CN104198369B - 滑滚摩擦学性能实验台 - Google Patents

Abstract

本发明为一种滑滚摩擦学性能实验台，包括垂直电主轴、倾斜电主轴、上盖板、气浮轴承、测力结构、传感器等光机电元器件及***；上盖板水平设置，并通过气浮轴承支撑；上盖板下部与倾斜电主轴连接，倾斜电主轴轴端连接有球形或辊子形的第一测试件；垂直电主轴轴端连接有圆盘形的第二测试件；第一测试件与第二测试件的表面接触；测力结构测量倾斜电主轴传递给上盖板的水平方向力；速度传感器测量垂直电主轴和倾斜电主轴的转速，压力传感器测量第一测试件和第二测试件间压力。本发明旨在为机械、航空、航天等工程领域提供一种能够对装备动力传递与运动变换中关键零部件在滑滚接触状态的摩擦、磨损与润滑等摩擦学性能进行研究的科学方法与技术手段。

Description

滑滚摩擦学性能实验台

技术领域

本发明涉及一种实验台，尤其涉及一种为测量机械传动零部件滑滚接触中润滑油膜形状、厚度等特征，观察接触界面的微观形貌、磨痕轮廓，分析接触的表面摩擦磨损，测量接触摩擦力等的滑滚摩擦学性能实验台。

背景技术

在机械传动设计研究中，摩擦磨损实验机被广泛应用于探究摩擦副的润滑与摩擦情况，但是，大多数摩擦磨损试验机中，试样之间的运动是简单滑动，以此来测量界面上的摩擦和磨损，评估材料的各种性能及可靠性。然而许多传递能量与运动的零部件，例如齿轮、凸轮挺杆、滚动轴承以及一些液压传动件，是在相对滚动与滑动组合状况下工作，两接触部件接触点的线速度不同，处于滑滚接触状态，其工况远较简单滑动更为复杂,因而材料的表面破损形式也不同。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种能够对滑滚接触状态部件的摩擦、磨损及润滑状况进行研究的滑滚摩擦学性能实验台。

为解决上述问题采用的技术方案是：滑滚摩擦学性能实验台包括垂直电主轴、倾斜电主轴、上盖板、气浮轴承、测力结构、速度传感器和压力传感器；上盖板水平设置，并通过气浮轴承支撑；上盖板下部与倾斜电主轴连接，倾斜电主轴轴端连接有球形或辊子形的第一测试件；垂直电主轴固定设置，垂直电主轴轴端连接有圆盘形的第二测试件；第一测试件与第二测试件的表面接触；测力结构测量倾斜电主轴传递给上盖板的水平方向力；速度传感器测量垂直电主轴和倾斜电主轴的转速，压力传感器测量第一测试件和第二测试件间压力。

进一步的是：第二测试件上方设置有显微镜。

进一步的是：滑滚摩擦学性能实验台包括垂直角度调节结构，垂直角度调节结构调节倾斜电主轴与第二测试件表面的夹角。

进一步的是：滑滚摩擦学性能实验台包括水平角度调节结构，水平角度调节结构可使倾斜电主轴水平摆动。

进一步的是：上盖板包括水平滑动结构，倾斜电主轴与水平滑动结构连接，水平滑动结构通过调节倾斜电主轴位置调节第一测试件与第二测试件中心的距离。

进一步的是：滑滚摩擦学性能实验台包括垂直滑动结构和电动缸，垂直电主轴与垂直滑动结构连接，电动缸支撑垂直电主轴。

本发明的有益效果是：本发明的滑滚摩擦学性能实验台可以模拟高速、低速、不同滑滚比、液体润滑、固体润滑等工况下接触表面的摩擦与润滑情况，开展微观摩擦磨损及弹性流体动力润滑的机理研究。

附图说明

图1是滑滚摩擦学性能实验台主视图；

图2是滑滚摩擦学性能实验台侧视图；

图3是第一测试件与第二测试件相对位置示意图；

图4是水平和垂直角度调节结构示意图一；

图5是水平和垂直角度调节结构示意图二；

图6是转动盘结构示意图；

图中标记为：上盖板1、气浮轴承2、测力结构3、试验台箱体4、垂直滑动结构5、三角支架6、电动缸7、水平滑动结构8、显微镜9、倾斜电主轴10、第一测试件11、第二测试件12、垂直电主轴13、垂直角度调节结构14、旋转套14-1、旋转轴14-2、固定片14-3、弧形长孔一14-5、水平角度调节结构15、固定盘15-1、弧形长孔二15-2、转动盘15-3、导向轴15-4、导向孔15-5。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1、图2所示，滑滚摩擦学性能实验台包括垂直电主轴13、倾斜电主轴10、上盖板1、气浮轴承2、测力结构3、速度传感器和压力传感器；上盖板1水平设置，并通过气浮轴承2支撑；上盖板1下部与倾斜电主轴10连接，倾斜电主轴10轴端连接有球形或辊子形的第一测试件11；垂直电主轴13轴端连接有圆盘形的第二测试件12；第一测试件11与第二测试件12的表面接触；测力结构3测量倾斜电主轴10传递给上盖板1的水平方向力；速度传感器测量垂直电主轴13和倾斜电主轴10的转速，压力传感器测量第一测试件11和第二测试件12间压力。

气浮轴承2为现有技术产品，其原理是轴承壳体内输入压缩气体，使气浮轴承2的轴处于悬浮状态，气浮轴承2的轴和壳体能够相对微量移动，移动方向可以是垂直于气浮轴承2轴线的任意方向。

进行摩擦力测试时，两电主轴旋转，使第一测试件11与第二测试件12相对滚动；因第一测试件与第二测试件速度不同(速度方向和/或大小不同)，二者又相对滑动。第一测试件11与第二测试件12的摩擦力(摩擦力方向为水平方向)传递给倾斜电主轴10，然后传递给上盖板1使上盖板1对测力结构3产生压力，测力结构3测得该力。因上盖板通过气浮轴承2支撑，气浮轴承2不会对上盖板1施加任何水平方向的力，因此不会影响摩擦力测量精度。因气浮轴承2的轴和壳体能够相对移动方向可以是垂直于气浮轴承2轴线的任意方向，因此无论第一测试件11与第二测试件12的摩擦力方向为什么方向，气浮轴承2都不会上盖板1施加任何水平方向的力，不会影响摩擦力测量精度。

测力结构3应设置两件，测量两个相互垂直方向的力，两力的合力大小即是第一测试件11与第二测试件12的摩擦力大小，两力的合力方向即是第一测试件11与第二测试件12的摩擦力方向。测摩擦力时一般第一测试件11位于第二测试件12上方。

通过研究测力结构3测得的摩擦力与两试件第一试件7和第二试件9速度和两试件间压力关系。实验后的试件可以通过配套的原子力显微镜设备观察滑滚接触产生的微观界面形貌、磨痕轮廓等特征，分析接触的表面磨损量，进而试件滑滚摩擦学性能进行研究。

为了能够对两测试件间的润滑油膜进行研究，第二测试件12上方设置有显微镜9，为了观测得到油膜厚度特征，第二测试件12由透明材料制成。对润滑油膜进行研究时，第一测试件11应位于第二测试件12下方，同时，第二测试件12由透明材料制成，这样能够避免第二测试件12阻挡显微镜光线。在两试件间加上润滑油，通过显微镜9采集两试件间油膜状况并通过电脑分析，即可对两试件间的润滑情况进行分析。第二测试件12可以是蓝宝石盘或玻璃盘。

如前所述，测摩擦力时，一般第一测试件11位于第二测试件12上方；对润滑油膜进行研究时，第一测试件11应位于第二测试件12下方。为了方便切换这两种状态，滑滚摩擦学性能实验台包括垂直角度调节结构14，垂直角度调节结构14调节倾斜电主轴10与第二测试件12表面的夹角。倾斜电主轴10角度范围最好是由向上倾斜45度到向下倾斜45度。通常倾斜电主轴10向下倾斜45度时进行摩擦力测量；倾斜电主轴10向上倾斜45度时进行润滑油膜研究。

进一步的：滑滚摩擦学性能实验台包括水平角度调节结构15，水平角度调节结构15可使倾斜电主轴10水平摆动。如图3所示水平角度调节结构15能够使第一测试件11位于第二测试件12上的不同位置，同时第一测试件11线速度方向与第二测试件12线速度方向不同(具有夹角θ)。这样滑滚摩擦学性能实验台能够完成卷吸速度与接触椭圆轴成一定夹角的弹流实验。

垂直角度调节结构14和水平角度调节结构15可以有多种具体实施方式。如图4至图6所示为一种实施方式示意图，垂直角度调节结构14包括旋转套14-1和旋转轴14-2，旋转套14-1与上盖板1连接，旋转轴14-2与水平角度调节结构15连接并***旋转套14-1，旋转套14-1端部连接有带有弧形长孔一14-5的固定盘14-4，旋转轴14-2端部连接有固定片14-3，螺栓穿过弧形长孔一14-5将固定盘14-4和固定片14-3固定在一起。垂直角度调节结构14调节原理如下：松开螺栓，旋转轴14-2旋转即可带动倾斜电主轴10连同水平调节结构15一起在垂直平面内旋转；调整好角度后紧固螺栓，固定盘14-4和固定片14-3固定在一起起到锁紧作用，避免倾斜电主轴10意外旋转。

水平角度调节结构15包括固定盘15-1和转动盘15-3，固定盘15-1与旋转轴14-2连接并且固定盘15-1上设置有导向轴15-4，转动盘15-3与倾斜电主轴10连接并且转动盘15-3上设置有导向孔15-5和弧形长孔二15-2，导向轴15-4***导向孔15-5，螺栓***弧形长孔二15-2将固定盘15-1和转动盘15-3固定在一起。水平角度调节结构15调节原理如下：松开螺栓，转动盘15-3即可带动倾斜电主轴10水平方向旋转，导向轴15-4***导向孔15-5起到旋转导向作用；整好角度后紧固螺栓，固定盘15-1和转动盘15-3固定在一起起到锁紧作用，避免倾斜电主轴10意外旋转。

通过上述垂直角度调节结构14和水平角度调节结构15调节角度时，可以松开螺栓后，手动直接旋转倾斜电主轴，然后再锁紧螺栓；也可以松开螺栓后，通过涡轮蜗杆结构等驱动倾斜电主轴旋转，以达到省力的目的。

为了能够进一步调整第一测试件11和第二测试件12位置，上盖板1包括水平滑动结构8，倾斜电主轴10与水平滑动结构8连接，水平滑动结构8通过调节倾斜电主轴10位置调节第一测试件11与第二测试件12中心的距离。水平滑动结构8可以如图1所示为常用的燕尾槽结构，倾斜电主轴10连接燕尾形滑块上并在槽体内滑动即可改变第一测试件11位置。

倾斜电主轴10垂直方向的角度改变后引起第一测试件11高度改变。为了在第一测试件11高度改变时也能保证第二测试件12与第一测试件11接触，并且为了便于改变第二测试件12与第一测试件11间的压力，滑滚摩擦学性能实验台包括垂直滑动结构5和电动缸7，垂直电主轴13与垂直滑动结构5连接，电动缸7支撑垂直电主轴13。垂直滑动结构5可以是常用的燕尾槽结构，垂直电主轴13连接滑块在燕尾槽内滑动即可改变第二测试件高度。电动缸7既能够为垂直电主轴13上下移动提供动力又能够对垂直电主轴13加载以改变改变第二测试件12与第一测试件11间的压力。

Claims (7)

1.滑滚摩擦学性能实验台，其特征在于：包括垂直电主轴(13)、倾斜电主轴(10)、上盖板(1)、气浮轴承(2)、测力结构(3)、垂直角度调节结构(14)、水平角度调节结构(15)、速度传感器和压力传感器；上盖板(1)水平设置，并通过气浮轴承(2)支撑；上盖板(1)下部与倾斜电主轴(10)连接，倾斜电主轴(10)轴端连接有球形或辊子形的第一测试件(11)；垂直电主轴(13)轴端连接有圆盘形的第二测试件(12)；第一测试件(11)与第二测试件(12)的表面接触；测力结构(3)测量倾斜电主轴(10)传递给上盖板(1)的水平方向力；速度传感器测量垂直电主轴(13)和倾斜电主轴(10)的转速，压力传感器测量第一测试件(11)和第二测试件(12)间压力；垂直角度调节结构(14)调节倾斜电主轴(10)与第二测试件(12)表面的夹角；水平角度调节结构(15)可使倾斜电主轴(10)水平摆动。

2.根据权利要求1所述的滑滚摩擦学性能实验台，其特征在于：第二测试件(12)上方设置有显微镜(9)。

3.根据权利要求1所述的滑滚摩擦学性能实验台，其特征在于：倾斜电主轴(10)与第二测试件(12)表面的夹角为0至45度。

4.根据权利要求1所述的滑滚摩擦学性能实验台，其特征在于：上盖板(1)包括水平滑动结构(8)，倾斜电主轴(10)与水平滑动结构(8)连接，水平滑动结构(8)通过调节倾斜电主轴(10)位置来调节第一测试件(11)与第二测试件(12)中心的距离。

5.根据权利要求4所述的滑滚摩擦学性能实验台，其特征在于：包括垂直滑动结构(5)和电动缸(7)，垂直电主轴(13)与垂直滑动结构(5)连接，电动缸(7)支撑垂直电主轴(13)。

6.根据权利要求5所述的滑滚摩擦学性能实验台，其特征在于：垂直角度调节结构(14)包括旋转套(14-1)和旋转轴(14-2)，旋转套(14-1)与上盖板(1)连接，旋转轴(14-2)与水平角度调节结构(15)连接并***旋转套(14-1)，旋转套(14-1)端部连接有带有弧形长孔一(14-5)的固定盘(14-4)，旋转轴(14-2)端部连接有固定片(14-3)，螺栓穿过弧形长孔一(14-5)将固定盘(14-4)和固定片(14-3)固定在一起。

7.根据权利要求6所述的滑滚摩擦学性能实验台，其特征在于：水平角度调节结构(15)包括固定盘(15-1)和转动盘(15-3)，固定盘(15-1)与旋转轴(14-2)连接并且固定盘(15-1)上设置有导向轴(15-4)，转动盘(15-3)与倾斜电主轴(10)连接并且转动盘(15-3)上设置有导向孔(15-5)和弧形长孔二(15-2)，导向轴(15-4)***导向孔(15-5)，螺栓***弧形长孔二(15-2)将固定盘(15-1)和转动盘(15-3)固定在一起。