CN105738276A - 一种预修摩擦副的高速润滑性能试验机及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预修摩擦副的高速润滑性能试验机及其应用，主要包括固定座，工作台，电主轴，防溅盒，摩擦盘，X向进给装置，Z向进给装置，夹紧装置，对磨工具，修盘装置，测量系统，对刀仪等；通过修盘装置对摩擦盘表面修盘后，电主轴带动摩擦盘旋转，通过修盘装置对摩擦盘表面修盘后，防溅盒内放入适量润滑剂，电主轴带动摩擦盘旋转，通过Z向进给装置和X向进给装置带动对磨工具与摩擦盘接触进行摩擦测试，测试过程中对磨工具与摩擦盘间压力保持恒定，测量系统在此过程中采集数据。本发明可以有效提高高速摩擦测试的稳定性与准确性。

Description

一种预修摩擦副的高速润滑性能试验机及其应用

技术领域

本发明属于摩擦学测试及精密与超精密加工领域，具体涉及一种预修摩擦副的高速润滑性能试验机及其应用。

背景技术

摩擦磨损发生在高速旋转机械、材料切削加工、机构往复运动等场合，摩擦系数及磨损历程对于零件材料的选择、结构设计、冷却润滑方式的选择等方面具有重要意义。其中高速摩擦磨损又有着和一般摩擦磨损不同的特征：①高速(线速度大于15m/s)产生的惯性力会影响润滑油的附着能力，将润滑油从摩擦区域挤出或甩出，造成摩擦系数的增大；②高速摩擦伴随着实际接触点的剧烈塑性变形，从而增加了接触点处的材料流动，减小了剪切阻力，进而减小了摩擦系数；③高速摩擦中实际接触点处的塑性变形导致了热量的产生和温度的上升，增加了摩擦副之间的化学亲和作用，从而增加了摩擦系数。鉴于高速摩擦物理过程的复杂性，高速摩擦磨损已经成为当前学术界研究的热点问题。

一般摩擦磨损的测试包括球盘、销盘、盘盘、四球等各种摩擦方法及其相关摩擦磨损试验机中，摩擦副在摩擦初期产生磨合作用，经过一段时间后摩擦状态达到稳定，进入稳定磨损阶段，此时仪器测量摩擦副的相对位移、摩擦力等物理量，计算出摩擦系数和磨损率。对于高速摩擦现有的试验方法存在以下问题：①高速过程中摩擦副实现磨合过程的条件较为苛刻，甚至不会出现稳定磨损阶段而直接到达严重磨损阶段；②高速摩擦过程的对磨工具磨损严重，即使达到了稳定磨损阶段，对磨工具的几何形状也已经发生了明显的改变，影响了测试的精度和准确性；③高速摩擦中高速旋转所产生的巨大惯性力严重影响了摩擦测试的精度。因为上述问题的限制，现有的商业摩擦磨损试验机的最高转速水平大概在5000rpm(直径50mm的摩擦盘)，线速度约合7.87m/s，难以达到高速摩擦的测试要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种预修摩擦副的高速润滑性能试验机及其应用，旨在减少磨合过程，利用单点刀具对摩擦盘进行在线修盘，保证摩擦副的形状精度和相对位置精度，同时通过动平衡增加摩擦过程的稳定性，力反馈装置可保证摩擦测试过程中对磨工具与摩擦盘间的压力恒定，从而实现高速润滑性能测试。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种预修摩擦副的润滑性能试验机，包括：

固定座；

水平布置的工作台，固接在固定座顶部；

垂直布置的电主轴，固接在固定座，且电主轴向上穿出工作台；

用于放置润滑剂的防溅盒，固接在电主轴顶部；

摩擦盘，固接在防溅盒内且与电主轴同轴，通过电主轴带动摩擦盘旋转；

X向进给装置，装接在工作台，且进给方向垂直于电主轴回转轴线并沿摩擦盘径向进给；

Z向进给装置，装接在X向进给装置，且进给方向平行于电主轴回转轴线；

夹紧装置，可装拆地装接在Z向进给装置；

与摩擦盘配合摩擦的对磨工具，装接在夹紧装置；

用于控制夹紧装置沿Z向微动并保持对磨工具与摩擦盘间压力恒定的力反馈装置，装接在夹紧装置；

用于对摩擦盘表面进行修盘的修盘装置，可装拆地装接在Z向进给装置；

用于采集划擦过程数据的测量系统，与对磨工具相连；

通过修盘装置对摩擦盘表面修盘后，电主轴带动摩擦盘旋转，通过Z向进给装置和X向进给装置带动对磨工具与摩擦盘接触，直至摩擦盘与对磨工具间压力达到测试设定值，进行摩擦测试；测试过程中通过力反馈装置保证对磨工具与摩擦盘间压力保持恒定在测试设定值，测量系统在此过程中采集数据。

一实施例中：所述固定座包括上下固接的床身与底座；所述工作台固接在床身顶部；所述电主轴固接在床身；

所述工作台与固定座之间设有一能调平和支撑工作台的调整装置；

所述工作台上固接有支撑架，该支撑架包括对称设置的长度不等的两个支撑臂，较短的支撑臂与工作台之间设有一能调整较短支撑臂高度的微调装置；所述X向进给装置固定在该两个支撑臂顶部；通过微调装置调整较短支撑臂高度以调节X向进给装置进给方向；所述微调装置的最小位移分辨率优于10nm。

一实施例中：所述电主轴旋转的端面跳动量和径向跳动量均小于1μm，且其最大转速不低于5000rpm。

一实施例中：所述摩擦盘为有色金属、黑色金属或脆硬材料制成的圆盘状结构；摩擦盘通过摩擦盘夹具固接在电主轴顶部；所述摩擦盘夹具为真空吸盘、磁吸盘或机械式夹具；电主轴、摩擦盘夹具与摩擦盘三者同轴；

所述对磨工具为摩擦球或摩擦销，该对磨工具表面设有或不设有涂层。

一实施例中：X向进给装置的进位精度优于0.1μm；Z向进给装置的进位精度优于0.1μm。

一实施例中：所述测量系统为测力仪与声发射系统，包括相互信号连接的测力仪、声发射系统、数据采集卡和信号放大器；所述对磨工具与测力仪和声发射系统相连接；所述测力仪的固有频率高于4KHz，测力精度优于0.01N；所述数据采集卡的采样速度高于2M/s。

一实施例中：所述夹紧装置包括：

夹具体，固接在Z向进给装置；该夹具体内设有上下布置且相互连通的沉头孔与锥孔；

拉杆，装接在夹具体沉头孔内且拉杆伸出夹具体上表面之外；该拉杆上设有至少两个止推轴承；所述止推轴承均位于夹具之沉头孔内，且上方的止推轴承的座圈上端面略高于夹具体上表面；

端盖，固接在夹具体上表面；该端盖上设有通孔，拉杆从该通孔伸出；通过端盖将止推轴承与轴环限制在夹具体的沉头孔；

手轮，适配装接在拉杆顶端；

对磨工具夹具，该对磨工具夹具具有与锥孔适配的锥体结构，对磨工具夹具适配装接在拉杆下且该锥体结构位于锥孔内以使对磨工具夹具与夹具体形成锥连接；对磨工具夹具下部伸出夹具体下表面之外；该对磨工具夹具下端为一套管，套管内设有刚性限位块，所述对磨工具可装拆地卡接在套管内并顶抵在刚性限位块。

一实施例中：所述修盘装置与对磨工具及对磨工具夹具替换装接在夹紧装置，包括装接在一起的修盘刀具和修盘刀杆，修盘刀杆具有与夹具体锥孔适配的锥体结构，该修盘刀杆可装拆地装接在拉杆；或，

所述修盘装置与夹紧装置替换装接在Z向进给装置，包括装接在一起的动力头和单点磨头。

一实施例中：所述修盘刀具为金刚石车刀、CBN车刀。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：

上述预修摩擦副的润滑性能试验机的试验方法，包括：

1)将摩擦盘固定在防溅盒内，防溅盒固定在电主轴上，摩擦盘可通过电主轴旋转；对该摩擦盘和防溅盒进行整体在线动平衡；

2)电主轴带动摩擦盘旋转，采用修盘装置在Z向进给装置带动下以一定切深并在X向进给装置带动下沿摩擦盘径向进给，从摩擦盘外侧沿径向切入摩擦盘对该摩擦盘表面进行修盘，以在摩擦盘表面形成修盘区域；

3)将对磨工具装夹在连有力反馈装置的夹紧装置上；

4)进行润滑性能测试：向防溅盒内加入适量润滑剂并浸没摩擦盘；根据需测试的划擦速度v和修盘区域内测试点所在的测试点半径R，通过计算摩擦盘的设定转速n；摩擦盘按照设定转速n转动，通过X向进给装置将对磨工具移至测试点正上方，并通过Z向进给装置将对磨工具下移与摩擦盘接触，直至摩擦盘与对磨工具间压力达到测试设定值，进行摩擦测试；测试过程中通过力反馈装置保证对磨工具与摩擦盘间压力保持恒定在测试设定值，同时通过测量系统采集划擦过程中的数据。

本发明所涉及的各个装置单一的处理过程为公知常识，本领域的技术人员根据上述的描述都可以利用上述装置完成这些处理过程。本发明的发明点在将各个装置组合使用，故而这些装置的具体操作步骤不做详细描述。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

本发明的预修摩擦副的高速润滑性能试验机，采用动平衡避免了摩擦盘高速旋转过程中的大幅端面跳动或径向跳动，从而增加摩擦过程的稳定性；同时，利用单点刀具超精密加工技术对摩擦盘进行在线加工，保证摩擦副的形状精度和相对位置精度，从而保证了摩擦副的相对运动精度，减少摩擦副的磨合过程，降低对磨工具的磨损和形状变化；再配合力反馈装置保证摩擦测试过程中对磨工具与摩擦盘间的压力恒定，进一步保证了测试的精度和准确性，能够实现高速润滑性能测试。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明预修摩擦副的高速润滑性能试验机的正视示意图。

图2为本发明预修摩擦副的高速润滑性能试验机的俯视示意图。

图3为本发明预修摩擦副的高速润滑性能试验机的局部放大示意图，图中示出X向进给装置，Z向进给装置，夹紧装置，工具头及相关部件的连接关系。

图4为图3中A处放大示意图，示出对磨工具夹具及对磨工具。

图5为本发明的夹紧装置结构示意图。

图6为本发明的图1的局部放大示意图，图中示出工作台局部，摩擦盘，摩擦盘夹具，防溅盒及相关部件的连接关系。

图7为本发明的修盘装置结构示意图。

图8为本发明实施例2中修盘前后摩擦盘表面三维形貌的对比，其中图8a为修盘前(经常规精车工艺加工)，图8b为修盘后。

图9为本发明实施例2中修盘前后摩擦盘表面端面跳动量的对比，其中图9a为修盘前(经常规精车工艺加工)，其端面跳动量最大值可达17.7μm；图9b为修盘后，其端面跳动量最大值为2.9μm。

图10为本发明实验例3得到的测试结果示意图。

附图标记：底座1，床身2，电主轴3，调整螺钉4，工作台5，微调装置6，支撑架7，X向直线电机8，X向直线电机动子8a，X向直线电机定子8b，Z向直线电机9，Z向直线电机动子9a，Z向直线电机定子9b，力反馈装置10，夹紧装置11，夹具体11a，端盖11b，止推轴承11c，拉杆11d，手轮11e，圆头螺钉11f，内六角螺钉11g，对磨工具夹具11h，对磨工具12，摩擦盘13，摩擦盘夹具14，修盘装置15，修盘刀杆15a，修盘刀具15b，防溅盒16。

具体实施方式

下面通过实施例具体说明本发明的内容：

实施例1

请查阅图1至图5，一种预修摩擦副的高速润滑性能试验机，包括：

固定座，包括上下布置并用螺栓固接的床身2与底座1；床身2为铸铁结构，可以保证试验机的整体刚度，同时具备一定的吸振能力；

水平布置的工作台5，固接在床身2顶部；工作台5与床身2之间设有一调整装置，为调整螺钉4，用于调平工作台5，并对工作台5起一定的支撑作用，以增加工作台5的刚度；工作台5中部为孔结构；

垂直布置的电主轴3，固接在床身2，且电主轴3向上从工作台5的孔结构中穿出工作台5；所述电主轴3可以为电动机直联主轴或电动机经中间传动、变速装置驱动主轴，其旋转的端面跳动量和径向跳动量均小于1μm，且其最大转速不低于5000rpm；

防溅盒16，固接在电主轴顶部；防溅盒16为圆盒状，可以是半开口的形式，用于盛装润滑剂及防止润滑剂在测试过程中溅出；润滑剂例如为切削液、润滑油、植物油、去离子水等多种润滑介质；

摩擦盘13，为有色金属、黑色金属或脆硬材料制成的圆盘状结构，通过摩擦盘夹具14固接在防溅盒16内底部中心；所述摩擦盘夹具14为真空吸盘、磁吸盘或机械式夹具；当摩擦盘13较薄或者摩擦盘13是硬脆材料时选用真空吸盘，当摩擦盘13是铁磁性材料时可选用磁吸盘；电主轴3、摩擦盘夹具14与摩擦盘13三者同轴；通过电主轴3带动防溅盒和摩擦盘13进行高速旋转；

X向进给装置，为进位精度优于0.1μm的X向直线电机8，通过进给控制系统控制，且该定位精度由光栅尺及其相应的位置反馈系统配合控制来保证；所述工作台5上固接有支撑架7，该支撑架7包括对称固接的长度不等的两个支撑臂，较短的支撑臂与工作台5之间设有一能调整较短支撑臂高度的微调装置6；较长的支撑臂直接固接在工作台5上；所述X向直线电机8水平固定在该两个支撑臂顶部；所述微调装置6为手动微调旋钮，最小位移分辨率至少达到10nm或更佳；通过微调装置6调整第较短支撑臂高度，从而调节X向直线电机8的进给方向，使其垂直于电主轴3回转轴线，以使X向直线电机8可沿摩擦盘13径向进给；

Z向进给装置，为进位精度优于0.1μm的Z向直线电机9，通过进给控制系统控制，且该定位精度由光栅尺及其相应的位置反馈系统配合控制来保证；Z向直线电机9固接在X向直线电机动子8a之上，Z向直线电机9进给方向平行于电主轴3回转轴线，即Z向直线电机9可以上下进给；

夹紧装置11，固接在Z向进给装置，该夹紧装置11能保证装夹方便快捷，且装夹后整体刚度较大，如图4所示，具体包括夹具体11a，拉杆11d，端盖11b，手轮11e，对磨工具夹具11h等，其中：

夹具体11a，固接在Z向直线电机9；该夹具体11a内设有上下布置且相互连通的沉头孔与锥孔；

拉杆11d，装接在夹具体11a沉头孔内且拉杆11d伸出夹具体11a上表面之外；该拉杆11d上设有轴环，两个止推轴承11c装接在拉杆11d上且分别紧贴轴环的两个端面，该轴环的两个端面分别用于两个止推轴承11c的安装定位，两个止推轴承11c可以消除拉杆11d旋转时的摩擦力；所述轴环与两个止推轴承11c均位于夹具体11a之沉头孔内，且上方的止推轴承的座圈上端面略高于夹具体11a上表面；

端盖11b，该端盖11b上设有通孔，通过该通孔套接在拉杆11d外且拉杆11d从该通孔伸出；端盖11b上设有两个对称布置的沉头孔，两个内六角螺钉11g通过沉头孔将端盖11b固接在夹具体11a上表面；端盖11b将止推轴承11c与轴环限制在夹具体11a的沉头孔，且通过调整内六角螺钉11g的松紧程度可以调整止推轴承11c的预紧力；

手轮11e，该手轮11e圆周表面滚花，其中心具有方形孔；所述拉杆11d顶端为方形结构，方形结构的厚度略小于手轮11e厚度；手轮11e通过该方形孔与拉杆11d顶端的方形结构适配装接，并通过一圆头螺钉11f将手轮11e压紧固接在拉杆11d顶端；以及，

对磨工具夹具11h，该对磨工具夹具11h具有与锥孔适配的锥体结构，该锥体结构位于锥孔内以使对磨工具夹具11h与夹具体11a形成锥连接；最好，所述锥孔的锥度为7:24；所述锥体结构的锥度为7:24；锥体结构上端面设有螺纹孔，所述拉杆11d下段具有外螺纹结构，通过该外螺纹结构与锥体结构上端面的螺纹孔相配合装拆螺接，以使拉杆11d拉紧装接对磨工具夹具11h，且对磨工具夹具11h下部伸出夹具体11a下表面之外；

本发明的预修摩擦副的高速润滑性能试验机还包括：与摩擦盘13配合摩擦的对磨工具12；所述对磨工具夹具11h下端为一套管，套管内设有刚性限位块，所述对磨工具12可装拆地卡接在套管内并顶抵在刚性限位块。

用于控制夹紧装置11沿Z向微动并保持对磨工具12与摩擦盘13间压力恒定的力反馈装置10，装接在夹紧装置11；该力反馈装置10为一种压力-位移反馈调节装置，可通过检测对磨工具12与摩擦盘13间压力变化，反馈性地通过微调夹紧装置11在Z向方向上的位置，从而保证在摩擦测试过程中对磨工具12与摩擦盘13间压力能够保持恒定，防止载荷降低；

另设有与对磨工具12及对磨工具夹具11h替换的可装拆地装接在夹紧装置11的修盘装置15，如图5所示，该修盘装置15包括装接在一起的修盘刀具15b和修盘刀杆15a，修盘刀杆15a具有与夹具体11a锥孔适配的锥体结构，该修盘刀杆15a可与对磨工具夹具11h替换装接在拉杆11d；所述修盘刀具15b为金刚石车刀、CBN车刀；当摩擦盘13为黑色金属时优选使用CBN车刀，当摩擦盘13为有色金属时优选金刚石车刀；或者，修盘装置也可以为与夹紧装置11替换装接于Z向进给装置的带有单点磨头的动力头，用于对黑色金属及硬脆材料制成的摩擦盘修盘；还包括，

用于采集划擦过程数据的测量系统，为测力仪与声发射系统，包括相互信号连接的测力仪、声发射系统、数据采集卡和信号放大器；测力仪固定在Z向直线电机动子9a上；所述夹紧装置可以固接在测力仪上；所述对磨工具12与测力仪和声发射系统相连接；所述测力仪的固有频率高于4KHz，测力精度优于0.01N；所述数据采集卡的采样速度高于2M/s；

上述预修摩擦副的高速润滑性能试验机的试验方法，包括：

1)将摩擦盘13固定在防溅盒16内底部中央，防溅盒16固定在电主轴3上，摩擦盘13可通过电主轴3旋转；对该摩擦盘13和防溅盒16进行整体在线动平衡，以减少摩擦盘13和防溅盒16在高速旋转时的振动，从而保证划擦过程中对磨工具12和摩擦盘13能稳定地接触；

2)电主轴3带动摩擦盘13旋转，修盘装置15在Z向直线电机9带动下以一定切深并在X向直线电机8带动下沿摩擦盘13径向进给，从摩擦盘13外侧沿径向切入摩擦盘13对该摩擦盘13表面进行修盘，以在摩擦盘13表面形成圆环形修盘区域；修盘可以降低摩擦盘13端面跳动量，提高表面质量，进一步保证划擦过程中对磨工具12和摩擦盘13能稳定地接触：摩擦盘13修盘区域的表面质量最好达到轴向跳动量优于IT1级，表面平均粗糙度Ra优于10nm；

3)将对磨工具12装夹在连有力反馈装置10的夹紧装置11上；

4)进行润滑性能测试：向防溅盒16内加入适量润滑剂并浸没摩擦盘13；根据需测试的划擦速度v和修盘区域内测试点所在的测试点半径R，通过计算摩擦盘13的设定转速n；摩擦盘13和防溅盒16按照设定转速n转动，通过X向进给装置8将对磨工具12移至测试点正上方，并通过Z向进给装置9将对磨工具12下移与防溅盒16内的摩擦盘13接触，直至摩擦盘13与对磨工具12间压力达到测试设定值，进行摩擦测试；测试过程中通过力反馈装置10保证对磨工具12与摩擦盘13间压力保持恒定在测试设定值，同时通过测量系统采集划擦过程中的数据，并通过信号放大器传输至数据采集卡，再传输至计算机进行计算，可得到摩擦力、声发射信号等物理量；摩擦力与恒定接触压力1N的比值为摩擦系数，可通过摩擦力数值计算得到。

实施例2

利用本发明实施例1的预修摩擦副的高速润滑性能试验机进行具体测试：

1)将直径400mm的无氧铜圆盘形摩擦盘13固定在防溅盒16内底部中央，防溅盒16固定在电主轴3上，摩擦盘13可通过电主轴3旋转；用动平衡仪对该摩擦盘13和防溅盒16进行整体在线动平衡，以减少摩擦盘13和防溅盒16在高速旋转时的振动，从而保证划擦过程中对磨工具12和摩擦盘13能稳定地接触；

2)电主轴3带动摩擦盘13旋转，修盘刀具15b为金刚石车刀，在Z向直线电机9带动下以一定切深并在X向直线电机8带动下沿摩擦盘13径向进给，从摩擦盘13外侧沿径向切入摩擦盘13对该摩擦盘13表面进行修盘，具体地，可以先用聚晶金刚石单点车刀修盘，再用单晶金刚石单点车刀修盘，在摩擦盘1表面形成端面跳动量3μm，表面平均粗糙度Ra4nm的圆环形修盘区域3，以降低摩擦盘1端面跳动量，提高表面质量，进一步保证划擦过程中对磨工具和摩擦盘13能稳定地接触：

2-1)聚晶金刚石单点车刀修盘：立式超精密车削模式，修盘时摩擦盘13的转速为3000rpm，聚晶金刚石单点车刀从摩擦盘13外侧以10μm的切深沿摩擦盘13径向进给，进给速度范围为0.4～1.2mm/s，进给距离为160mm；

2-2)单晶金刚石单点车刀修盘：立式超精密车削模式，修盘时摩擦盘13的转速为3000rpm，单晶金刚石单点车刀从摩擦盘13外侧以2μm的切深沿摩擦盘13径向进给，进给速度范围为0.1～0.3mm/s，进给距离为160mm；

修盘前后摩擦盘13表面三维形貌和端面跳动量的对比分别见图8和图9；

3)将对磨工具12装夹在连有力反馈装置10的夹紧装置11上，本实施例之中，所述对磨工具12为直径4mm的P30未涂层硬质合金摩擦球；

4)进行润滑性能测试：向防溅盒16内加入适量润滑剂并浸没摩擦盘13；根据需测试的划擦速度v和修盘区域内测试点所在的测试点半径R，通过计算摩擦盘13的设定转速n；本实施例之中，R＝50mm，划擦速度v＝15.7m/s，n＝3000rpm；摩擦盘13和防溅盒16按照设定转速n转动，通过X向进给装置8将对磨工具12移至测试点正上方，并通过Z向进给装置9将对磨工具12下移与防溅盒16内的摩擦盘13接触，直至摩擦盘13与对磨工具12间压力达到测试设定值1N，进行润滑性能测试；测试过程中通过力反馈装置10保证对磨工具12与摩擦盘13间压力保持恒定在测试设定值1N，同时通过测量系统采集划擦过程中的数据，并通过信号放大器传输至数据采集卡，再传输至计算机进行计算，可得到摩擦力、声发射信号等物理量；摩擦力与恒定接触压力1N的比值为摩擦系数，可通过摩擦力数值计算得到。

实施例3

1)将直径400mm的齿轮钢42CrMoV(硬度HRC50)圆盘形摩擦盘13固定在防溅盒16内底部中央，防溅盒16固定在电主轴3上，摩擦盘13可通过电主轴3旋转；用动平衡仪对该摩擦盘13和防溅盒16进行整体在线动平衡，以减少摩擦盘13和防溅盒16在高速旋转时的振动，从而保证划擦过程中对磨工具12和摩擦盘13能稳定地接触；

2)电主轴3带动摩擦盘13旋转，修盘刀具15b为CBN(立方氮化硼)车刀，在Z向直线电机9带动下以一定切深并在X向直线电机8带动下沿摩擦盘13径向进给，从摩擦盘13外侧沿径向切入摩擦盘13对该摩擦盘13表面进行修盘，具体地，可以先进行粗修盘，再进行精修盘，在摩擦盘1表面形成端面跳动量5.1μm，表面平均粗糙度Ra4.57nm的圆环形修盘区域3，以降低摩擦盘1端面跳动量，提高表面质量，进一步保证划擦过程中对磨工具和摩擦盘13能稳定地接触：

2-1)CBN单点车刀修盘：立式车削模式，修盘时摩擦盘13的转速为3000rpm，CBN单点车刀从摩擦盘13外侧以15μm的切深沿摩擦盘13径向进给，进给速度范围为0.4～1.2mm/s，进给距离为160mm；

2-2)CBN单点车刀修盘：立式车削模式，修盘时摩擦盘13的转速为3000rpm，CBN单点车刀从摩擦盘13外侧以2μm的切深沿摩擦盘13径向进给，进给速度范围为0.1～0.3mm/s，进给距离为160mm；

3)将对磨工具12装夹在连有力反馈装置10的夹紧装置11上，本实施例之中，所述对磨工具12为直径4mm的P30未涂层硬质合金摩擦球；

4)进行润滑性能测试：向防溅盒16内加入适量润滑剂去离子水并浸没摩擦盘13；根据需测试的划擦速度v和修盘区域内测试点所在的测试点半径R，通过计算摩擦盘13的设定转速n；本实施例之中，R＝101.9mm，划擦速度v＝64m/s，n＝6000rpm；摩擦盘13和防溅盒16按照设定转速n转动，通过X向进给装置8将对磨工具12移至测试点正上方，并通过Z向进给装置9将对磨工具12下移与防溅盒16内的摩擦盘13接触，直至摩擦盘13与对磨工具12间压力达到测试设定值1N，进行润滑性能测试；测试过程中通过力反馈装置10保证对磨工具12与摩擦盘13间压力保持恒定在测试设定值1N，同时通过测量系统采集划擦过程中的数据，并通过信号放大器传输至数据采集卡，再传输至计算机进行计算，可得到摩擦力、声发射信号等物理量；摩擦力与恒定接触压力1N的比值为摩擦系数，可通过摩擦力数值计算得到。

本实施例得到的摩擦系数曲线如图10所示。

根据需要，对磨工具可以为摩擦球或摩擦销，相应地进行的为球-盘摩擦测试或销-盘摩擦测试；对磨工具表面可以涂有超薄涂层，相应地进行的为涂层润滑性能测试，涂层例如为TiAlN涂层等。由于涂层厚度越薄越易磨损，相应的磨合过程必须更短，对仪器的要求也越高。现有的试验机一般最薄只能做到厚度20μm的涂层测试，而本发明的预修摩擦副的高速润滑性能试验机能够缩短磨合过程，很快达到稳定摩擦，因而尤其适用于较薄的涂层测试，即使涂层厚度为1μm也能实现高精度测试。

对比例

本对比例采用商用的高速润滑性能试验机进行湿摩擦测试，其余装置、参数和方法同实施例3。结果显示：虽然由于润滑剂的存在，摩擦副在达到磨合过程中的损耗较少，所以是否修盘对最终稳定摩擦过程的平均摩擦系数影响不大。但商用的高速润滑性能试验机中，由于摩擦球和对磨的摩擦盘的接触稳定性不足，需要更长的时间才能完成磨合过程，实现稳定摩擦，而且摩擦系数的波动较大；实施例2中摩擦球和对磨的摩擦盘很快进入稳定接触状态，摩擦系数的稳定性好，测试结果更加准确，摩擦测试过程中力传感器等仪器的反馈响应速度要求显著降低，容易降低仪器成本及达到更高的滑动摩擦系数。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种预修摩擦副的润滑性能试验机，其特征在于：包括：

固定座；

水平布置的工作台，固接在固定座顶部；

垂直布置的电主轴，固接在固定座，且电主轴向上穿出工作台；

用于放置润滑剂的防溅盒，固接在电主轴顶部；

摩擦盘，固接在防溅盒内且与电主轴同轴，通过电主轴带动摩擦盘旋转；

X向进给装置，装接在工作台，且进给方向垂直于电主轴回转轴线并沿摩擦盘径向进给；

Z向进给装置，装接在X向进给装置，且进给方向平行于电主轴回转轴线；

夹紧装置，可装拆地装接在Z向进给装置；

与摩擦盘配合摩擦的对磨工具，装接在夹紧装置；

用于控制夹紧装置沿Z向微动并保持对磨工具与摩擦盘间压力恒定的力反馈装置，装接在夹紧装置；

用于对摩擦盘表面进行修盘的修盘装置，可装拆地装接在Z向进给装置；

用于采集划擦过程数据的测量系统，与对磨工具相连；

通过修盘装置对摩擦盘表面修盘后，电主轴带动摩擦盘旋转，通过Z向进给装置和X向进给装置带动对磨工具与摩擦盘接触，直至摩擦盘与对磨工具间压力达到测试设定值，进行摩擦测试；测试过程中通过力反馈装置保证对磨工具与摩擦盘间压力保持恒定在测试设定值，测量系统在此过程中采集数据。

2.根据权利要求1所述的一种预修摩擦副的润滑性能试验机，其特征在于：所述固定座包括上下固接的床身与底座；所述工作台固接在床身顶部；所述电主轴固接在床身；

所述工作台与固定座之间设有一能调平和支撑工作台的调整装置；

所述工作台上固接有支撑架，该支撑架包括对称设置的长度不等的两个支撑臂，较短的支撑臂与工作台之间设有一能调整较短支撑臂高度的微调装置；所述X向进给装置固定在该两个支撑臂顶部；通过微调装置调整较短支撑臂高度以调节X向进给装置进给方向；所述微调装置的最小位移分辨率优于10nm。

3.根据权利要求1所述的一种预修摩擦副的润滑性能试验机，其特征在于：所述电主轴旋转的端面跳动量和径向跳动量均小于1μm，且其最大转速不低于5000rpm。

4.根据权利要求1所述的一种预修摩擦副的润滑性能试验机，其特征在于：所述摩擦盘为有色金属、黑色金属或脆硬材料制成的圆盘状结构；摩擦盘通过摩擦盘夹具固接在电主轴顶部；所述摩擦盘夹具为真空吸盘、磁吸盘或机械式夹具；电主轴、摩擦盘夹具与摩擦盘三者同轴；

所述对磨工具为摩擦球或摩擦销，该对磨工具表面设有或不设有涂层。

5.根据权利要求1所述的一种预修摩擦副的润滑性能试验机，其特征在于：X向进给装置的进位精度优于0.1μm；Z向进给装置的进位精度优于0.1μm。

6.根据权利要求1所述的一种预修摩擦副的润滑性能试验机，其特征在于：所述测量系统为测力仪与声发射系统，包括相互信号连接的测力仪、声发射系统、数据采集卡和信号放大器；所述对磨工具与测力仪和声发射系统相连接；所述测力仪的固有频率高于4KHz，测力精度优于0.01N；所述数据采集卡的采样速度高于2M/s。

7.根据权利要求1所述的一种预修摩擦副的润滑性能试验机，其特征在于：所述夹紧装置包括：

夹具体，固接在Z向进给装置；该夹具体内设有上下布置且相互连通的沉头孔与锥孔；

拉杆，装接在夹具体沉头孔内且拉杆伸出夹具体上表面之外；该拉杆上设有至少两个止推轴承；所述止推轴承均位于夹具之沉头孔内，且上方的止推轴承的座圈上端面略高于夹具体上表面；

端盖，固接在夹具体上表面；该端盖上设有通孔，拉杆从该通孔伸出；通过端盖将止推轴承与轴环限制在夹具体的沉头孔；

手轮，适配装接在拉杆顶端；

对磨工具夹具，该对磨工具夹具具有与锥孔适配的锥体结构，对磨工具夹具适配装接在拉杆下且该锥体结构位于锥孔内以使对磨工具夹具与夹具体形成锥连接；对磨工具夹具下部伸出夹具体下表面之外；该对磨工具夹具下端为一套管，套管内设有刚性限位块，所述对磨工具可装拆地卡接在套管内并顶抵在刚性限位块。

8.根据权利要求1所述的一种预修摩擦副的润滑性能试验机，其特征在于：所述修盘装置与对磨工具及对磨工具夹具替换装接在夹紧装置，包括装接在一起的修盘刀具和修盘刀杆，修盘刀杆具有与夹具体锥孔适配的锥体结构，该修盘刀杆可装拆地装接在拉杆；或，

所述修盘装置与夹紧装置替换装接在Z向进给装置，包括装接在一起的动力头和单点磨头。

9.根据权利要求8所述的一种预修摩擦副的润滑性能试验机，其特征在于：所述修盘刀具为金刚石车刀、CBN车刀。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的预修摩擦副的润滑性能试验机的试验方法，其特征在于：包括：

1)将摩擦盘固定在防溅盒内，防溅盒固定在电主轴上，摩擦盘可通过电主轴旋转；对该摩擦盘和防溅盒进行整体在线动平衡；

2)电主轴带动摩擦盘旋转，采用修盘装置在Z向进给装置带动下以一定切深并在X向进给装置带动下沿摩擦盘径向进给，从摩擦盘外侧沿径向切入摩擦盘对该摩擦盘表面进行修盘，以在摩擦盘表面形成修盘区域；

3)将对磨工具装夹在连有力反馈装置的夹紧装置上；

4)进行润滑性能测试：向防溅盒内加入适量润滑剂并浸没摩擦盘；根据需测试的划擦速度v和修盘区域内测试点所在的测试点半径R，通过计算摩擦盘的设定转速n；摩擦盘按照设定转速n转动，通过X向进给装置将对磨工具移至测试点正上方，并通过Z向进给装置将对磨工具下移与摩擦盘接触，直至摩擦盘与对磨工具间压力达到测试设定值，进行摩擦测试；测试过程中通过力反馈装置保证对磨工具与摩擦盘间压力保持恒定在测试设定值，同时通过测量系统采集划擦过程中的数据。