CN107796927A - 一种润滑脂的贮存加速试验装置 - Google Patents
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Abstract
一种润滑脂的贮存加速试验装置,包括基座、上盖、滚珠、导向立柱和加载块,加载块将上盖压在基座上,基座上设置有下滚道,上盖上设置有上滚道,且上滚道和下滚道一一对应,上滚道和下滚道内涂抹润滑脂,滚珠位于上滚道和下滚道之间,导向立柱穿过基座、上盖和加载块,用于限位。该装置不仅可以等效润滑脂在滚动接触副内的力学环境以及外部贮存环境,大量贮存润滑脂用于润滑脂的理化性能检测,还具有易生产、成本低、好安装等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种润滑脂的贮存加速试验装置,具体涉及一种针对航天伺服系统润滑脂贮存性研究用加速试验的贮存装置。
背景技术
伺服机构是我国对运载火箭飞行控制执行机构子系统的统称,其中机电伺服系统是近年来飞速发展的一种伺服系统,并且得到了很多成功实例的验证。由于机电伺服系统无需油液、输出功率大、响应快、体积小等特点,拥有广阔的发展前景。随着需求的扩大,机电伺服系统的贮存性能要求趋于严苛,如何经历长期地面贮存后仍不需要维护即可使用成为当前紧迫的任务,机电伺服系统内传动机构用润滑脂的贮存性是其中的薄弱环节,不仅影响着伺服系统的传动效率,又决定了伺服系统的可靠性,成为当前必须要解决的难题之一。
为研究润滑脂的贮存性能,除了要对新研制的润滑脂进行常规的理化性能检测,还需要进行加速试验的验证,进而优化润滑脂各化合物配比,满足长贮性能需求。
1、相关现有技术的内容
经过查阅文献,发现当前润滑脂的性能研究以及寿命预测多是针对脂润滑滚动轴承进行摩擦特性以及寿命预测等预测。在润滑脂多种特性中,润滑脂寿命是评价润滑脂性能的一个重要参数指标,它通过滚动轴承试验台进行寿命预测。除了寿命预测,也有学者针对滚珠/滚子与滚道之间的接触,结合试验与仿真分析手段,进行力学与热学耦合研究。
当前润滑脂研制是根据实际使用环境进行基础油、稠化剂以及添加剂的选择。其中,添加剂起着十分重要的作用,少量的添加剂可以极大地影响润滑脂的性能。在选定合适的配比,并且考察合理的制备工艺之后,制备出的新润滑脂需要进行理化性能验证试验以确定其与预期性能之间的差距并进行相应的配比调整。
新制备的润滑脂样品的理化参数需要通过标准测试流程进行确定,具体试验内容见图1,但是并没有对于贮存性能的试验。
2、该现有技术所存在的问题和缺陷
当前研究传动机构用润滑脂的润滑特性多是针对脂润滑滚动轴承进行,鲜有研究关注滚珠丝杠、滚柱丝杠等。而航天用机电伺服系统传动机构中包含滚珠丝杠、行星减速器、谐波齿轮减速器、角接触轴承等诸多滚动球接触副,其工作、贮存寿命和可靠性须满足系统要求。这些滚动球接触副中的润滑脂由于在存储过程中发生吸湿、氧化以及分油作用,导致润滑性能下降,而航天应用要求存储时间长,期间不能进行润滑脂的更换等相关产品维护工作,目前针对滚动球接触副的润滑特性研究内容不充分。
现有润滑脂理化性能测试为标准试验方法,虽包含氧化安定性试验,但润滑脂贮存在标准贮存环境中,将润滑脂放置于器皿中并施加一定的氧气浓度、温度、压力值等,静置一段时间之后进行性能检测。但是忽略了在滚动球接触副中,润滑脂的贮存环境含有一定的压应力、表面粗糙度以及放置角度(螺纹等),这对于润滑脂在贮存过程中会产生一定的内部压力与界面张力。理论上,在部分区域更易产生分油现象。因此当前理化性能试验无法进行润滑脂在滚动球接触副中的贮存性能分析,无法评估机电伺服系统的可靠性。
发明内容
本发明的技术解决问题是:本发明的目的在于提供一种针对航天机电伺服系统脂润滑球接触副的等效贮存装置,用于验证润滑脂贮存性能。
本发明的技术解决方案是:
一种润滑脂的贮存加速试验装置,包括:基座、上盖、滚珠、导向立柱和加载块,加载块将上盖压在基座上,基座上设置有下滚道,上盖上设置有上滚道,且上滚道和下滚道一一对应,上滚道和下滚道内涂抹润滑脂,滚珠位于上滚道和下滚道之间,导向立柱穿过基座、上盖和加载块,用于限位。
所述上滚道的曲率半径R与滚珠的半径r之间满足:1.3*r<R<1.6*r。
所述下滚道采用哥德式沟槽。
基座、上盖和滚珠材料相同,均采用高碳铬轴承钢。
上盖的厚度其中表示向上取整。
令上盖和加载块的重量之和等于需要模拟的滚珠受到的压紧力。
当需要模拟的是滚珠丝杠中滚珠受到的压紧力时,
在此,F是压紧力,β是导程角;Faxis是丝杠轴向负载,l是导程,R1是丝杠半径。
本发明与现有技术相比的有益效果是:
(1)该润滑脂加速试验贮存装置可模拟润滑脂在滚动球接触副内贮存环境。该等效贮存装置重点关注润滑脂贮存期间内,对润滑脂稳定性影响最大的滚动球接触副预紧应力进行等效设计,最大化还原润滑脂在滚动球接触副滚道内的贮存环境。
(2)与直接贮存涂抹好润滑脂的轴承、滚珠丝杠等产品相比,可实现批量润滑脂贮存,便于放置,为后续润滑脂性能检测提供了足量的样品。
(3)与直接购买大量轴承、滚珠丝杠等产品用于贮存相比,该润滑脂加速试验贮存装置生产成本低,生产周期短,易于放置。
(4)与轴承、滚珠丝杠等产品内滚珠受力不均匀对润滑脂影响不一、不利于分析结果相比,该润滑脂加速试验贮存装置通过叠加在上盖对加载块自身重量均匀加载,而且加载力大小通过添加/移走加载块实现。
(5)与轴承、滚珠丝杠等产品润滑脂涂抹量不易控制相比,该实验装置润滑脂含量易控制,可以为试验数据提供精确对结果。
(6)与轴承、滚珠丝杠等产品安装过程操作复杂,难度较大相比,该润滑脂加速试验贮存装置采用分体式结构,便于安装,操作流程简便。
附图说明
图1为现有润滑脂理化性能检测试验内容;
图2为新型润滑脂加速试验贮存装置示意图;
图3为贮存装置滚道详细示意图。
具体实施方式
如图2所示,本发明公开了一种新型加速试验贮存装置。该新型加速试验贮存装置包含:基座、滚珠、上盖、加载块和导向立柱五部分。加载块用于实现滚珠在滚道内实际预紧力的等效均匀加载作用,在贮存时,加载块压在上盖之上。上盖与基座之间设置有滚道,涂抹润滑脂后的滚珠位于上滚到和下滚道之间,用来等效滚珠在滚动接触副内的贮存环境。基座、上盖与加载块之间的相对位置,通过导向立柱进行限位。
该装置采用分体加工的方式进行加工,滚动球与基座的滚道之间选用微间隙配合。为等效滚动接触副的贮存环境,该贮存装置的基座、上盖与滚珠均采用高碳铬轴承钢。用于考察滚珠、滚道与润滑脂之间的相互影响。为了便于贮存装置加工,上盖的厚度取决于滚珠外径,推荐厚度为上盖其中表示向上取整。
该加速试验贮存装置的基座滚道选择哥德式(Gothic arch)沟槽,具体尺寸需要根据待等效的滚动接触副内滚珠直径进行计算。上盖滚道为普通半圆型滚道,选择该滚道的曲率半径略大于滚珠滚道,既上滚道的曲率半径R与滚珠3的半径r之间满足:1.3*r<R<1.6*r,以实现模拟预紧力加载过程,结构见图3。
滚珠在滚到内的贮存环境较为复杂,但是其中最重要的影响因素之一是滚珠丝杠、轴承等部件加载在滚珠上的预紧力。为了等效滚珠在滚珠丝杠、轴承内承受的预紧力,需要先进行等效预紧力计算:
在此,F是压紧力,β是导程角;Faxis是丝杠轴向负载,l是导程,R1是丝杠半径。
之后将加载块的重量与上盖的重量之和等于该预紧力,即可进行等效贮存试验。
当需要模拟的是轴承中滚珠受到的压紧力时,需要查阅相应的轴承样本进行明确。这样,滚动接触副润滑脂的贮存加速试验装置既准备完毕。
装配顺序及工作原理:
该贮存装置分为基座、滚珠、上盖、加载块和导向立柱五个部分,采用分体加工的方式进行加工,滚动球与基座的滚道之间选用微间隙配合。首先将导向立柱安装在基座上并置于水平平面,然后在基座以及上盖的滚道内填充润滑脂,加入一定量(密度参照被等效滚动接触副的原有密度)的滚珠。之后,将上盖沿着导向立柱放置于基座上。根据被等效的滚珠丝杠或者轴承等滚动接触副内部滚珠受到的实际预紧力进行加载力等效计算,沿着导向立柱并添加相应重量的加载块以实现均匀加载的目的,该润滑脂加速贮存试验装置结构见图2。
准备完毕的润滑脂贮存加速试验装置仅可实现滚动球接触副内部真实预紧力的等效贮存,为了让该贮存加速试验结果更准确,需要对放置于水平台面上的加速试验贮存装置施加相应的贮存环境(可控密闭环境)。根据制订完成的润滑脂加速试验贮存大纲,在密闭环境内充入一定压力的气体(气体组分依据试验大纲确定)并控制贮存温度、湿度等因素。定期抽检取样,对润滑脂进行理化性能检测即可。
实施例:
为了满足行业发展需求,需要对航天用滚珠丝杠的贮存性能进行考核。根据长贮润滑脂的筛选结果以及贮存需求,选用上述润滑脂的贮存加速试验装置,进行润滑脂的贮存加速试验。
将长贮润滑脂涂抹在该等效试验装置的滚道中,并置于高氧气浓度,较高压力以及较高温度环境中,进行试验。
Claims (7)
1.一种润滑脂的贮存加速试验装置,其特征在于包括:基座(1)、上盖(2)、滚珠(3)、导向立柱(4)和加载块(5),加载块(5)将上盖(2)压在基座(1)上,基座(1)上设置有下滚道,上盖(2)上设置有上滚道,且上滚道和下滚道一一对应,上滚道和下滚道内涂抹润滑脂,滚珠(3)位于上滚道和下滚道之间,导向立柱(4)穿过基座(1)、上盖(2)和加载块(5),用于限位。
2.根据权利要求1所述的一种润滑脂的贮存加速试验装置,其特征在于:所述上滚道的曲率半径R与滚珠(3)的半径r之间满足:1.3*r<R<1.6*r。
3.根据权利要求1所述的一种润滑脂的贮存加速试验装置,其特征在于:所述下滚道采用哥德式沟槽。
4.根据权利要求1所述的一种润滑脂的贮存加速试验装置,其特征在于:基座(1)、上盖(2)和滚珠(3)材料相同,均采用高碳铬轴承钢。
5.根据权利要求1所述的一种润滑脂的贮存加速试验装置,其特征在于:上盖(2)的厚度其中表示向上取整。
6.根据权利要求1所述的一种润滑脂的贮存加速试验装置,其特征在于:令上盖(2)和加载块(5)的重量之和等于需要模拟的滚珠(3)受到的压紧力。
7.根据权利要求6所述的一种润滑脂的贮存加速试验装置,其特征在于:当需要模拟的是滚珠丝杠中滚珠受到的压紧力时,
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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