一种便捷的摩擦磨损实验夹具

供稿|晋茂，赵浩男，耿滔，王彩云，周斌杰，张佳有，岑耀东，李振亮 / JIN Mao, ZHAO Hao-nan,GENG Tao, WANG Cai-yun, ZHOU Bin-jie, ZHANG Jia-you, CEN Yao-dong, LI Zhen-liang

内容导读

摩擦磨损实验机的耐磨机夹具多采用双侧卡扣式夹具，在摩擦实验过程中容易松动，卡扣螺纹容易失效，导致夹具使用寿命缩短，影响实验结果的准确性。本文设计了一种新型销钉式夹具，在夹具的整体式主体部分的卡槽左侧直接切削加工“L”型沟槽，夹具右侧的活动“L”型挡片采用单侧销钉固定。新型销钉式夹具夹持安装工件更加方便，延长了夹具的使用寿命，增强了实验过程的稳定性，防止了因摩擦等受力产生摩擦角造成实验误差，有较好的推广应用价值。

摩擦磨损实验机是检测材料耐磨性的重要实验设备，是用于研究各种金属材料及非金属材料(尼龙、塑料等)在滑动摩擦、滚动摩擦、滚滑复合摩擦和间歇接触摩擦以及干摩擦、湿摩擦等不同工况下多种状态下的耐磨性能以及评定材料的摩擦机理和测定材料的摩擦因数的机械[1]。材料的磨损特性与材料的强度等力学特性不同，它是与实际使用的工况条件密切相关的摩擦学系统特性[2]。科研人员一般采用摩擦磨损实验机实现两种材料的滑动或滚动接触摩擦，然后通过测试摩擦因数或磨损量等参数确定材料的耐磨性能[3-4]。目前，广泛应用的耐磨机夹具大多数采用卡扣式夹具，该夹具在摩擦实验过程中容易松动，导致试件夹持不稳定，并且螺纹容易失效，导致使用寿命缩短，影响实验结果的准确性。

本文对耐磨机夹具的受力特点进行分析，设计了一种稳定性更好的销钉式夹具，该夹具操作便捷并且可以有效的固定试件，为材料领域的摩擦磨损研究提供了有效的解决方案。

传统夹具的不足

摩擦磨损实验机的试件固定系统是摩擦磨损实验的关键部件，一般采用传统的卡扣式夹具，如图1所示。实验时，需要将夹具两侧的挡板打开，将试件放入卡槽，通过锁紧螺纹销钉使卡扣固定试件。摩擦磨损实验过程会引起不同程度的震动以及夹具温度升高，常常会导致销钉螺纹的表面过量变形，造成螺纹失效，进而造成试件松动以及试件装夹表面倾斜等误差影响实验结果的准确性。

图1 传统摩擦实验夹具图

如图2 所示，夹具受力分析可知，夹具始终会受到向右的Fx分力作用，这是导致螺纹销钉松动和减少夹具使用寿命的主要原因；合力F会导致试件倾斜，造成实验数据的不精确。夹具松动会造成摩擦面倾角，导致摩擦量测量误差。

图2 夹具受力分析

新型夹具的结构

新型夹具如图3 所示，夹具分为两个部分：主体部分；活动销钉挡片部分。夹具的主体部分为整体构造，在夹具主体部分的卡槽左侧切削加工“L”型沟槽。夹具的销钉挡片部分采用单侧销钉固定，活动挡片设计为“L”型。目前，该新型夹具已经在内蒙古科技大学实验室正式投入使用。

图3 改进后试件夹具

如图4 所示，新型夹具最突出的特点是通过单侧销钉固定“L”型挡片提高了夹具的整体性，使试件装夹便捷且可靠。夹具左侧处的沟槽方便于试件的装夹与拆卸。夹具的整体式主体部分提高了夹具的使用寿命。“L”型的右端挡片限制试件在x，y，z轴方向上的自由度，使零件充分定位，进而保证摩擦磨损实验测量数据的准确性。

图4 新型夹具示意图

结束语

新型夹具相比于卡扣式夹具，有更长的使用寿命，增强了试件实验过程装夹稳定性，防止因摩擦等受力产生摩擦角造成实验误差。新型夹具可以在减少实验误差的同时，大幅度降低夹具磨损程度，使夹具具有更稳定更耐用的性能，具有广阔的应用市场。