CN101709953A - 一种润滑剂膜厚测量仪 - Google Patents

Abstract

一种润滑剂膜厚测量仪，由主轴系统、加载系统、平衡系统、支撑系统和膜厚测量系统五部分组成，在平衡挂钩上加上砝码使联接轴两端自由平衡，在砝码上施加一定载荷，使加载球和平衡球在接触压力下与盘片接触，旋转电机带动旋转主轴和加载球转动，驱动电机带动主轴和盘片转动，加载球、旋转主轴和旋转轴套可以绕受力小轴自由转动，加载球和盘片之间产生的摩擦力使旋转轴套运动，旋转轴套运动带动拉压传感器，由拉压传感器的输出信号可知加载球和盘片之间的摩擦力，当加载球和盘片之间形成润滑薄膜时，显微镜捕捉到由于膜厚变化所产生的接触区干涉图像，通过分析可知润滑膜厚度，具有测量精度准和稳定性高的特点。

Description

一种润滑剂膜厚测量仪

技术领域

本发明涉及一种测量仪器，特别涉及一种高接触压力和高温条件下的润滑剂膜厚测量仪。

背景技术

高压重载工作条件是航空、重工、先进制造装备等领域发展过程中无法避免的苛刻工况条件。目前很多设备都在高压重载条件下工作，例如矿山、石油等重型设备的齿轮和轴承通常要承受巨大的载荷，航空发动机中的轴承通常在高压、高温和高速转动的环境下工作。极端苛刻工况将导致润滑材料寿命急剧缩短，运动副精度的保持能力和稳定运行的能力急剧降低，并时常伴随由于过热行为而产生的灾难性事故。此外，许多工况要求运动精度达到亚微米甚至纳米量级，从而要求摩擦副的间隙达到纳米量级，此时润滑材料的特性与状态发生了很大变化。这是由于在高接触压力存在等情况下，润滑油膜的厚度通常降低到几十至数百纳米；而且在重载的情况下很容易产生润滑膜破裂而导致润滑失效。因此，研制新型高压条件下膜厚测量设备对研究润滑剂在高压重载状态下的行为规律及失效形式，提高润滑材料的润滑效果和使用寿命具有重要的理论价值和实际意义。

目前已有一些测试仪器用于分析润滑油润滑特性。如专利号为【200620088031.8】的专利，公开了一种采用工控机全自动控制的摩擦磨损润滑剂试验机，可以对润滑剂摩擦磨损性能试验结果进行在线观测，并对所得试验数据进行对比分析；专利号为【200410018436.X】的专利，公开了轴向柱塞泵配流副润滑特性的测试装置，可以研究不同工况下配流副的润滑特性，实时采集试验过程中多个工作参数并完成对数据的分析处理；专利号为【200810123328.7】的专利，公开了高压微间隙润滑试验机，能够评价材料在高压微间隙润条件下的承载能力、流变特性等。

以上公开的专利中的测试设备虽然能对润滑剂的某些润滑特性和摩擦磨损性能进行分析。但大部分都只能在低接触压力和低温条件下对润滑特性进行研究，能在高接触压力条件下应用的仪器其测量精度和稳定性又不高。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在高接触压力和高温条件下的润滑剂膜厚测量仪，用于研究在高接触压力和高温等苛刻工况下润滑剂的润滑特性和摩擦磨损性能，具有测量精度准和稳定性高的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种润滑剂膜厚测量仪，包括有支撑系统，在支撑系统上设有主轴系统、平衡系统、加载系统和测量系统，主轴系统、平衡系统、加载系统和测量系统都固定在支撑系统的底板上；主轴系统、平衡系统、加载系统和测量系统四者在不工作时彼此是独立不接触的；在工作时，平衡系统中的平衡球和加载系统中的加载球与主轴系统中的盘片相接触。

所述的主轴系统包括主轴、轴套、驱动电机和盘片，主轴通过轴承定位到轴套上，驱动电机通过联轴器联接到主轴，盘片通过上压块和下压块紧固在主轴上。

所述的加载系统包括旋转主轴、旋转轴套、旋转电机、加载球、摩擦力测量装置、加热和测温装置、挂钩砝码、前支架、侧支架、后支架和底座，摩擦力测量装置由拉压传感器和传感器联接杆组成，加热和测温装置由加热管和热电偶组成，旋转主轴顶端开有V形槽，加载球通过螺钉固定在旋转主轴上，旋转主轴通过轴承定位到旋转轴套上，旋转电机通过联轴器与旋转主轴联接，传感器联接杆一端固定在旋转轴套上，另一端固定在拉压传感器上，拉压传感器另一端固定在侧支架上；加热管和热电偶固定在油杯上；挂钩砝码挂在后支架的一端，前支架、侧支架和后支架联接在一起然后固定在底座上。

所述的平衡系统包括杠杆、平衡球、小油杯、杠杆、转轴、支座和平衡系统底座，小油杯里有球座，平衡球放在球座上，小油杯放在杠杆上并可以在杠杆的滑槽上滑动，杠杆一端挂有挂钩砝码并通过转轴联接到支座上；支座固定在平衡系统底座上。

所述的支撑系统包括支脚、支撑架和底板，主轴系统、加载系统和平衡系统都固定在底板上，底板和支脚都固定在支撑架上。

所述的测量系统包括显微镜及图像采集卡，显微镜固定在底板上，图像采集卡安装在电脑中。

本发明的有益效果是：

本发明的膜厚测量仪可以在接触压力高达3GPa、温度达200摄氏度的苛刻条件下测量润滑剂膜厚、摩擦力和温度；通过加载系统可以改变接触点的接触压力，加热管可以改变温度，平衡系统可以对主轴进行保护，避免主轴在较大弯矩作用的变形，以提高测量精度。能够评价润滑材料在高接触压力和高温的苛刻条件下的润滑特性和摩擦磨损性能，为提高润滑材料的润滑效果和使用寿命的研究提供条件。

附图说明

图1是本发明的总体结构图。

图2是本发明的主轴系统的结构图。

图3是本发明的加载系统的结构图，其中：图3(a)是正视图；图3(b)是俯视图。

图4是本发明的平衡系统的结构图。

图中：支脚-1，支撑架-2，驱动电机-3，挂钩砝码-4，轴套-5，底板-6，平衡系统底座-7，支座-8，转轴-9，杠杆-10，小油杯-11，前轴承盖-12，平衡球-13，盘片-14，下压块-15，上压块-16，加热管-17，主轴-18，加载球-19，油杯-20，旋转主轴-21，显微镜-22，联接块-23，热电偶-24，拉压传感器-25，受力小轴-26，传感器支架-27，旋转电机-28，后支架-29，联接轴-30，侧支架-31，底座-32，导轨-33，导轨滑块-34，锁紧螺母-35，轴承挡圈-36，后轴承盖-37，平衡挂钩-38，传感器联接杆-39，旋转轴承盖-40，旋转轴套-41，前支架-42，联轴器-43，球座-44。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1，一种润滑剂膜厚测量仪，包括有支撑系统，支撑系统包括底板6、支脚1和支撑架2；主轴系统、平衡系统、加载系统和测量系统都用螺钉固定在支撑系统中的底板6上；主轴系统、平衡系统、加载系统和测量系统四者在不工作时彼此是独立不接触的；在工作时，平衡系统中的平衡球13和加载系统中的加载球19与主轴系统中的盘片14以一定压力接触。

参见图2，图2为主轴系统的结构示意图，上压块16和主轴18上部有螺纹，上压块16和下压块15将盘片14拧紧在主轴18上，主轴18和轴套5之间由轴承联接，轴承两端由前轴承盖12和后轴承盖37限位，下端轴承内圈由轴承挡圈36和锁紧螺母35限位。

参见图3，图3为加载系统结构示意图，旋转主轴21通过轴承与旋转轴套41联接，旋转主轴21前端开有V形槽，加载球19放置在V形槽中通过螺钉紧固在旋转主轴21上，旋转主轴21后端通过联轴器43与旋转电机28联接；旋转轴套41后端装有轴承，通过轴承与受力小轴26联接，受力小轴26通过螺纹与前支架42固联，旋转主轴21、旋转轴套41和旋转电机28三者可以一起绕受力小轴26转动；前支架42上开有4个小槽，前支架42与侧支架31之间通过联接轴30联接；后支架29与前支架42之间通过螺钉紧固，通过联接轴30可以相对于侧支架31转动；侧支架31与底座32之间用螺钉联接，底座32再由螺钉固定到导轨滑块34上，导轨滑块34可以在导轨33上自由滑动；加热管17和热电偶24通过螺纹固定在油杯20上。油杯20通过螺钉与联接块23固定在一起，平衡挂钩38与联接块23之间由螺纹联接；联接块23通过螺钉固定在旋转轴承盖40上；传感器支架27用于支撑拉压传感器25，传感器联接杆39将拉压传感器25与旋转轴套41联接在一起。

参见图4，图4为平衡系统结构示意图，球座44通过小油杯11上的限位孔定位在小油杯11上；球座44上安装有3个轴承，平衡球13在轴承上可以沿垂直杠杆方向滚动；杠杆10前端有滑槽，小油杯11底部有凸台，小油杯11可以在杠杆10的滑槽中滑动；杠杆10通过转轴9与支座8联接在一起，杠杆10可以绕支座8转动；支座8通过螺钉固定在平衡系统底座7上。

本发明的工作原理是：

试验进行时，在平衡挂钩38上加上一定重量的砝码使联接轴30两端处于自由平衡状态，保证加载机构施加的载荷可以从0开始。在加载系统和平衡系统的挂钩砝码4上施加一定载荷，通过计算使得加载球19和平衡球13在盘片14两端施加相同的载荷，这样就可以抵消掉单面加载给主轴18带来的弯矩，保证主轴18的旋转精度。加载系统和平衡系统的挂钩砝码加上载荷以后，加载球19和平衡球13就会在一定接触压力下与盘片14接触。旋转电机28带动旋转主轴21和加载球19转动。驱动电机3带动主轴18和盘片14转动。改变驱动电机3和旋转电机28的转速就可以实现加载球19和盘片14在不同滑滚比的条件下进行试验。通过加热管17和热电偶24就可以控制油杯20内润滑剂的温度并测量温度。前支架36上开有4个小槽，以减小与受力小轴30联接部分的刚度，当载荷过大时受力小轴30可能发生变形，降低联接部分刚度可以起到对受力小轴30的保护作用。加载球19、旋转主轴28和旋转轴套41三者由于旋转轴套41上的轴承可以绕受力小轴26自由转动，而加载球19和盘片14之间的相互运动会产生摩擦力，这个摩擦力会使得旋转轴套41运动，拉压传感器25通过传感器联接杆39联接到旋转轴套41上，旋转轴套41一旦运动就会带动拉压传感器25，通过拉压传感器25的输出信号就可以得出加载球19和盘片14之间的摩擦力。当润滑剂在加载球19和盘片14之间形成润滑薄膜时，显微镜22可以捕捉到由于膜厚变化所产生的接触区干涉图像，通过计算机分析就可以得出润滑膜厚度。

Claims (9)

1.一种润滑剂膜厚测量仪，包括有支撑系统(1)，其特征于，在支撑系统上设有主轴系统、平衡系统、加载系统和测量系统，主轴系统、平衡系统、加载系统和测量系统都固定在支撑系统的底板(6)上；主轴系统、平衡系统、加载系统和测量系统四者在不工作时彼此是独立不接触的；在工作时，平衡系统中的平衡球(13)和加载系统中的加载球(19)与主轴系统中的盘片(14)相接触。

2.根据权利要求1所述的一种润滑剂膜厚测量仪，其特征于，所述的主轴系统包括主轴(18)、轴套(5)、驱动电机(3)和盘片(14)，主轴(18)通过轴承定位到轴套(5)上，驱动电机(3)通过联轴器与主轴(18)联接，盘片(14)通过压块紧固在主轴(18)上。

3.根据权利要求1所述的一种润滑剂膜厚测量仪，其特征于，所述的加载系统包括旋转主轴(21)、旋转轴套(41)、旋转电机(28)、加载球(19)、摩擦力测量装置、温度控制装置、挂钩砝码(4)、前支架(42)、侧支架(31)、后支架(29)和底座(32)，旋转主轴(21)顶端开有V形槽，加载球(19)固定在旋转主轴(21)上，旋转主轴(21)通过轴承定位到旋转轴套(41)上，旋转电机(28)通过联轴器(43)与旋转主轴(21)联接，传感器联接杆(39)一端固定在旋转轴套(41)上，一端固定在拉压传感器(25)上，拉压传感器(25)另一端固定在侧支架(31)上；加热管(17)和热电偶(24)固定在油杯(20)上；挂钩砝码(4)挂在后支架(29)的一端，前支架(42)、侧支架(31)和后支架(29)联接在一起然后固定在底座(32)上；旋转轴套(41)后部安装有轴承，受力小轴(26)下端通过轴承联接到旋转轴套(41)上，受力小轴(26)上端通过螺纹与前支架(42)联接。

4.根据权利要求3所述的一种润滑剂膜厚测量仪，其特征于，所述的旋转主轴(21)和联接块(23)之间安装有密封圈。

5.根据权利要求3所述的一种润滑剂膜厚测量仪，其特征于，所述的前支架(42)与受力小轴(30)联接处开有4个小槽。

6.根据权利要求3所述的一种润滑剂膜厚测量仪，其特征于，所述的温度控制装置包括加热管(17)和热电偶(24)，加热管(17)和热电偶(24)都同时固定在油杯(20)中。

7.根据权利要求1所述的一种润滑剂膜厚测量仪，其特征于，所述的平衡系统包括杠杆(10)、平衡球(13)、小油杯(11)、杠杆(10)、转轴(9)、支座(8)和平衡系统底座(7)，小油杯(11)里有球座(44)，平衡球(13)放在球座(44)上，小油杯(11)放在杠杆(10)上并可以在杠杆(10)的滑槽上滑动，杠杆(10)一端挂有挂钩砝码(4)并通过转轴(9)联接到支座(8)上。

8.根据权利要求1所述的一种润滑剂膜厚测量仪，其特征于，所述的支撑系统包括支脚(1)、支撑架(2)和底板(6)，主轴系统、加载系统和平衡系统都固定在底板(6)上，底板(6)和支脚(1)都固定在支撑架(2)上。

9.根据权利要求1所述的一种润滑剂膜厚测量仪，其特征于，所述的膜厚测量系统包括显微镜(22)及图像采集卡，显微镜(22)固定在底板(6)上，图像采集卡安装在电脑中。

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