CN108291900B - 摩擦检测设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量流体的摩擦性能的检测方法和设备，并且包括：第一样品保持器，其适于将待测流体中的第一样品保持与第二样品保持器中的第二样品的第二样品表面接触，具有用于在两个样品之间施加可测量载荷的装置，并且具有用于沿第一方向振荡样品保持器中的至少一个的振荡驱动装置，和运动引起装置，用于在第一和第二样品保持器之间在第二方向上引起运动以引起样品之间的复合运动，已经发现了具有更精确读数的结果。第一样品保持器连接到在第一方向上被引起运动的轴，所述第一方向是轴的长度方向，并且用于在第二方向上引起运动的运动引起装置可以是位于轴上的偏心配重。

Description

摩擦检测设备和方法

技术领域

本发明涉及用于检测润滑剂或其它流体的润滑性能和/或材料的摩擦和磨损性能的设备和方法。这种设备模拟具有移动部件和流体润滑剂的机械装置(例如燃料泵)的操作的状态。可以测量润滑剂或其它被检测流体的状态、运动部件的状态和检测过程中作用在运动部件上的力。通过这些测量，通常能够在作为新产品销售之前或者在作为部件被引入到新产品中之前检测新材料和润滑剂或其它流体。

背景技术

这种检测机器的一个重要特征是它们能够为各种检测流体重现可靠的结果。该结果取决于检测样品上磨损的可靠性，该检测样品需要与检测流体的性能而不是任何其它外来因素精确相关。

先前公开的No.2270387号英国专利描述了一种使用刚性推杆检测润滑性的设备。在本公开内容中，目的是减少由振动质量的频率和位移振幅而不是在负载上引起的不希望的振动，因为当在低负载下执行检测时，即使非常小的不希望的振动也可以完全地淹没所关注的振动力。这通过将支撑测量装置连接到支撑块来解决，该支撑块是振荡臂和样品保持器的组合质量的至少十倍大。

已知装置的另一个明显问题是，在检测样品之间摩擦系数变化的状态下，特别是在冲程长度小于0.1mm的情况下，它们会引起冲程长度一致性的问题。在滑动接触中产生的摩擦力相对于滑动速度或位移本质上是非线性的。这意味着在短行程长度的情况下，趋于出现粘滑行为，这可能难以控制。使用机械联动来驱动移动样品的已知设备不会遇到这个问题，但是联动中的累积公差误差意味着精确的短行程长度再次难以以好的再现性实现。先前的解决方案试图加强驱动部件以缓解这个问题。

发明内容

根据本发明，提供了根据所附权利要求书的检测设备和方法。

附图说明

仅通过示例的方式在附图中说明本发明，其中：

图1是根据本发明的设备的一个实施例沿图2中的线I-I的截取的一部分纵向截面，

图2是根据本发明的设备的一个实施例的平面图，

图3是根据本发明的设备的另一实施例的简化平面图，

图4是本发明另一实施例的挠曲构件的横截面，以及

图5是本发明另一实施例的挠曲构件的横截面。

具体实施方式

参考附图，示出了根据本发明的检测设备的一个实施例，分别具有上部和下部样品13和14。上部样品13通过平头螺钉12(grub screw 12)被可释放地保持在上部样品保持器10中。上部样品13包括球形的被检测材料。上部样品保持器10通过螺钉19被可释放地附接到连接到电磁振动器1的推杆9。推杆9是具有可测量弹性的任何合适材料的中空管的形式。

在该实施例中，后挠曲件4附接到推杆9并且围绕其外边缘夹在壳体24中。后挠曲件4用于控制振动器1的轴向刚度。当以大于0.2mm的行程长度操作时，前挠曲件5被设计为在轴向方向上比后挠曲件4更硬，是其大约10倍，并且附接到推杆9，但在其外边缘处是自由的。

位移测量装置通常是线性可变差动变压器(LVDT)，其将被并入到电反馈电路中以控制振动器的振荡的幅度。方便地，沿着振动器的振荡轴和样品保持器可以并入一个或多个挠曲件，使得挠曲件抵抗样品保持器的振荡。这些挠曲件可仅包括弹簧刚度，或者平行的弹簧和阻尼器，或仅包括阻尼器。该挠曲件对可移动的样品保持器的运动施加阻力，该运动相对于位移和/或速度是轴向的。因此，样品之间的摩擦力的例如50％的变化将仅导致振动器所经历的总负载中的大约5％的变化。因此，效果是降低行程长度对轴向摩擦负载变化的敏感性，并允许在非常短的行程长度内可靠地操作。

当需要在小于0.2mm的行程长度下操作振动器1时，例如当进行微动检测(fretting test)时，螺纹套环6被拧入壳体24中，夹持前挠曲件5的外边缘抵靠壳体24，并因此增加振动器1的轴向刚度约10倍。这允许在10微米或更小的行程长度上进行可靠的操作。

为了测量和控制振动器1的行程长度，线性可变差动变压器(LVDT)7被保持在壳体24中，使推杆9穿过其中心。LVDT芯8刚性地保持在推杆9内部，使得当推杆9静止时，其位于LVDT 7内部的轴向和纵向中心。推杆9优选由非磁性材料制成以允许LVDT 7正确地操作。在使用中，LVDT 7检测芯8的运动并因此检测推杆9和上部样品保持器10，并且反馈控制电路26被用于调节到振动器的电力以将行程长度保持在任何期望的值，而不管样品间的摩擦系数的变化。

振动器1在保持在支撑件2中的两个支承件3上枢转。基座组件23被设计为比该设备的所有振荡部件的总质量更重大，是其大约500倍。这很容易实现，同时保持该设备的总质量足够低以便手便携，因为总振荡质量仅为约40克。这确保了振荡质量对抗振动器1的惯性力只会引起设备本体中的微小加速度，并且不会干扰摩擦力的测量。

负载通过悬吊在负载销11上的静重施加到样品上。或者可以使用可调节的弹簧平衡系统。下部样品14被可释放地夹持到下部样品保持器15中。该样品保持器为小的不锈钢槽的形式，其可以包含少量的检测润滑剂。样品保持器通过螺钉17和18可释放地夹持在加热器组件16上。

现在参照图3，提供了偏心配重27，其固定地附接到位于螺纹套环6内的推杆9。该偏心配重27具有相对于推杆9的中心线不对称的重量分布，这具有的效果是：引起推杆9在与轴向振动运动正交的方向上的径向振荡，并且相应地引起上部样品保持器10的径向振荡，使样品除了由振动器1引起的主要轴向运动之外还沿径向运动而振荡。

推杆的刚度可以调节，例如以减小刚度以增加径向振动的效果。

在每次检测之后，测量上部样品13和下部样品14中的任一者或两者上的磨损指示或磨损痕迹在宽度、长度和深度上的尺寸，并且这与正被检测的流体的摩擦性能相关。已经令人惊讶地发现，上部样品保持器10相对于下部样品保持器15在轴向和非轴向或径向两个方向上的这种复合运动提供了更一致的结果，其表现出与正被检测的流体的摩擦性能更真实和更精确的相关性。

推杆9和上部样品保持器10的运动的该非轴向分量可以由替代装置引起，例如除了振动器1之外由单独的机械的或电的动力提供。在该实施例中，推杆9的运动的非轴向分量在与推杆的运动的第一轴向方向正交的径向方向上。在替代实施例中，可能引起沿与第一方向正交的方向以外的方向在第二方向上的运动，并仍然实现期望的结果。

配重27位于沿着推杆从振动器1到上部样品保持器10的距离的大约三分之一处。

在一个未示出的替代实施例中，使得下部样品保持器15在大致垂直于推杆9和上部样品保持器10的线性振荡的方向上引起振荡。这产生了上部样品13和下部样品14之间的复合多向相对运动的类似效果。可以使得下部样品保持器15其本身与加热组件16一起引起运动，或者加热组件16和保持器15可以一起运动。

温度调节组件16包含电加热器或冷却元件，其与热电偶25和合适的控制器一起允许在升高的温度或降低的温度下进行检测。温度调节组件16附接到挠曲支撑件20，挠曲支撑件20被设计成在除了上部样品13的振荡方向之外的所有方向上都是刚性的，在上部样品的振荡方向上允许它偏转。温度调节组件16和下部样品保持器15在该方向上的运动通过附接至刚性组件22的力传感器21来限制。

合适的下部(通常)固定的样品保持器可以采用不锈钢槽的形式，以容纳检测润滑剂。样品保持器可以附接到含有电加热器和/或冷却流体通道的组件上，其与合适的控制装置一起允许在除室温以外的温度下进行检测。该样品保持器也可以封装在腔内，以允许在特定的气体环境中进行检测。合适地，该设备还包括用于施加可变已知负载以将样品压成接触的装置。

由于力传感器21(例如压电力传感器)在上部样品13的振荡方向上比挠曲支撑件20硬许多数量级，所以样品之间的摩擦力将几乎完全抵抗力传感器21。力传感器21连接到提供瞬时的和时间平均的摩擦力输出的电子电路。借助于该设备，也可以测量两个样品之间的接触的电阻力。这种阻力取决于样品之间粗糙接触的粗糙程度，并且是在分离样品时润滑剂有效性的定性测量。

在这些测量过程中，可以通过上述方法改变负载和样品温度的参数。

部件列表：

1–电磁振动器

2–支撑件

3–轴承

4–后挠曲件

5–前挠曲件

6–螺纹套环

7–线性可变差动变压器(LVDT)

8–芯

9–推杆

10–上部样品保持器

11–负载销

12–平头螺钉

13–上部样品

14–下部样品

15–下部样品保持器

16–加热器组件

17–螺钉

18–螺钉

19–螺钉

20–挠曲支撑件

21–力传感器

22–刚性组件

23–基座组件

24–壳体

25–热电偶

26–

27–配量。

Claims (11)

1.一种检测设备，用于测量流体的摩擦性能，包括：第一样品保持器，其适于将第一样品保持在正被检测的流体中，使得所述第一样品的第一样品表面与第二样品保持器中的第二样品的第二样品表面接触，所述第一样品保持器连接到在第一方向上引起运动的轴，所述第一方向是所述轴的长度方向；用于在所述两个样品之间施加可测量负载的装置，所述检测设备还包括用于沿第一方向振荡所述第一样品保持器的振荡驱动装置，其特征在于，所述设备包括运动引起装置，用于在所述第一和第二样品保持器之间在第二方向上引起运动，所述运动引起装置是位于所述轴上的偏心配重，并且引起第一样品保持器相对于第二样品保持器在轴向和非轴向上的复合运动。

2.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，所述检测设备包括位移测量装置，以确定所述样品的振荡的幅度。

3.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，所述检测设备包括控制所述样品的振荡的幅度的装置。

4.根据前述权利要求中任一项所述的检测设备，其特征在于，所述检测设备包括力测量装置，以测量所述两个样品之间的摩擦力。

5.根据权利要求2所述的检测设备，其特征在于，所述位移测量装置是线性可变差动变压器。

6.根据权利要求2所述的检测设备，其特征在于，所述位移测量装置连接到反馈电路，以控制所述振荡驱动装置的振动的幅度。

7.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，所述振荡驱动装置在频率和幅度上是可变的。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的检测设备，其特征在于，所述样品中的至少一个被设置在用于容纳检测润滑剂的箱中。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的检测设备，其特征在于，所述检测设备包括温度调节装置，以便在各种温度下进行检测。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的检测设备，其特征在于，所述第一和第二样品在它们不接触时彼此电绝缘，并且所述检测设备还包括所述样品和检测表面之间的电阻的测量装置。

11.一种用于使用根据前述权利要求中的任一项所述的检测设备测量流体的摩擦性能的方法，包括：第一样品保持器，其适于将第一样品保持在正被检测的流体中，使得第一样品的第一样品表面与第二样品保持器中的第二样品的第二样品表面接触，在所述两个样品之间施加可测量负载，使所述样品保持器中的至少一个沿第一方向振荡，

测量在所述第一或第二样品上的磨损的程度，

其特征在于，所述方法包括：在所述第一和第二样品保持器之间在第二方向上引起运动；

其中，所述引起运动包括引起第一样品保持器相对于第二样品保持器在轴向和非轴向上的复合运动。

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