專利名稱：一種利用點接觸開/閉式銷-盤摩擦系統測試切削粘結摩擦特性的方法
一種利用點接觸開/閉式銷一盤摩擦系統測試切削粘結摩擦特性的方法技術領域：
本發明涉及一種利用車床改造的摩擦試驗平臺構建點接觸開/閉式銷-盤摩擦系統測試切削粘結摩擦特性的方法。針對切削摩擦問題的研究需求，通過銷-盤結構的設計和車床空間運動軌跡的合成，構建開/閉式摩擦系統，模擬極端工況條件下的切削摩擦；利用Kistler壓電式測力計測量接觸界面的作用力，并結合有限元仿真方法去除材料彈塑性變形引起的切向力分量，獲得粘結摩擦系數。
本發明主要用于切削過程中刀具的摩擦學特性的試驗分析。設備的主體為制造實驗室的常用設備，具有剛性好、結構簡單、易于實現等優勢。2、背景技術
研究切削摩擦問題的方法有兩種一種是直接利用切削試驗；另一種是模擬切削工況的摩擦試驗。第一種方法無法獲得局部接觸應力和溫度，且直接的參數分析無法提供局部的摩擦信息；相反，第二種方法的摩擦試驗能夠得到更高精度的接觸狀態，并修正這些狀態以獲得所需的工況。這種類型的摩擦系統包括銷-盤系統、環-塊系統和球-盤系統寸。
切削過程的摩擦磨損試驗研究，需要模擬極端的工況條件，不僅能夠滿足大范圍的滑移速度要求，還應該具備較高的剛度，能夠提供足夠的接觸載荷。而且，刀具永遠是與新生成的切屑接觸，其摩擦形式與開式摩擦系統更為相似。現有的摩擦試驗機，多是針對普通的摩擦工況的閉式摩擦系統，無法模擬切削過程中的極端工況，難以滿足切削摩擦試驗的需求。
銷-盤系統作為最常用的摩擦試驗方式，裝夾方便，相比于球-面系統，銷的摩擦接觸位置保持不變，適用于研究切削情況，其剛性也較好。但銷一般為平面銷，接觸面積較大，在設備可承受的載荷范圍內難以達到實際切削條件下刀具所承受的應力范圍。因此，利用現有的機床和切削試驗設備，通過球頭銷的設計構建點接觸的開/閉式銷-盤摩擦系統， 以滿足極端條件下的切削摩擦的測試要求。此外，考慮到高載情況下，球頭銷壓入深度增加，為獲得準確的切削粘結摩擦系數，還應消除由材料彈塑性變形導致的影響。3、發明內容
本發明的目的是針對已有的切削試驗設備，通過簡易的改造，獲得一種能夠提供大范圍的速度和載荷、構建開/閉式銷-盤摩擦系統的摩擦試驗平臺，以測試在切削這種極端工況下的摩擦學問題。
本發明的技術內容主要包括
(1)設計球頭銷結構，構建點接觸的銷-盤摩擦試驗，以相對較低的載荷獲得較高的接觸應力；根據摩擦副的材料特性和所要模擬的摩擦工況估算銷的球頭直徑，通過控制試驗過程中的接觸面積保證測試結果的穩定性和準確性；
(2)利用車床的進給機構，形成空間運動軌跡，分別構建回轉運動的閉式摩擦系統與空間螺線運動的開式摩擦系統；
(3)基于構建的摩擦試驗系統，利用壓電式測力計測量摩擦過程中球頭銷承受的正向力和切向力；結合銷頭壓入深度，利用有限元仿真方法估計銷頭摩擦過程中由材料彈塑性變形引起的切向力分量，計算粘結摩擦系數。
附圖1 球頭銷結構
附圖2 閉式與開式摩擦系統
附圖3 摩擦試驗平臺結構示意圖具體實施方式
為實現上述目的，本發明的解決方案主要包括
(1)由于銷-工件摩擦副的接觸應力主要取決于球頭銷的直徑和施加的載荷，根據試驗需要的接觸應力和預期施加的載荷范圍，應用公式
權利要求
1本發明涉及一種利用車床改造的摩擦試驗平臺構建點接觸開/閉式銷-盤摩擦系統測試切削粘結摩擦特性的方法，其技術特征主要包括1.設計球頭銷結構，構建點接觸的銷-盤摩擦試驗，以相對較低的載荷獲得較高的接觸應力；根據摩擦副的材料特性和所要模擬的摩擦工況估算銷的球頭直徑，通過控制試驗過程中的接觸面積保證測試結果的穩定性和準確性；
2.利用車床的進給機構，形成空間運動軌跡，分別構建回轉運動的閉式摩擦系統與空間螺線運動的開式摩擦系統；
3.基于構建的摩擦試驗系統，利用壓電式測力計測量摩擦過程中球頭銷承受的正向力和切向力；結合銷頭壓入深度，利用有限元仿真方法估計銷頭摩擦過程中由材料彈塑性變形引起的切向力分量，計算粘結摩擦系數。
全文摘要
本發明涉及一種利用車床改造的摩擦試驗平臺構建點接觸開/閉式銷-盤摩擦系統測試切削粘結摩擦特性的方法。針對切削摩擦問題的研究需求，通過銷-盤結構的設計和車床空間運動軌跡的合成，構建開/閉式摩擦系統，模擬極端工況條件下的切削摩擦；利用Kistler壓電式測力計測量接觸界面的作用力，并結合有限元仿真方法去除材料彈塑性變形引起的切向力分量，獲得粘結摩擦系數。本發明主要用于切削過程中刀具的摩擦學特性的試驗分析。設備的主體為制造實驗室的常用設備，具有剛性好、結構簡單、易于實現等優勢。
文檔編號G01N19/02GK102519869SQ20121000245
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者劉志兵, 方澤平, 李忠新, 楊洪建, 梁志強, 焦黎, 王西彬, 解麗靜 申請人:北京理工大學