CN104567778B - 一种油润滑条件下销盘式摩擦机的膜厚测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油润滑条件下销盘式摩擦机的膜厚测试方法，属于油膜厚度测量与性能评价技术领域；其基本实施过程如下：测量基准数据H0：在无油状态下，低速旋转摩擦盘，将此过程中位移传感器所采集的测量值H0确定为基准数据；测量试验数据HT：添加润滑油，再根据试验工况要求对试验销加载的载荷及摩擦盘的转速进行相应控制，将此过程中位移传感器所采集的测量值HT确定为试验数据；将数据组里HT的数据减去摩擦盘相应位置的H0的数据，从而计算得相应位置的油膜厚度ΔH；本发明通过控制试验销的加载载荷、摩擦盘的转速及润滑介质等测试参数，能够测得材料极限pv值，得出零部件失效与pv值关系，得出各因素影响下膜厚的测量数据，进而完成摩擦磨损的机理性研究。

Description

一种油润滑条件下销盘式摩擦机的膜厚测试方法
技术领域
本发明属于油膜厚度测量与性能评价技术领域，具体涉及一种油润滑条件下销盘式摩擦机的膜厚测试方法。
背景技术
摩擦副是机械传动系统的重要组成，摩擦副的摩擦磨损性能对机械传动系统的性能与可靠性有着重要影响。目前研究工程上的摩擦副材料摩擦磨损性能一般需要借助摩擦磨损试验机。国内摩擦学研究中广泛使用的试验机有滚子式磨损试验机、四球式摩擦磨损试验机、往复式摩擦磨损试验机、切入式摩擦磨损试验机、销盘式摩擦磨损试验机等。其中，销盘式摩擦磨损试验机以其结构简单、摩擦区域内接触应力均匀以及操作方便等特点，在材料的摩擦学特性研究中得到了广泛应用。销盘式摩擦机不但能通过测量摩擦材料的摩擦力和摩擦系数等参量来评定材料的摩擦特性，还由于试验销与摩擦盘接触面积小，磨损量大，因此可通过磨损量测量来快速评定摩擦材料的耐磨性。另外，通过改变销盘式摩擦机的工作转速、载荷以及润滑介质等试验条件，还可进行工况参数对材料摩擦磨损性能的影响研究。
油膜厚度对分析材料的摩擦磨损性能以及润滑介质的润滑特性有着重要意义。针对销盘式摩擦磨损试验机，目前对油膜厚度的测试方法主要有电阻法和电容法，其中，电阻法具有电路简单，设备价格低廉的特点，适合用于定性分析膜厚，但是，由于电阻法存在油膜电阻随油膜厚度变化不明显的问题，尚无法定量测出膜厚的具体值；而电容法能准确测试全膜润滑状态下两接触表面之间的膜厚，但在混合润滑状态下该法失去功效。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，为了解决无法定量测出膜厚的具体值及无法在混合润滑状态下测量膜厚的问题，提出一种油润滑条件下销盘式摩擦机的膜厚测试方法，进而利用油膜厚度来准确分析材料的摩擦磨损性能以及润滑介质的润滑特性。
本发明方法是通过下述技术方案实现的：
一种油润滑条件下销盘式摩擦机的膜厚测试方法，其基本实施过程如下：
第一步，将位移传感器安装在支座上，与试验销位于同一端，调整位移传感器与试验销的相对位置，使试验销的底部比位移传感器的底部突出设定的距离；
第二步，调节加载装置与摩擦盘的相对位置，使试验销与摩擦盘的轴线不重合；
第三步，测量基准数据H0：在无油状态下，将试验销缓慢的推向摩擦盘，当试验销与摩擦盘刚一接触上，立即停止试验销的前移，然后再以设定的低转速旋转摩擦盘，让其完整的转一圈，将此过程中位移传感器所采集的测量值H0确定为基准数据；
第四步，测量试验数据HT：添加润滑油，再根据试验工况要求对试验销加载的载荷及摩擦盘的转速进行相应控制，最后再以设定转速旋转摩擦盘，让其完整的转一圈，将此过程中位移传感器所采集的测量值HT确定为试验数据；
第五步，将摩擦盘同一点位置的H0和HT的数据一一对应，选取若干一一对应的数据组，将数据组里HT的数据减去相应的H0的数据，从而计算得相应位置的油膜厚度ΔH。
所述第二步的具体过程为：通过自动调零和/或机械调零的方式对加载装置及摩擦盘进行调整，使试验销的轴线与摩擦盘的轴线重合，然后再调节加载装置与摩擦盘的相对位置，使试验销沿摩擦盘的径向移动，且使试验销与摩擦盘的轴线不重合，并记录移动的距离，即为此次试验的摩擦半径R。
在第五步中，所述选取若干一一对应的数据组的方式为：将摩擦盘同一点位置的H0和HT的数据一一对应，根据摩擦半径R计算出摩擦周长，每隔摩擦周长的固定长度取出H0和HT中对应位置的数据，将取出的数据一一对应的记为H'0和H'T中；将H'T的数据减去相应的H'0的数据，计算得相应位置的油膜厚度ΔH。
在执行完第五步后还可进行进一步判断：当ΔH＞0时，利用ΔH表征油膜厚度变化；当ΔH＜0时，利用ΔH表征摩擦盘表面粗糙峰磨损量。
在执行完第五步后，改变测试参数，所述测试参数包括试验销的加载载荷、摩擦盘的转速及润滑介质，按照第四步至第五步的方式，获得油膜厚度ΔH，并分析各个测试参数对油膜厚度、润滑状态及磨损特性的影响。
有益效果：(1)本发明的试验装置结构简单，测试成本低廉，测量数据精度高，适用条件广，改进了传统的销盘式摩擦机，增加了传感器与支座，使其具备定量测试膜厚的功能。
(2)本发明通过控制试验销的加载载荷、摩擦盘的转速及润滑介质等试验参数，模拟摩擦副极限工况，能够测得材料极限pv值，得出零部件失效与pv值关系，得出各因素影响下膜厚的测量数据，进而完成摩擦磨损的机理性研究；该试验方法还可以通过改变试验条件，重现实际润滑状态，由此进行润滑油膜形成规律及变化的试验研究。
附图说明
图1为本发明中销盘式摩擦机结构及试验销与摩擦盘相对位置示意图；
图2为本发明测量基准时粗糙表面与传感器位置关系；
图3为本发明试验测试时形成较大油膜时粗糙表面与传感器位置关系；
图4为本发明试验测试时有较大粗糙峰接触时粗糙表面与传感器位置关系；
其中，1-试验销，2-位移传感器，3-支座，4-加载装置，5-摩擦盘。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种油润滑条件下销盘式摩擦机的膜厚测试方法，实际油膜厚度为试验销1底面的粗糙表面中心线与摩擦盘5的粗糙表面中心线的距离HC，位移传感器2的测量值为位移传感器2与摩擦盘5表面的距离，由于位移传感器2距离试验销1底面的距离保持不变，因此，可用位移传感器2的测量值反映实际油膜厚度的变化。
第一步，将位移传感器2安装在支座上，与试验销1位于同一端，调整位移传感器2与试验销1的相对位置，使试验销1的底部比位移传感器2的底部突出设定的距离；
第二步，调节加载装置4与摩擦盘5的相对位置，使试验销1与摩擦盘5的轴线不重合；
第三步，测量基准数据H0：在无油状态下，将试验销1缓慢的推向摩擦盘5，当试验销1与摩擦盘5刚一接触上，立即停止试验销1的前移，然后再以设定的低转速旋转摩擦盘5，让其完整的转一圈，将此过程中位移传感器2所采集的测量值H0确定为基准数据；
第四步，测量试验数据HT：添加润滑油，再根据试验工况要求对试验销1加载的载荷及摩擦盘5的转速进行相应控制，最后再以设定转速旋转摩擦盘5，让其完整的转一圈，将此过程中位移传感器2所采集的测量值HT确定为试验数据；
第五步，将摩擦盘5同一点位置的H0和HT的数据一一对应，选取若干一一对应的数据组，将数据组里HT的数据减去相应的H0的数据，从而计算得相应位置的油膜厚度ΔH。
执行完第五步后，通过控制试验销的加载载荷、摩擦盘的转速及润滑介质等测试参数，模拟摩擦副极限工况，能够测得材料极限pv值，得出零部件失效与pv值关系，得出各因素影响下膜厚的测量数据，进而完成摩擦磨损的机理性研究；还可以通过改变试验条件，重现实际润滑状态，由此进行润滑油膜形成规律及变化的试验研究。
实例1：
参见附图1，(1)将位移传感器2与试验销1安装在支座3的同一端，使试验销1的轴线与支座3的轴线重合，支座3的另一端通过夹具固定于加载装置4轴线处，加载装置4可沿导轨竖直移动，摩擦盘5位于加载装置4及支座3的下方；
(2)调整位移传感器2与试验销1的相对位置，使试验销1的底部比位移传感器2的底部突出0.3mm-0.4mm的距离；
(3)通过自动调零和/或机械调零的方式对加载装置4及摩擦盘5进行调整，使试验销1的轴线与摩擦盘5的轴线重合，然后再调节加载装置4与摩擦盘5的相对位置，使试验销1沿摩擦盘5的径向移动，并记录移动的距离，即为此次试验的摩擦半径R；
参见附图2，(4)测量基准数据H0：在无油状态下，将试验销1缓慢的推向摩擦盘5，当试验销1与摩擦盘5刚一接触上，立即停止试验销1的前移，并在摩擦盘5上标识出接触点位置，该接触点作为数据记录起点，然后再以设定的低转速旋转摩擦盘5，让其完整的转一圈，将此过程中位移传感器2所采集的测量值H0确定为基准数据；
(5)测量试验数据HT：保持试验销1相对摩擦盘5的摩擦半径与测量基准时的摩擦半径一致，同时以测量基准时摩擦盘5上标识的接触点位置为起始工作点，调节试验销1使其对准该起始点，然后添加润滑油，再根据试验工况要求对试验销加载的载荷及摩擦盘的转速进行相应控制，最后以设定的转速旋转摩擦盘，让其完整的转一圈，将此过程中位移传感器2所采集的测量值HT确定为试验数据；
(6)将摩擦盘5同一点位置的H0和HT的数据一一对应，根据摩擦半径R计算出摩擦周长，每隔摩擦周长的0.1mm取出H0和HT中对应位置的数据，将取出的数据一一对应的记为H'0和H'T中；
(7)将H'T的数据减去相应的H'0的数据，从而计算得相应位置的油膜厚度ΔH，即ΔH＝H'T-H'0；
参见附图3，当ΔH＝H′ T-H′ 0＝HT1-H0>0时，表示相比于测量基准时，位移传感器2与摩擦盘5表面距离增大，进而表示试验销1与摩擦盘5间的油膜厚度增大，因此，ΔH可表征油膜厚度变化；
参见附图4，当ΔH＝H′ T-H′ 0＝HT2-H0<0时，表示相比于测量基准时，位移传感器2与摩擦盘5距离有所减小，进而表示试验载荷较大，润滑油膜难以将试验销1与摩擦盘5的两表面分开，试验销1与摩擦盘5间出现更多的粗糙峰接触，因此，ΔH还可表征摩擦盘5表面粗糙峰磨损量；
(8)其他条件不变，改变试验销的加载载荷、摩擦盘5的转速及润滑介质等测试参数，重复第五步至第七步，分析多测试参数对油膜厚度、润滑状态的影响及对磨损特性的规律性研究；通过重现实际润滑状态，进而对润滑油膜形成规律及变化进行研究；通过模拟摩擦副极限工况，确定该摩擦副的极限pv值；通过采用不同结构摩擦副，为摩擦副结构的合理设计提供试验依据。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种油润滑条件下销盘式摩擦机的膜厚测试方法，其特征在于，
第一步，将位移传感器(2)安装在支座上，与试验销(1)位于同一端，调整位移传感器(2)与试验销(1)的相对位置，使试验销(1)的底部比位移传感器(2)的底部突出设定的距离；
第二步，调节加载装置(4)与摩擦盘(5)的相对位置，使试验销(1)与摩擦盘(5)的轴线不重合；
第三步，测量基准数据H0：在无油状态下，将试验销(1)缓慢的推向摩擦盘(5)，当试验销(1)与摩擦盘(5)刚一接触上，立即停止试验销(1)的前移，然后再以设定转速旋转摩擦盘(5)，让其完整的转一圈，将此过程中位移传感器(2)所采集的测量值H0确定为基准数据；
第四步，测量试验数据HT：添加润滑油，再根据试验工况要求对试验销(1)加载的载荷及摩擦盘(5)的转速进行相应控制，最后再以设定的低转速旋转摩擦盘(5)，让其完整的转一圈，将此过程中位移传感器(2)所采集的测量值HT确定为试验数据；
第五步，将摩擦盘(5)同一点位置的H0和HT的数据一一对应，选取若干一一对应的数据组，将数据组里HT的数据减去相应的H0的数据，从而计算得相应位置的油膜厚度ΔH。
2.如权利要求1所述的一种油润滑条件下销盘式摩擦机的膜厚测试方法，其特征在于，所述第二步的具体过程为：通过自动调零和/或机械调零的方式对加载装置(4)及摩擦盘(5)进行调整，使试验销(1)的轴线与摩擦盘(5)的轴线重合，然后再调节加载装置(4)与摩擦盘(5)的相对位置，使试验销(1)沿摩擦盘(5)的径向移动，且使试验销(1)与摩擦盘(5)的轴线不重合，并记录移动的距离，即为此次试验的摩擦半径R。
3.如权利要求1所述的一种油润滑条件下销盘式摩擦机的膜厚测试方法，其特征在于，在第五步中，所述选取若干一一对应的数据组的方式为：将摩擦盘(5)同一点位置的H0和HT的数据一一对应，根据摩擦半径R计算出摩擦周长，每隔摩擦周长的固定长度取出H0和HT中对应位置的数据，将取出的数据一一对应的记为H'0和H'T中；将H'T的数据减去相应的H'0的数据，计算得相应位置的油膜厚度ΔH。
4.如权利要求1所述的一种油润滑条件下销盘式摩擦机的膜厚测试方法，其特征在于，在执行完第五步后还可进行进一步判断：当ΔH＞0时，利用ΔH表征油膜厚度变化；当ΔH＜0时，利用ΔH表征摩擦盘表面粗糙峰磨损量。
5.如权利要求1所述的一种油润滑条件下销盘式摩擦机的膜厚测试方法，其特征在于，在执行完第五步后，改变测试参数，所述测试参数包括试验销(1)的加载载荷、摩擦盘(5)的转速及润滑介质，按照第四步至第五步的方式，获得油膜厚度ΔH，并分析各个测试参数对油膜厚度、润滑状态及磨损特性的影响。
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