[0001] 本发明涉及摩擦性能测试技术领域，具体为一种盘销式原位载流摩擦测试系统，用于测试物体的载流摩擦性能。

[0002] 载流摩擦是在摩擦副摩擦的同时通电流，电流的引入增加了摩擦现象的复杂性，涉及多因素多变量的耦合作用，目前，各变量之间的耦合机制不清，材料失效的机制不清，因此，需要使用载流摩擦测试设备进行深入研究。

[0003] 盘销式载流摩擦测试设备是一种比较常见的摩擦测试设备，其摩擦副由销状试样和盘状试样组成，测试时，销状试样相对于盘状试样滑动，这需要对盘状试样进行固定，目前通常采用夹持装置进行固定，如图1所示，其夹持装置包括套环和位于套环侧壁的顶丝，使用时，将盘状试样放入套环中，旋转顶丝使其抵接盘状试样的侧壁，这要求盘状试样具有较强的承压能力，比如具有足够的厚度，否则易于变形，而且载流摩擦过程中，盘状试样受热变形后也容易松动，影响使用，尤其是对于薄壁盘而言，盘状试样变形后导致其与销状试样抵接的平面不再水平，使得销状试样沿盘状试样滑动时不断上下往复移动，甚至出现严重振动，影响实验数据的测定。

[0013] 下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

[0014] 实施例：请参考图2～图18，其示出了本发明盘销式原位载流摩擦测试系统的多个具体实施例的结构，本发明的盘销式原位载流摩擦测试系统包括盘销式摩擦副1000、夹持机构2000、轴向力加载机构3000、旋转动力机构4000、电流加载机构5000、力测量机构6000、支撑台7100、导电端子5100和磁场生成机构8000，其中，盘销式摩擦副1000包括盘状试样1100和销状试样1200，盘状试样1100水平布置于支撑台7100上，夹持机构2000用于夹持销状试样1200，夹持后，销状试样1200竖直布置，销状试样1200的中心线垂直于盘状试样1100正对销状试样1200的端面（图2中盘状试样1100的上端面）；轴向力加载机构3000用于推动销状试样1200沿盘状试样1100的轴向移动，从而控制销状试样1200与盘状试样1100之间的压力；旋转动力机构4000用于控制销状试样1200与盘状试样1100的相对旋转运动，从而形成动摩擦；力测量机构6000用于测量销状试样1200与盘状试样1100之间的作用力；电流加载机构5000用于加载电流，加载后，电流流经销状试样1200和盘状试样1100的接触面，电流加载机构5000包括导电端子5100，导电端子5100的一端抵接盘状试样1100的环形侧壁，用于引导盘状试样1100中的电流沿水平方向流动；磁场生成机构8000用于产生磁场，当销状试样1200与盘状试样1100相对旋转时，销状试样1200、导电端子5100和磁场生成机构8000相对静止，盘状试样1100中沿水平方向流动的电流5500在磁场的作用下产生的安培力5600正对支撑台7100，从而使得盘状试样1100压紧支撑台7100，达到将盘状试样1100固定在支撑台7100上的目的。

[0015] 本发明适用于所有能够导电的盘销式摩擦副1000，其利用电流在磁场中产生的力进行夹持，操作简单，不会损坏摩擦副，尤其是对于薄片状的盘状试样1100而言，其不需要径向的夹持力，盘状试样1100与支撑台7100的接触面积大，受力分布更加均匀，不会导致盘状试样1100严重变形，从而能够准确测定其载流摩擦性能。

[0016] 本发明中，销状试样1200与盘状试样1100相对旋转从而形成动摩擦，在一些实施例中，可以保持盘状试样1100静止，利用旋转动力机构4000驱动销状试样1200旋转，在另一些实施例中，如图2所示，也可以保持销状试样1200静止，利用旋转动力机构4000驱动盘状试样1100旋转。

[0017] 本发明中，力测量机构6000可以根据需要配置，如图2所示，选择二维力传感器，其能够测量盘状试样1100与销状试样1200之间的法向力和横向力。

[0018] 本发明中，磁场生成机构8000的具体选择有多种，比如可以通过电流来生成磁场，也可以采用现有技术中的其他方法来生成磁场，具体产生的磁场强度、方向根据需要选择即可，优先选择磁场强度可以调整的磁场生成机构8000，以便于调整盘状试样1100对支撑台7100的压力，防止盘状试样1100相对于支撑台7100滑动。

[0019] 本发明中，当旋转动力机构4000驱动盘状试样1100旋转时，如果盘状试样1100的重心与旋转动力机构4000的旋转轴不同心，则盘状试样1100处于偏心旋转状态，这会增加盘状试样1100与支撑台7100之间的静摩擦力，不利于盘状试样1100的固定，尤其是高速旋转时，容易脱落，因此，在一些实施例中，还设置有对中机构7000，用于使盘状试样1100的中心线与支撑台7100的转轴7110同轴布置，即盘状试样1100的中心线与转轴7110的中心线重合。具体的对中机构7000有多种，如图3～7所示，对中机构7000包括支撑台7100、旋转盘7200和多个销钉件7300，支撑台7100中部设有延其中心线延伸的转轴7110，支撑台7100上绕转轴7110圆周阵列布置有多个贯穿支撑台7100的第一导轨7120，旋转盘7200为环状，中部为中空部位，旋转盘7200同轴套设在转轴7110外壁，旋转盘7200上绕转轴7110圆周阵列布置有多个贯穿旋转盘7200的第二导轨7210，销钉件7300、第一导轨7120和第二导轨7210一一对应，即每个销钉件7300对应一个第一导轨7120和第二导轨7210，第一导轨7120和第二导轨7210均为渐变式槽口，即从导轨的一端到导轨的另一端，导轨的槽口的壁面与转轴
7110的中心线之间的距离递增或递减，销钉件7300包括杆部7310和位于杆部7310两端的头部7320，每个销钉件7300的杆部7310插入对应的第一导轨7120和第二导轨7210中，位于杆部7310两端的两个头部7320则位于支撑台7100、旋转盘7200两侧，且头部7320的尺寸大于第一导轨7120和第二导轨7210的槽口宽度，当支撑台7100和旋转盘7200相对旋转时，第一导轨7120引导销钉件7300沿第一方向移动，第二导轨7210引导销钉件7300沿第二方向移动，第一方向和第二方向均在同一平面内且第一方向和第二方向之间的夹角为锐角或钝角，即第一方向和第二方向既不平行也不垂直，因此，当旋转旋转盘7200时，所有销钉件
7300同步沿支撑台7100的第一导轨7120移动，从而使得盘状试样1100的中心线与转轴7110的中心线重合。

[0020] 在一些实施例中，为了增加盘状试样1100与支撑台7100之间的摩擦力，可以将支撑台7100与盘状试样1100接触的面进行粗糙设置，比如，支撑台7100正对盘状试样1100的一侧为粗糙表面。

[0021] 在实际测试时，存在盘状试样1100的两个平面（顶部平面和底部平面）不平行的情况，对此，需要调整盘状试样1100正对销状试样1200的平面的水平度，即调整图2中盘状试样1100的顶部平面，使其完全水平，因此，可以对转轴7110进行一些改进以便于调整支撑台7100的倾斜角，在一些实施例中，如图8～10所示，转轴7110包括第一轴段7111、第二轴段
7112、十字形铰接轴7113和多个顶杆7114，十字形铰接轴7113由相互垂直的第一铰接轴
71131和第二铰接轴71132固定连接而成，第一轴段7111与第一铰接轴71131铰接，第二轴段
7112与第二铰接轴71132铰接，从而使得第一轴段7111与第二轴段7112能够沿多个方向转动，第二轴段7112的周侧壁设有环形凸台71121，多个顶杆7114沿环形凸台71121圆周布置，每根顶杆7114均穿过环形凸台71121并与环形凸台71121螺纹连接，所有顶杆7114的中心线均平行于第二轴段7112的中心线。因此，能够通过顶杆7114调整支撑台7100的中心线与第二轴段7112的中心线的夹角，即调整支撑台7100的倾斜角度，从而调整盘状试样1100背对转轴7110的端面的水平度。

[0022] 此外，一般采用水准泡来校准水平度，这需要反复调整各个顶杆7114，耗时较长，为此，本发明还配套设置了一种新的水平度校准机构9000，其能够快速校准盘状试样1100水平度，如图11～14所示，该水平度校准机构9000包括筒体9100、环形筒9200、支撑架9300和水平板9400，环形筒9200经支撑架9300承载于筒体9100内，且环形筒9200与筒体9100同轴布置，第二轴段7112能够插入环形筒9200中并与其间隙配合；水平板9400以可拆卸的方式与筒体9100固定连接，比如螺纹连接，如此，水平板9400能够沿环形筒9200的中心线移动，且环形筒9200的中心线垂直于水平板9400正对环形筒9200的端面。使用时，如图15所示，将第二轴段7112插入环形筒9200中，使得环形筒9200抵接环形凸台71121，然后将水平板9400与筒体9100连接，如此，就可以使得盘状试样1100背对转轴7110的端面与水平板9400贴合，从而使得盘状试样1100抵接水平板9400的端面与第二轴段7112的中心线垂直，接着旋转顶杆7114固定支撑台7100。

[0023] 本发明中，阻止电流沿转轴7110流动可增大沿盘状试样1100水平面流动的电流强度，有利于增强盘状试样1100与支撑台7100之间的摩擦力，从而避免两者相对滑动，在一些实施例中，可以设置绝缘部件阻止电流沿支撑台7100流动，绝缘部件的形式和位置可以根据需要设定，比如支撑台7100和旋转盘7200选用绝缘材质，两者就可以充当绝缘部件。

[0024] 本发明中，导电端子5100可以采用电刷，其数量可以根据需要选择，比如选择1个或两个或多个，当选择两个或多个导电端子5100时，所有导电端子5100沿盘状试样1100圆周布置成并联状态，每个导电端子5100均需要串联一个电阻器5200，以避免导电端子5100短路，如图16和图17所示，为了使得电流在各个导电端子5100间均匀分配，可以选用能够调节电阻值的电阻器5200，即变阻器，同时每个变阻器均串联一个电流表5400，以便观察各支路的电流。当采用至少两个导电端子5100时可以统一设置一个磁场生成机构8000，也可以为每个导电端子5100分别配套一个磁场生成机构8000。

[0025] 本发明中，还可以根据需要增设其他的原位测试设备，比如在一些实例中，如图18所示，其还设置有声发射传感器1010、高速相机1020和红外热像仪1030，高速相机1020可用于捕捉电弧的瞬态现象，红外热像仪1030可用于采集载流摩擦副附近的温度信息，声发射传感器1010能够采集到材料表面发生破损时产生的声学信号，声发射传感器1010可被用来监测轴承，发动机，刀具磨损，建筑物损伤等级的监测，这些场景涉及到裂纹产生、材料破损和原子键的断裂，与摩擦磨损有相通之处。所以，同时集成声发射传感器1010、高速相机1020和红外等原位测试装备可有助于更加透彻地研究载流摩擦失效机制。

[0026] 在一些实施例中，为了调整盘状试样1100和销状试样1200的相对滑动速度，可以设置L型悬臂梁1050，用于承载销状试样1200并带动销状试样1200沿位于盘状试样1100外且沿竖直方向延伸的立柱1051旋转，从而改变销状试样1200与盘状试样1100中心的距离，如图2所示，旋转动力机构4000承载于基座1040里，L型悬臂梁1050包括立柱1051和水平梁1052，立柱1051的一端与基座1040连接，另一端与水平梁1052连接，水平梁1052能够绕立柱
1051的中心轴旋转，销状试样1200承载于水平梁1052上，当水平梁1052绕立柱1051的中心轴旋转时，销状试样1200的中心线与转轴7110的中心线之间的距离随之改变，从而能够调整销状试样1200相对于盘状试样1100的线速度。

[0027] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。