体8-2通过检测输出端信号与给计算机测控系统设定的法向载荷偏差进行闭环控制，保证加载装置的法向载荷为定值。
下试样夹具装置包括基座1、下试样夹具2和下试样6，基座1上平面开设有四个螺纹孔；
所述下试样夹具2包括下试样夹具主体和润滑槽5；所述下试样夹具主体的四个角均开设有腰形通孔2-9，下试样6位于所述润滑槽5中，通过紧固螺栓4和垫片3将下试样6和润滑槽5紧固在基座1上。所述下试样夹具主体呈长方体，中部开设有方形通孔2-4，所述下试样夹具主体由依次首尾相连的第一区域2-5、第二区域2-6、第三区域2-7、第四区域2-8组成，所述第二区域2-6和第四区域2-8的下方均开设有双层阶梯凹槽，每个双层阶梯凹槽均包括第一阶梯凹槽2-2和第二阶梯凹槽2-3；所述第二区域2-6和第四区域2-8的下方还各开设有两个凹槽2-1，所述两个凹槽2-1对称分布于双层阶梯凹槽的两侧；所述润滑槽5卡在所述凹槽2-1内。下试样夹具主体为空心块状结构，一方面有利于提供下试样和上试样之间的接触空间，另一方面提供接触区摩擦磨损状况的观测空间。
下试样6为长方体结构，所述下试样6固定安装在所述第一阶梯凹槽2-2内；所述下试样6的高度大于所述第一阶梯凹槽2-2的深度，下试样6的宽度小于第一阶梯凹槽2-2的宽度，所述下试样6的长度大于下试样夹具主体的长度。
通过向润滑槽5内添加润滑介质直至淹没下试样，可开展润滑条件下的摩擦磨损试验，通过更换润滑介质成分，可开展不同润滑条件下的试验。
所述凹槽2-1宽度和润滑槽5的侧壁厚度均为2mm，两者之间间隙配合，配合间隙为10μm，一方面保证了润滑槽5的顺利安装，另一方面保证所述润滑槽5与所述夹具2紧密配合，保证定位的可靠性；所述凹槽2-1的高度比所述双层阶梯凹槽的深度大2mm，以保证润滑介质液面可以超过所述下试样6上表面。
所述下试样夹具主体长为70mm，宽为70mm，高为12mm；所述方形通孔长为40mm,宽为40mm。
所述下试样6长为130mm，宽为25mm，高为10mm。
如图5所示，所述下试样6与所述第一阶梯凹槽2-2侧壁之间的距离为5μm，该微米量级的间隙一方面保证了摩擦试样的顺利安装，有利于防止试验过程中下试样发生窜动，另一方面保证定位的可靠性。
所述第一阶梯凹槽2-2的深度为5mm，所述第二阶梯凹槽2-3深度为1mm；第一阶梯凹槽2-2与第二阶梯凹槽2-3的宽度差为2mm；下试样夹具主体采用双层阶梯型设计，并且利用第一阶梯凹槽和第二阶梯凹槽之间2mm的宽度差，使得下试样的上表面仅两侧的窄边被压固，而中心大部分区域与夹具并未接触，从而避免夹具主体对待磨表面造成挤压损伤。
所述凹槽2-1的深度为8mm。
由于下试样的长度比下试样夹具主体的长度要大，当所述下试样某一接触位置的摩擦磨损试验结束后，可沿其长度方向水平移动10mm，在下试样上表面新的区域开始摩擦磨损试验，从而实现水平方向对样品的循环利用。由于下试样的高度大于第一阶梯凹槽的深度，当块状摩擦试样水平方向开展若干次试验，不再有新的可利用区域时，则通过铣削去除块状摩擦试样上表面1mm材料，可以在新的表面层上重新开始试验，从而实现垂直方向对样品的循环利用。
为确保定位可靠，所述夹具第一阶梯凹槽两侧的水平表面与所述下试样的上表面应具有较好的平行度，保证定位时夹具与下试样间紧密接触，确保定位可靠。
每个所述腰形通孔2-9的长度均为14mm，当一次摩擦磨损试验结束后，通过调整所述夹具主体腰形通孔和紧固螺钉4的相对位置，可以沿下试样宽度方向改变试验工位，每次横向移动夹具主体2mm，可以在所述下试样6上表面新的区域开展试验，对本样品而言，横向方向最多可利用7次，图14和图15分别是紧固螺钉4位于腰形孔2-9最左侧(工位1)和最右侧(工位2)时的结构示意图。
本实用新型的工作原理如下：如图1所示，将上试样10通过上试样夹具ⅰ7和上试样夹具ⅱ9安装在压力检测装置8的下方，通过紧固螺栓4和垫片3将下试样6和润滑槽5紧固在基座1上，在润滑槽5中添加润滑介质，直至淹没下试样表面，通过加载装置对上试样施加载荷，开展摩擦磨损试验，并通过压力检测装置对载荷值实时检测并与计算机测控系统中预先设定的法向载荷进行对比，分析偏差并进行闭环控制，保证加载装置的法向载荷为定值。通过沿长度方向平移下试样，或者调整夹具的装夹位置，实现沿下试样的长度和宽度方向多工位试验。当在下试样6的上表面开展了若干次试验，不再有新的可用区域时，则通过铣削去除下试样6上表面一定厚度的材料，从而在新的表层继续开展试验。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，这些修改、等同替换和改进等都落入本发明要求保护的范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
1.一种摩擦试验机，包括上试样夹具装置、下试样夹具装置、摩擦副单元、压力检测装置、加载装置以及计算机测控系统；其特征在于，
所述摩擦副单元包括下试样和钢球上试样；
上试样夹具装置由上试样夹具ⅰ和上试样夹具ⅱ组成，上试样夹具ⅰ的下表面设置有与钢球上试样配合的球面凹槽以及四个螺纹孔，上试样夹具ⅱ上设置有弧面通孔以及四个台阶通孔，弧面通孔的直径小于钢球直径，弧面通孔用于与钢球上试样配合，钢球上试样位于上试样夹具ⅰ和上试样夹具ⅱ之间，上试样夹具ⅰ和上试样夹具ⅱ通过四个沉头螺钉连接；
压力检测装置包括压力输入端、压力检测主体、压力输出端，压力输入端和压力输出端均由应力检测片组成，压力检测主体与计算机测控系统相连接；所述上试样夹具ⅰ的上表面与所述压力输出端相连，加载装置与所述压力输入端相连；
下试样夹具装置包括基座、下试样夹具和下试样，基座上平面开设有四个螺纹孔；
所述下试样夹具包括下试样夹具主体和润滑槽；所述下试样夹具主体的四个角均开设有腰形通孔，下试样位于所述润滑槽中，通过紧固螺栓和垫片将下试样和润滑槽紧固在基座上，所述下试样夹具主体呈长方体，中部开设有方形通孔，所述下试样夹具主体由依次首尾相连的第一区域、第二区域、第三区域、第四区域组成，所述第二区域和第四区域的下方均开设有双层阶梯凹槽，每个双层阶梯凹槽均包括第一阶梯凹槽和第二阶梯凹槽；所述第二区域和第四区域的下方还各开设有两个凹槽，所述两个凹槽对称分布于双层阶梯凹槽的两侧；所述润滑槽卡在所述凹槽内；
所述下试样固定安装在所述第一阶梯凹槽内；所述下试样的高度大于所述第一阶梯凹槽的深度，下试样的宽度小于第一阶梯凹槽的宽度，所述下试样的长度大于下试样夹具主体的长度。
2.根据权利要求1所述的摩擦试验机，其特征在于，所述凹槽宽度和润滑槽的侧壁厚度均为2mm，两者之间间隙配合，配合间隙为10μm；所述凹槽的高度比所述双层阶梯凹槽的深度大2mm。
3.根据权利要求1所述的摩擦试验机，其特征在于，所述下试样夹具主体长为70mm，宽为70mm，高为12mm；所述方形通孔长为40mm,宽为40mm。
4.根据权利要求1所述的摩擦试验机，其特征在于，所述下试样长为130mm，宽为25mm，高为10mm。
5.根据权利要求1所述的摩擦试验机，其特征在于，所述下试样与所述第一阶梯凹槽侧壁之间的距离为5μm。
6.根据权利要求1所述的摩擦试验机，其特征在于，所述第一阶梯凹槽的深度为5mm，所述第二阶梯凹槽深度为1mm；第一阶梯凹槽与第二阶梯凹槽的宽度差为2mm。
7.根据权利要求1所述的摩擦试验机，其特征在于，所述凹槽的深度为8mm。
8.根据权利要求1所述的摩擦试验机，其特征在于，每个所述腰形通孔的长度均为14mm。
技术总结