滑滾摩擦學性能實驗臺的製作方法

2024-01-29 02:45:15 1

滑滾摩擦學性能實驗臺的製作方法
【專利摘要】本發明為一種滑滾摩擦學性能實驗臺，包括垂直電主軸、傾斜電主軸、上蓋板、氣浮軸承、測力結構、傳感器等光機電元器件及系統；上蓋板水平設置，並通過氣浮軸承支撐；上蓋板下部與傾斜電主軸連接，傾斜電主軸軸端連接有球形或輥子形的第一測試件；垂直電主軸軸端連接有圓盤形的第二測試件；第一測試件與第二測試件的表面接觸；測力結構測量傾斜電主軸傳遞給上蓋板的水平方向力；速度傳感器測量垂直電主軸和傾斜電主軸的轉速，壓力傳感器測量第一測試件和第二測試件間壓力。本發明旨在為機械、航空、航天等工程領域提供一種能夠對裝備動力傳遞與運動變換中關鍵零部件在滑滾接觸狀態的摩擦、磨損與潤滑等摩擦學性能進行研究的科學方法與技術手段。
【專利說明】滑滾摩擦學性能實驗臺

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種實驗臺，尤其涉及一種為測量機械傳動零部件滑滾接觸中潤滑油膜形狀、厚度等特徵，觀察接觸界面的微觀形貌、磨痕輪廓，分析接觸的表面摩擦磨損，測量接觸摩擦力等的滑滾摩擦學性能實驗臺。

【背景技術】
[0002]在機械傳動設計研究中，摩擦磨損實驗機被廣泛應用於探究摩擦副的潤滑與摩擦情況，但是，大多數摩擦磨損試驗機中，試樣之間的運動是簡單滑動，以此來測量界面上的摩擦和磨損，評估材料的各種性能及可靠性。然而許多傳遞能量與運動的零部件，例如齒輪、凸輪挺杆、滾動軸承以及一些液壓傳動件，是在相對滾動與滑動組合狀況下工作，兩接觸部件接觸點的線速度不同，處於滑滾接觸狀態，其工況遠較簡單滑動更為複雜，因而材料的表面破損形式也不同。


【發明內容】

[0003]本發明要解決的技術問題是:提供一種能夠對滑滾接觸狀態部件的摩擦、磨損及潤滑狀況進行研究的滑滾摩擦學性能實驗臺。
[0004]為解決上述問題採用的技術方案是:滑滾摩擦學性能實驗臺包括垂直電主軸、傾斜電主軸、上蓋板、氣浮軸承、測力結構、速度傳感器和壓力傳感器；上蓋板水平設置，並通過氣浮軸承支撐；上蓋板下部與傾斜電主軸連接，傾斜電主軸軸端連接有球形或輥子形的第一測試件；垂直電主軸固定設置，垂直電主軸軸端連接有圓盤形的第二測試件；第一測試件與第二測試件的表面接觸；測力結構測量傾斜電主軸傳遞給上蓋板的水平方向力；速度傳感器測量垂直電主軸和傾斜電主軸的轉速，壓力傳感器測量第一測試件和第二測試件間壓力。
[0005]進一步的是:第二測試件上方設置有顯微鏡。
[0006]進一步的是:滑滾摩擦學性能實驗臺包括垂直角度調節結構，垂直角度調節結構調節傾斜電主軸與第二測試件表面的夾角。
[0007]進一步的是:滑滾摩擦學性能實驗臺包括水平角度調節結構，水平角度調節結構可使傾斜電主軸水平擺動。
[0008]進一步的是:上蓋板包括水平滑動結構，傾斜電主軸與水平滑動結構連接，水平滑動結構通過調節傾斜電主軸位置調節第一測試件與第二測試件中心的距離。
[0009]進一步的是:滑滾摩擦學性能實驗臺包括垂直滑動結構和電動缸，垂直電主軸與垂直滑動結構連接，電動缸支撐垂直電主軸。
[0010]本發明的有益效果是:本發明的滑滾摩擦學性能實驗臺可以模擬高速、低速、不同滑滾比、液體潤滑、固體潤滑等工況下接觸表面的摩擦與潤滑情況，開展微觀摩擦磨損及彈性流體動力潤滑的機理研究。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是滑滾摩擦學性能實驗臺主視圖；
[0012]圖2是滑滾摩擦學性能實驗臺側視圖；
[0013]圖3是第一測試件與第二測試件相對位置示意圖；
[0014]圖4是水平和垂直角度調節結構不意圖一；
[0015]圖5是水平和垂直角度調節結構示意圖二 ；
[0016]圖6是轉動盤結構示意圖；
[0017]圖中標記為:上蓋板1、氣浮軸承2、測力結構3、試驗臺箱體4、垂直滑動結構5、三角支架6、電動缸7、水平滑動結構8、顯微鏡9、傾斜電主軸10、第一測試件11、第二測試件12、垂直電主軸13、垂直角度調節結構14、旋轉套14-1、旋轉軸14-2、固定片14_3、弧形長孔一 14-5、水平角度調節結構15、固定盤15-1、弧形長孔二 15-2、轉動盤15_3、導向軸15_4、導向孔15_5。

【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進一步說明。
[0019]如圖1、圖2所示，滑滾摩擦學性能實驗臺包括垂直電主軸13、傾斜電主軸10、上蓋板1、氣浮軸承2、測力結構3、速度傳感器和壓力傳感器；上蓋板I水平設置，並通過氣浮軸承2支撐；上蓋板I下部與傾斜電主軸10連接，傾斜電主軸10軸端連接有球形或輥子形的第一測試件11 ;垂直電主軸13軸端連接有圓盤形的第二測試件12 ;第一測試件11與第二測試件12的表面接觸；測力結構3測量傾斜電主軸10傳遞給上蓋板I的水平方向力；速度傳感器測量垂直電主軸13和傾斜電主軸10的轉速，壓力傳感器測量第一測試件11和第二測試件12間壓力。
[0020]氣浮軸承2為現有技術產品，其原理是軸承殼體內輸入壓縮氣體，使氣浮軸承2的軸處於懸浮狀態，氣浮軸承2的軸和殼體能夠相對微量移動,移動方向可以是垂直於氣浮軸承2軸線的任意方向。
[0021]進行摩擦力測試時，兩電主軸旋轉，使第一測試件11與第二測試件12相對滾動；因第一測試件與第二測試件速度不同(速度方向和/或大小不同)，二者又相對滑動。第一測試件11與第二測試件12的摩擦力(摩擦力方向為水平方向)傳遞給傾斜電主軸10，然後傳遞給上蓋板I使上蓋板I對測力結構3產生壓力，測力結構3測得該力。因上蓋板通過氣浮軸承2支撐，氣浮軸承2不會對上蓋板I施加任何水平方向的力，因此不會影響摩擦力測量精度。因氣浮軸承2的軸和殼體能夠相對移動方向可以是垂直於氣浮軸承2軸線的任意方向，因此無論第一測試件11與第二測試件12的摩擦力方向為什麼方向，氣浮軸承2都不會上蓋板I施加任何水平方向的力，不會影響摩擦力測量精度。
[0022]測力結構3應設置兩件，測量兩個相互垂直方向的力，兩力的合力大小即是第一測試件11與第二測試件12的摩擦力大小，兩力的合力方向即是第一測試件11與第二測試件12的摩擦力方向。測摩擦力時一般第一測試件11位於第二測試件12上方。
[0023]通過研究測力結構3測得的摩擦力與兩試件第一試件7和第二試件9速度和兩試件間壓力關係。實驗後的試件可以通過配套的原子力顯微鏡設備觀察滑滾接觸產生的微觀界面形貌、磨痕輪廓等特徵，分析接觸的表面磨損量，進而試件滑滾摩擦學性能進行研究。
[0024]為了能夠對兩測試件間的潤滑油膜進行研究，第二測試件12上方設置有顯微鏡9，為了觀測得到油膜厚度特徵，第二測試件12由透明材料製成。對潤滑油膜進行研究時，第一測試件11應位於第二測試件12下方，同時，第二測試件12由透明材料製成，這樣能夠避免第二測試件12阻擋顯微鏡光線。在兩試件間加上潤滑油，通過顯微鏡9採集兩試件間油膜狀況並通過電腦分析，即可對兩試件間的潤滑情況進行分析。第二測試件12可以是藍寶石盤或玻璃盤。
[0025]如前所述，測摩擦力時，一般第一測試件11位於第二測試件12上方；對潤滑油膜進行研究時，第一測試件11應位於第二測試件12下方。為了方便切換這兩種狀態，滑滾摩擦學性能實驗臺包括垂直角度調節結構14，垂直角度調節結構14調節傾斜電主軸10與第二測試件12表面的夾角。傾斜電主軸10角度範圍最好是由向上傾斜45度到向下傾斜45度。通常傾斜電主軸10向下傾斜45度時進行摩擦力測量；傾斜電主軸10向上傾斜45度時進行潤滑油膜研究。
[0026]進一步的:滑滾摩擦學性能實驗臺包括水平角度調節結構15，水平角度調節結構15可使傾斜電主軸10水平擺動。如圖3所示水平角度調節結構15能夠使第一測試件11位於第二測試件12上的不同位置，同時第一測試件11線速度方向與第二測試件12線速度方向不同(具有夾角Θ)。這樣滑滾摩擦學性能實驗臺能夠完成卷吸速度與接觸橢圓軸成一定夾角的彈流實驗。
[0027]垂直角度調節結構14和水平角度調節結構15可以有多種【具體實施方式】。如圖4至圖6所示為一種實施方式示意圖，垂直角度調節結構14包括旋轉套14-1和旋轉軸14-2，旋轉套14-1與上蓋板I連接，旋轉軸14-2與水平角度調節結構15連接並插入旋轉套14-1，旋轉套14-1端部連接有帶有弧形長孔一 14-5的固定盤14-4，旋轉軸14_2端部連接有固定片14-3，螺栓穿過弧形長孔一 14-5將固定盤14-4和固定片14_3固定在一起。垂直角度調節結構14調節原理如下:鬆開螺栓，旋轉軸14-2旋轉即可帶動傾斜電主軸10連同水平調節結構15 —起在垂直平面內旋轉；調整好角度後緊固螺栓,固定盤14-4和固定片14-3固定在一起起到鎖緊作用，避免傾斜電主軸10意外旋轉。
[0028]水平角度調節結構15包括固定盤15-1和轉動盤15-3，固定盤15_1與旋轉軸14_2連接並且固定盤15-1上設置有導向軸15-4，轉動盤15-3與傾斜電主軸10連接並且轉動盤15-3上設置有導向孔15-5和弧形長孔二 15-2,導向軸15_4插入導向孔15-5,螺栓插入弧形長孔二 15-2將固定盤15-1和轉動盤15-3固定在一起。水平角度調節結構15調節原理如下:鬆開螺栓，轉動盤15-3即可帶動傾斜電主軸10水平方向旋轉，導向軸15-4插入導向孔15-5起到旋轉導向作用；整好角度後緊固螺栓，固定盤15-1和轉動盤15-3固定在一起起到鎖緊作用，避免傾斜電主軸10意外旋轉。
[0029]通過上述垂直角度調節結構14和水平角度調節結構15調節角度時，可以鬆開螺栓後，手動直接旋轉傾斜電主軸，然後再鎖緊螺栓；也可以鬆開螺栓後，通過渦輪蝸杆結構等驅動傾斜電主軸旋轉，以達到省力的目的。
[0030]為了能夠進一步調整第一測試件11和第二測試件12位置，上蓋板I包括水平滑動結構8，傾斜電主軸10與水平滑動結構8連接，水平滑動結構8通過調節傾斜電主軸10位置調節第一測試件11與第二測試件12中心的距離。水平滑動結構8可以如圖1所示為常用的燕尾槽結構，傾斜電主軸10連接燕尾形滑塊上並在槽體內滑動即可改變第一測試件11位置。
[0031]傾斜電主軸10垂直方向的角度改變後引起第一測試件11高度改變。為了在第一測試件11高度改變時也能保證第二測試件12與第一測試件11接觸，並且為了便於改變第二測試件12與第一測試件11間的壓力，滑滾摩擦學性能實驗臺包括垂直滑動結構5和電動缸7，垂直電主軸13與垂直滑動結構5連接，電動缸7支撐垂直電主軸13。垂直滑動結構5可以是常用的燕尾槽結構，垂直電主軸13連接滑塊在燕尾槽內滑動即可改變第二測試件高度。電動缸7既能夠為垂直電主軸13上下移動提供動力又能夠對垂直電主軸13加載以改變改變第二測試件12與第一測試件11間的壓力。
【權利要求】
1.滑滾摩擦學性能實驗臺，其特徵在於:包括垂直電主軸(13)、傾斜電主軸(10)、上蓋板(I)、氣浮軸承(2)、測力結構(3)、垂直角度調節結構(14)、水平角度調節結構(15)、速度傳感器和壓力傳感器；上蓋板(I)水平設置，並通過氣浮軸承(2)支撐；上蓋板(I)下部與傾斜電主軸(10)連接，傾斜電主軸(10)軸端連接有球形或輥子形的第一測試件(11);垂直電主軸(13)軸端連接有圓盤形的第二測試件(12);第一測試件(11)與第二測試件(12)的表面接觸；測力結構(3)測量傾斜電主軸(10)傳遞給上蓋板(I)的水平方向力；速度傳感器測量垂直電主軸(13)和傾斜電主軸(10)的轉速，壓力傳感器測量第一測試件(11)和第二測試件(12)間壓力；垂直角度調節結構(14)調節傾斜電主軸(10)與第二測試件(12)表面的夾角；水平角度調節結構(15)可使傾斜電主軸(10)水平擺動。
2.根據權利要求1所述的滑滾摩擦學性能實驗臺，其特徵在於:第二測試件(12)上方設置有顯微鏡(9)。
3.根據權利要求1所述的滑滾摩擦學性能實驗臺，其特徵在於:傾斜電主軸(10)與第二測試件(12)表面的夾角為O至45度。
4.根據權利要求1所述的滑滾摩擦學性能實驗臺，其特徵在於:上蓋板(I)包括水平滑動結構(8)，傾斜電主軸(10)與水平滑動結構(8)連接，水平滑動結構(8)用於調節傾斜電主軸(10)位置調節第一測試件(11)與第二測試件(12)中心的距離。
5.根據權利要求4所述的滑滾摩擦學性能實驗臺，其特徵在於:包括垂直滑動結構(5)和電動缸(7)，垂直電主軸(13)與垂直滑動結構(5)連接，電動缸(7)支撐垂直電主軸(13)。
6.根據權利要求5所述的滑滾摩擦學性能實驗臺，其特徵在於:垂直角度調節結構(14)包括旋轉套(14-1)和旋轉軸(14-2)，旋轉套(14-1)與上蓋板(I)連接，旋轉軸(14_2)與水平角度調節結構(15)連接並插入旋轉套(14-1)，旋轉套(14-1)端部連接有帶有弧形長孔一(14-5)的固定盤(14-4)，旋轉軸(14-2)端部連接有固定片(14_3)，螺栓穿過弧形長孔一(14-5)將固定盤(14-4)和固定片(14-3)固定在一起。
7.根據權利要求6所述的滑滾摩擦學性能實驗臺，其特徵在於:水平角度調節結構(15)包括固定盤(15-1)和轉動盤(15-3)，固定盤(15-1)與旋轉軸(14_2)連接並且固定盤(15-1)上設置有導向軸(15-4)，轉動盤(15-3)與傾斜電主軸(10)連接並且轉動盤(15_3)上設置有導向孔(15-5)和弧形長孔二(15-2)，導向軸(15-4)插入導向孔(15_5)，螺栓插入弧形長孔二(15-2)將固定盤(15-1)和轉動盤(15-3)固定在一起。
【文檔編號】G01N19/00GK104198369SQ201410462391
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月11日 優先權日:2014年9月11日
【發明者】王家序, 何濤, 蒲偉, 朱東, 周廣武, 韓彥峰, 周青華, 張瑩 申請人:四川大學