专利名称：一种砝码加载环块式腐蚀磨损试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及摩擦磨损领域中的腐蚀-磨损试验装置，更具体的是指以液态金属为 腐蚀介质，以环形试样和块状试样为摩擦副的一种砝码加载环块式腐蚀磨损试验机。
背景技术：
在液态金属中的固体摩擦副一方面受到摩擦磨损，另一方面又受到液态金属的腐 蚀，两者的交互作用使材料的损伤更为剧烈，然而现有的材料试验机多为功能单一的磨损 或腐蚀试验机，不能模拟固体摩擦副在液态金属中同时承受腐蚀和磨损的行为，所得的试 验结果参考价值低。ZL98219097. 2公开了一种磨蚀试验机，该磨蚀试验机能够模拟固体摩擦副在液态 金属介质中同时承受腐蚀和磨损的行为，但其试样夹持杆为直角形，水平边安装在导向槽 内，导向槽必须有非常好的润滑才能保证加载力的误差较小。同时，该磨蚀试验机无摩擦力 测量装置，无法获得表征材料耐磨性能的摩擦系数。

发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足之处，提供以液态金属为腐蚀介质， 以环形试样和块状试样为摩擦副的一种砝码加载环块式腐蚀磨损试验机。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种砝码加载环块式腐蚀磨损试验机，包括机架、升降系统、加载系统、传动系统、 坩埚电阻炉，其特征在于该试验机是由砝码加载系统、摩擦力测量系统、传动系统和坩埚 电阻炉系统所组成，所述砝码加载系统包括加载杆、柔性加载力座、活动挂销、第一钢丝绳、 增力滚轮、第二钢丝绳、砝码、砝码托盘升降装置座架、升降转盘、丝杆、砝码托盘，它们的安 装、连接关系如下加载杆与柔性加载力座固定连接，第一钢丝绳的一端连接活动挂销，另 一端水平引出后缠绕在增力滚轮的小轮上，第二钢丝绳一端固定后缠绕在增力滚轮的大轮 上，下垂端悬挂砝码；砝码托盘升降装置座架安装在立柱上，砝码托盘升降装置座架上方设 置有升降转盘，转盘中部有一丝杆，丝杆与砝码托盘连接；加载时砝码托盘处于低位，卸载 时旋转升降转盘，砝码托盘上升至高位承接砝码；所述摩擦力测量系统包括压力传感器、悬挂轴承连接组件、挡板、加载杆以及测力 对象块状试样、环形试样，它们的安装、连接关系如下固定在机架上的压力传感器与安装 在悬挂轴承连接组件上方的挡板相接触，加载杆通过连接绞销与悬挂轴承连接组件相联， 块状试样安装在加载杆下方，并压在环形试样上；传动系统包括传动调速电机、联轴器、副轴、导向伞齿轮副以及由旋转主轴上段和 旋转主轴下段组成的旋转主轴，它们的安装、连接关系如下传动调速电机安装在主机支固 台板上，副轴与传动调速电机通过联轴器连接，导向伞齿轮副的主动齿轮和被动齿轮分别 安装在副轴和旋转主轴上段；所述坩埚电阻炉系统包括坩埚电阻炉及其升降系统，坩埚电阻炉包括加热炉体及其溢流通道、坩埚以及液态金属收集盆，所述坩埚电阻炉升降系统包括炉体升降托台、升降 驱动电机和减速机、齿条、导柱及导套，它们的安装、连接关系如下设有溢流通道的加热炉 体置于炉体升降托台上，其内部放置有放试验介质的坩埚、下方放置有液态金属收集盆，导 柱和齿条均安装在主机支固台板和横置支撑底板上，导套安装在炉体升降托台的框架上， 炉体升降托台通过导套与导柱连接，升降驱动电机和减速机安装在炉体升降托台框架上 方。所述悬挂轴承连接组件包括定位轴套、悬挂轴承、加载悬挂测力连接座、悬挂轴承 座、悬挂轴承轴、定位螺栓、连接铰销，它们的安装、连接关系如下悬挂轴承连接组件通过 悬挂轴承座固定在主机支固台板上，悬挂轴承装在悬挂轴承轴上，悬挂轴承轴与加载悬挂 测力连接座连接，并用定位螺栓和定位轴套定位，用连接绞销将加载杆与加载悬挂测力连 接座相联。所述加载杆分为螺纹连接的上下两段，加载杆上段为中空，内接的冷却水管设置 有冷却水入口和出口。所述加载杆上段和加载杆下段分别设置有形状相配的凸头和凹孔。所述柔性加载力座上开有a、b、c三个通孔，加载杆上段穿过柔性加载力座的a孔 并与柔性加载力座焊合，旋转主轴上段垂直穿过柔性加载力座的b孔，活动挂销插入柔性 加载力座的c孔。所述旋转主轴上段为中空，内接的冷却水管设置有冷却水入口和出口 ；旋转主轴 上段下端设有一台阶孔，旋转主轴下段设置有与之形状相配合的圆柱，旋转主轴下段的圆 柱插置于旋转主轴上段的台阶孔内。本发明与现有技术相比，具有如下突出的优点(1)本发明试验机以环状试样和块状试样为摩擦副，以液态金属为腐蚀介质，能模 拟固体摩擦副在液态金属中同时承受腐蚀和磨损的行为，可改变载荷、温度、转速、液态金 属供给试验参数，可测量摩擦力并在显示屏上输出显示。(2)本发明施力方向与环形试样和块状试样所受压力方向平行，力的传递效率高， 载荷施加精确；施力方向与环形试样和块状试样之间的摩擦力方向垂直，不影响摩擦力的测量。(3)本发明压力传感器固定在机架上，不对摩擦力传递构件-加载悬挂连接组件 产生附加分力，使得摩擦力测量的精度大大提高。(4)本发明加载杆和悬挂轴承连接组件通过连接绞销、加载悬挂测力连接座连接， 减少了摩擦力对加载载荷的影响，提高了载荷施加的准确性。(5)本发明对旋转主轴上段和加载杆上段配加循环水进行冷却，降低了高温对旋 转主轴上段和加载杆上段的热影响。(6)本发明旋转主轴和加载杆均分为上下两段，可对接组合固定为一体。试验中只 有旋转主轴下段和加载杆下段浸入液态金属中，当其腐蚀程度影响设备运转时，只需分别 更换旋转主轴下段和加载杆下段即可，旋转主轴上段和加载杆上段可以重复使用。另外，可 根据试验中使用介质的不同，采用不同材料的旋转主轴下段和加载杆下段，有效地减少了 工件的腐蚀，节约了成本。(7)本发明加热炉体中心底部设置有溢流通道并配有液态金属收集盆，可收集坩埚裂开时流出的液态金属，可防止坩埚裂开时液态金属流入炉膛腐蚀加热元件(电炉丝)。


图1为一种砝码加载环块式腐蚀磨损试验机的整体结构的主视图；图2为一种砝码加载环块式腐蚀磨损试验机的整体结构的左视图；图3为一种砝码加载环块式腐蚀磨损试验机的旋转主轴、悬挂轴承连接组件和加 载杆组装后的局部视图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做进一步的详细说明，但发明的具体实施 方式不限于此。如图1、图2所示，一种砝码加载环块式腐蚀磨损试验机是由机架、砝码加载系统、 摩擦力测量系统、传动系统和坩埚电阻炉系统所组成。机架由四根立柱1，主机支固台板 16，机架下方设有与立柱1固定连接的、起加固作用的三根横梁2和横置支撑底板35，组成 一框架结构。如图1所示，砝码加载系统包括加载杆25、柔性加载力座27、活动挂销28、第一钢 丝绳15、增力滚轮14、第二钢丝绳13、砝码12、砝码托盘升降装置座架8、升降转盘9、丝杆 10以及砝码托盘11，它们的安装、连接关系如下加载杆25与柔性加载力座27固定连接， 第一钢丝绳15的一端连接活动挂销28，另一端水平引出后缠绕在增力滚轮14的小轮上，第 二钢丝绳I3 —端固定后缠绕在增力滚轮14的大轮上，下垂端悬挂砝码12，砝码托盘升降装 置座架8安装在立柱1上，砝码托盘升降装置座架8上方设置有升降转盘9，转盘中部有一 丝杆10，丝杆10与砝码托盘11连接；加载时，砝码托盘11处于低位，卸载时，旋转升降转 盘9使砝码托盘11上升至高位承接砝码12。如图1、图2所示，摩擦力测量系统包括压力传感器24、悬挂轴承连接组件23、挡 板21、加载杆25以及测力对象块状试样29、环形试样30，它们的安装、连接关系如下固定 在机架上的压力传感器24与安装在悬挂轴承连接组件23上方的挡板21相接触，加载杆25 通过连接绞销23-7与悬挂轴承连接组件23相联，块状试样29安装在加载杆25下方，并压 在环形试样30上。图3为一种砝码加载环块式腐蚀磨损试验机的旋转主轴22、悬挂轴承连接组件23 和加载杆25组装后的局部视图。如图3所示，悬挂轴承连接组件23包括定位轴套23-1、 悬挂轴承23-2、加载悬挂测力连接座23-3、悬挂轴承座23-4、悬挂轴承轴23_5、定位螺栓 23-6、连接铰销23-7，它们的安装、连接关系如下悬挂轴承连接组件23通过悬挂轴承座 23-4固定在主机支固台板16上，悬挂轴承23-2装在悬挂轴承轴23_5上，悬挂轴承轴23_5 与加载悬挂测力连接座23-3连接，并用定位螺栓23-6和定位轴套23-1定位。如图3所 示，加载杆25是通过连接绞销23-7与加载悬挂测力连接座23-3相联，加载杆25分为上下 两段，加载杆上段25-1和加载杆下段25-2分别设置有形状相配的凸头和凹孔，加载杆上段 25-1的凸头置于加载杆下段25-2的凹孔内，且在加载杆上段25-1下端中心和加载杆下段 25-2中心相对应处设有螺纹孔，通过螺栓将加载杆上段25-1和加载杆下段25-2螺纹固定 连接。加载杆上段25-1为中空，内接的冷却水管设置有冷却水入口和出口。由图3和图1可见，柔性加载力座27为一长方体，在柔性加载力座27上开有a、b、c三个通孔，加载杆上 段25-1穿过柔性加载力座27上的a孔并与柔性加载力座27焊合，柔性加载力座27由平 衡微调螺栓26进行平衡调整，第一钢丝绳15的一端连接插入柔性加载力座27上c孔的活 动挂销28，另一端水平引出后缠绕在增力滚轮14的小轮上，第二钢丝绳13 —端固定后缠绕 在增力滚轮14的大轮上，下垂端悬挂砝码12。加载时，砝码12的载荷通过增力滚轮14放 大一定倍数后作用在柔性加载力座27上，放大倍数与大小轮的半径之比成正比，本实施例 试验机选取大轮直径为小轮直径的5倍，即可将载荷放大5倍，再通过加载杆25上的杠杆 作用缩小一定倍数后将安装在加载杆下段25-2下方的块状试样29压在环形试样30上，缩 小倍数与柔性加载力座27上的载荷施加点距悬挂轴承轴23-5的距离和试样正压力作用点 距悬挂轴承轴23-5的距离之比成正比，本实施例试验机中两者距离之比为0. 4，即可将载 荷缩小0.4倍。 上述试验机在加载状态下，环形试样30旋转对块状试样29产生的摩擦力，通过加 载杆25、悬挂轴承轴23-5传递到挡板21，挡板21发生偏转顶住压力传感器，压力传感器24 电信号传递到数据采集电路并通过计算机进行处理，实现摩擦力的测量。如图1所示，传动系统包括传动调速电机17、联轴器18、副轴19、导向伞齿轮副 20以及旋转主轴22，它们的安装、连接关系如下传动调速电机17安装在主机支固台板16 上，副轴19与传动调速电机17通过联轴器18连接，导向伞齿轮副20的主动齿轮和被动齿 轮分别安装在副轴19和旋转主轴上段22-1。如图1、图3所示，旋转主轴上段22-1下端设有一台阶孔，旋转主轴下段22_2设置 有与之形状相配合的圆柱，旋转主轴上段22-1垂直穿过柔性加载力座27的b孔，并在b孔 中单向旋转。旋转主轴下段22-2的圆柱插置于旋转主轴上段22-1的台阶孔内，可连接固 定为一体结构。旋转主轴上段22-1为中空，内接的冷却水管设置有冷却水入口和出口。环形试样30通过石棉垫片和螺栓固紧在旋转主轴下段22-2，由传动调速电机17 通过传动系统带动环形试样30转动。如图1、图2所示，坩埚电阻炉系统包括坩埚电阻炉及其升降系统，坩埚电阻炉包 括加热炉体31、加热炉体31底部的中心设有的溢流通道33、坩埚32以及可收集坩埚裂开 时流出的液态金属的液态金属收集盆34，加热炉体31置于炉体升降托台4上，在加热炉体 31内放置有放试验介质的坩埚32，加热炉体下方放置有液态金属收集盆34。坩埚裂开时流 出的液态金属被引入液态金属收集盆34，以免液态金属流入加热炉体31内壁腐蚀加热元 件。所述坩埚电阻炉升降系统包括炉体升降托台4、升降驱动电机和减速机5、齿条7、导柱 3及导套6，它们的安装、连接关系如下主机支固台板16和横置支撑底板35分别开有便于 安装导柱3和齿条7的导柱孔和齿条孔，导柱3安装在主机支固台板16和横置支撑底板35 上的导柱孔中，齿条7安装在主机支固台板16和横置支撑底板35上的齿条孔中，导套6安 装在炉体升降托台4的框架上，炉体升降托台4通过导套6与导柱3连接，升降驱动电机和 减速机5安装在炉体升降托台4框架上方；通过升降驱动电机和减速机5与齿条7传动使 炉体升降托台4能够沿着导柱3上下移动。本发明的砝码加载环块式腐蚀磨损试验机工作过程如下1、往置于加热炉体31内的坩埚32加入适量试验介质，合上炉盖后接通加热炉体 31电源并设定好加热温度，熔化选择好的试验介质。
2、把事先计量好的块状试样29和环形试样30分别安装到加载杆下段25_2、旋转 主轴下段22-2，并用石棉垫片和螺栓固紧。3、在第二钢丝绳13下垂端悬挂砝码12，通过增力滚轮14、柔性加载力座27及加 载杆25的力传递，进行加载。4、待坩埚32内介质完全熔化后，打开炉盖(水平开合式)，启动升降驱动电机和 减速机5使炉体升降托台4载着坩埚电阻炉上升直至环形试样30和块状试样29浸入坩埚 32中的液态金属至预先设定的深度，合上炉盖。5、接通冷却水，同时对旋转主轴上段22-1、加载杆上段25-1进行冷却。6、启动传动调速电机17，带动旋转主轴22勻速转动，从而带动环形试样30与块状 试样29做面接触的相对运动，试验开始。7、试验过程中摩擦力的变化由压力传感器24检测，所检测的数据传递到数据采 集电路通过计算机进行实时处理，绘出摩擦力_时间曲线并在显示屏上实时显示。8、试验结束前约1分钟，切断加热炉体31电源和传动调速电机17电源，打开加热 炉体31炉盖，并控制升降驱动电机和减速机5使炉体升降托台4缓缓降下，尽可能快地清 理试样表面尚未完全固化的试验介质，卸去载荷。9、待环形试样30和块状试样29冷却后，关掉冷却水，再分别取出环形试样30和 块状试样29测量其腐蚀磨损失重。
8
权利要求
一种砝码加载环块式腐蚀磨损试验机，包括机架、升降系统、加载系统、传动系统、坩埚电阻炉，其特征在于该试验机是由砝码加载系统、摩擦力测量系统、传动系统和坩埚电阻炉系统所组成，所述砝码加载系统包括加载杆(25)、柔性加载力座(27)、活动挂销(28)、第一钢丝绳(15)、增力滚轮(14)、第二钢丝绳(13)、砝码(12)、砝码托盘升降装置座架(8)、升降转盘(9)、丝杆(10)、砝码托盘(11)，它们的安装、连接关系如下加载杆(25)与柔性加载力座(27)固定连接，第一钢丝绳(15)的一端连接活动挂销(28)，另一端水平引出后缠绕在增力滚轮(14)的小轮上，第二钢丝绳(13)一端固定后缠绕在增力滚轮(14)的大轮上，下垂端悬挂砝码(12)，砝码托盘升降装置座架(8)安装在立柱(1)上，砝码托盘升降装置座架(8)上方设置有升降转盘(9)，转盘中部有一丝杆(10)，丝杆(10)与砝码托盘(11)连接，加载时砝码托盘(11)处于低位，卸载时旋转升降转盘(9)，砝码托盘(11)上升至高位承接砝码(12)；所述摩擦力测量系统包括压力传感器(24)、悬挂轴承连接组件(23)、挡板(21)、加载杆(25)以及测力对象块状试样(29)、环形试样(30)，它们的安装、连接关系如下固定在机架上的压力传感器(24)与安装在悬挂轴承连接组件(23)上方的挡板(21)相接触，加载杆(25)通过连接绞销(23 7)与悬挂轴承连接组件(23)相联，块状试样(29)安装在加载杆(25)下方，并压在环形试样(30)上；传动系统包括传动调速电机(17)、联轴器(18)、副轴(19)、导向伞齿轮副(20)以及由旋转主轴上段(22 1)和旋转主轴下段(22 2)组成的旋转主轴(22)，它们的安装、连接关系如下传动调速电机(17)安装在主机支固台板(16)上，副轴(19)与传动调速电机(17)通过联轴器(18)连接，导向伞齿轮副(20)的主动齿轮和被动齿轮分别安装在副轴(19)和旋转主轴上段(22 1)；所述坩埚电阻炉系统包括坩埚电阻炉及其升降系统，坩埚电阻炉包括加热炉体(31)及其溢流通道(33)、坩埚(32)以及液态金属收集盆(34)，所述坩埚电阻炉升降系统包括炉体升降托台(4)、升降驱动电机和减速机(5)、齿条(7)、导柱(3)及导套(6)，它们的安装、连接关系如下设有溢流通道(33)的加热炉体(31)置于炉体升降托台(4)上，其内部放置有放试验介质的坩埚(32)、下方放置有液态金属收集盆(34)，导柱(3)和齿条(7)均安装在主机支固台板(16)和横置支撑底板(35)上，导套(6)安装在炉体升降托台(4)的框架上，炉体升降托台(4)通过导套(6)与导柱(3)连接，升降驱动电机和减速机(5)安装在炉体升降托台(4)框架上方。
2.根据权利要求1所述的一种砝码加载环块式腐蚀磨损试验机，其特征在于所述 悬挂轴承连接组件(23)包括定位轴套(23-1)、悬挂轴承(23-2)、加载悬挂测力连接座 (23-3)、悬挂轴承座(23-4)、悬挂轴承轴(23-5)、定位螺栓(23_6)、连接铰销(23-7)，它们 的安装、连接关系如下悬挂轴承连接组件(23)通过悬挂轴承座(23-4)固定在主机支固台 板(16)上，悬挂轴承(23-2)装在悬挂轴承轴(23-5)上，悬挂轴承轴(23_5)与加载悬挂测 力连接座(23-3)连接，并用定位螺栓(23-6)和定位轴套(23-1)定位，用连接绞销(23_7) 将加载杆(25)与加载悬挂测力连接座(23-3)相联。
3.根据权利要求1或2所述的一种砝码加载环块式腐蚀磨损试验机，其特征在于所 述加载杆(25)分为螺纹连接的上下两段，加载杆上段(25-1)为中空，内接的冷却水管设置 有冷却水入口和出口。2
4.根据权利要求3所述的一种砝码加载环块式腐蚀磨损试验机，其特征在于所述加 载杆上段(25-1)和加载杆下段(25-2)分别设置有形状相配的凸头和凹孔。
5.根据权利要求1所述的一种砝码加载环块式腐蚀磨损试验机，其特征在于所述柔 性加载力座(27)上开有a、b、c三个通孔，加载杆上段(25-1)穿过柔性加载力座(27)的 a孔并与柔性加载力座(27)焊合，旋转主轴上段(22-1)垂直穿过柔性加载力座(27)的b 孔，活动挂销(28)插入柔性加载力座(27)的c孔。
6.根据权利要求1或5所述的一种砝码加载环块式腐蚀磨损试验机，其特征在于所 述旋转主轴上段(22-1)为中空，内接的冷却水管设置有冷却水入口和出口 ；旋转主轴上段 (22-1)下端设有一台阶孔，旋转主轴下段(22-2)设置有与台阶孔形状相配合的圆柱，旋转 主轴下段(22-2)的圆柱插置于旋转主轴上段(22-1)的台阶孔内。
全文摘要
本发明公开了一种砝码加载环块式腐蚀磨损试验机。它是由机架、砝码加载系统、摩擦力测量系统、传动系统和坩埚电阻炉系统所组成。所述砝码加载系统中设有升降转盘，加载时砝码托盘处于低位，卸载时旋转升降转盘，砝码托盘上升至高位承接砝码，砝码加载系统中第一钢丝绳的一端水平引出后缠绕在增力滚轮的小轮上，第二钢丝绳一端固定后缠绕在增力滚轮的大轮上，下垂端悬挂砝码。本发明以环状试样和块状试样为摩擦副，以液态金属为腐蚀介质，能模拟固体摩擦副在液态金属中同时承受腐蚀和磨损的行为，可改变载荷、温度、转速、液态金属供给试验参数，可测量摩擦力，载荷施加的准确性高、测量精度高。
文档编号G01N3/02GK101975708SQ201010526678
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者吴晶, 李元元, 杨少锋, 罗洪峰, 陈维平 申请人:华南理工大学