[发明专利]一种可原位观测材料内部疲劳裂纹生长的摩擦磨损试验装置

说明书

本发明涉及一种可原位观测材料内部疲劳裂纹生长的摩擦磨损试验装置，包括工作台，工作台上设置有固定下试样的下固定块，工作台上方设置有横梁，横梁上设置有用于固定上试样氮化硅球的上固定块，上试样抵靠在下试样的上表面，驱动机构驱动上固定块位于横梁的水平方向往复移动，下试样由透明材料制成，工作台上还设置有显微镜，显微镜的镜筒一端指向下试样的一侧面，显微镜的镜筒另一端设置有摄像机，工作台上还设置有光源，光源指向下试样的另一侧面，由于下试样为透明材料制成，实验过程中可以通过显微镜直接观察下试样摩擦界面下的内部疲劳裂纹，并且通过摄像机记录裂纹的生长、拓展和消失的过程，获得对材料下表面磨损和破坏机理的进一步认识。

技术领域

本发明涉及试验设备技术领域，具体涉及一种可原位观测材料内部疲劳裂纹生长的摩擦磨损试验装置。

背景技术

试样的摩擦磨损试验是通过针对工件或制备试样的实际面对摩擦的部位进行加速的摩擦磨损测试，以便在短时间内测试其摩擦系数和磨损率曲线，这对试样的应用研究起到较为关键的作用。本装置中使用的线性往复式摩擦副是一种典型的摩擦磨损实验的实现方式，实际操作时，将待测试的两块试样放置在试验机上，并且两块试样的待测试面贴合，利用加压设备实施对其中一块试样进行加压，并且来回拉动试样，从而实现两个试样的来回摩擦，在设定的时间以及设定的压力下，记录试样摩擦系数与磨损量，从而来判断试样的摩擦学性能。

低摩擦系数下的金属表面疲劳磨损是滚动轴承等摩擦学关键零部件失效的主要方式，由于赫兹接触压力导致材料所受最大剪应力发生在接触面下材料内部某一深度，金属材料内部的天然缺陷成为材料破坏的起点，诱发裂纹的产生、扩大和迁移，当裂纹扩展到表面时，就会产生磨屑，造成表面疲劳磨损和润滑失效。现有技术中，通常采用光学显微镜或其他表面成像技术对试样磨损后的上表面进行观测以判断疲劳磨损的发生，但无法获取材料内部裂纹的分布和扩展情况，缺乏针对起始于接触面下方材料内部的裂纹扩展过程的原位实验能力，妨碍了对下表面疲劳磨损机理的深入研究。

发明内容

本发明的目的是：首次提供一种可原位观测透明材料内部疲劳裂纹生长的摩擦磨损试验装置，从而为滚动轴承疲劳失效机理的相关研究提供重要工具。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

可原位观测材料内部疲劳裂纹生长的摩擦磨损试验装置，包括工作台，所述工作台上设置有固定下试样的下固定块，所述工作台上方设置有横梁，所述横梁上设置有用于固定上试样氮化硅小球的上固定块，所述上试样抵靠在下试样的上表面，驱动机构驱动上固定块位于横梁的水平方向往复移动，所述下试样由透明材料制成，所述工作台上还设置有显微镜，所述显微镜的镜筒一端指向下试样的一侧面，所述显微镜的镜筒另一端设置有摄像机，所述工作台上还设置有光源，所述光源指向下试样的另一侧面。

本发明还存在下列技术特征：

所述下固定块设置在下滑台上，所述下滑台位于工作台的三维度位置可调。

所述下固定块设置在三维力传感器上，所述三维力传感器用于测量下试样的压力及摩擦力。

所述上固定块与横梁之间设置有调节机构，调节机构调节上固定块位于工作台的水平方向及竖直方向移动。

所述调节机构包括滑动设置在横梁上的第一固定块，第一固定块与横梁的滑动方向水平，所述第一固定块上设置有第一滑块，所述第一滑块上端设置有第一调节螺栓用于调节第一滑块位于第一固定块上的竖直位置，所述第一滑块上设置有第二固定块，所述第二固定块上设置有第二滑块，所述第二滑块上设置有第二调节螺栓用于调节第二滑块位于第二固定块上的水平位置，所述上固定块设置在第二滑块上。

所述驱动机构包括设置在横梁上的第一丝杆，所述第一丝杆长度方向水平且与第一固定块的螺母连接，所述第一丝杆的两端转动设置在支架上且杆端与电机的转轴连接。