CN108645785A - 纳米金刚石润滑油往复摩擦磨损试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种纳米金刚石润滑油往复摩擦磨损试验装置及试验方法，所述装置包括相对滑动摩擦且均水平设置的上试块、下试块，所述上试块和/或下试块上设置有摩擦系数传感器，所述摩擦系数传感器连接控制单元，所述上试块上设置有压力施加结构，还包括调频电机及偏心轮，所述偏心轮的偏心轴部与所述调频电机的轴端固连，该偏心轮的轮缘连接有连杆，该连杆另一端铰链于滑块上，所述下试块与该滑块固连。该试验装置结构简单，易于生产和操作，解决了纳米金刚石润滑油的摩擦系数检测的问题，同时该试验装置还能对多种润滑油进行摩擦系数的试验，也可对同一种润滑油进行多种因素的摩擦系数的试验，如不同压力、不同行程、不同的电机频率等。
Description
技术领域
本发明涉及机械领域，具体涉及一种纳米金刚石润滑油往复摩擦磨损试验装置及试验方法。
背景技术
所有机械在运动中均会发生各种各样的摩擦磨损。目前，摩擦磨损所造成的能源损失约占全部使用能源的1/3以上，如发动机中缸套/活塞环摩擦副的能量损耗约占发动机中摩擦损耗总能量的45％。因此，为了改善润滑油的性能，往往需要在润滑油中加入为减少摩擦磨损的添加剂。近年来，为了克服传统添加剂中含有硫(S)、磷(P)、氯(Cl)等有害物质造成的金属腐蚀和环境污染，在润滑油中加入固体润滑材料已经越来越受到业界的关注。特别是纳米材料技术的不断进步和广泛应用，对润滑油中固体添加剂的应用产生了巨大的推动，因而纳米粉末成为当前润滑油添加材料研究和开发的一个新热点。纳米材料添加剂具有良好的减摩抗磨效果，且可大幅度地提高润滑油的承载能力。
比如纳米金刚石润滑油，大量的试验研究表明，纳米金刚石颗粒可渗透到摩擦副表面并形成极薄的固体润滑膜，可以有效地防止和推迟摩擦副表面发生黏着磨损，大大降低摩擦副表面的摩擦系数，并大幅度提升摩擦副极压性能的改善率。
然而，在润滑油的摩擦系数的测定方面，绝大多数的润滑油的摩擦系数测定法都是采用的“四球法”，“四球法”主要是测定润滑油中所添加抗磨剂的抗磨损性能，而纳米金刚石润滑油中的纳米金刚石不是抗磨剂，而是一种纳米级的高精度研磨剂，没有抗磨性能，因此“四球法”就不再适用于纳米金刚石润滑油的抗磨损性能即摩擦系数的测定了。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种能有效检测纳米金刚石润滑油往复摩擦磨损试验装置及试验方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种纳米金刚石润滑油往复摩擦磨损试验装置，包括相对滑动摩擦且均水平设置的上试块、下试块，所述上试块和/或下试块上设置有摩擦系数传感器，所述摩擦系数传感器连接控制单元，所述上试块上设置有压力施加结构，还包括调频电机及偏心轮，所述偏心轮的偏心轴部与所述调频电机的轴端固连，该偏心轮的轮缘连接有连杆，该连杆另一端铰链于滑块上，所述下试块与该滑块固连。
将纳米金刚石润滑油涂抹于下试块上表面，通过调频电机带动偏心轮转动，从而带动滑块上固设的下试块做往复运动，实现了下试块与上试块之间的往复摩擦，摩擦系数传感器实时采集摩擦系数，从而实现了纳米金刚石润滑油的摩擦系数检测。该试验装置结构简单，易于生产和操作，解决了纳米金刚石润滑油的摩擦系数检测的问题，同时该试验装置还能对多种润滑油进行摩擦系数的试验，也可对同一种润滑油进行多种因素的摩擦系数的试验，如不同压力、不同行程、不同的电机频率等。
进一步的，还包括支架及设于该支架上的导轨，所述滑块滑动配合于该导轨上；所述调频电机固连于所述支架下部，且在所述滑块下部具有滑块下支座，所述连杆与该滑块下支座下端铰链连接。这使得下试块的往复运动更加的稳定。
进一步的，所述支架上固连有支撑臂，该支撑臂上设置有上试块夹持机构，所述压力施加结构位于该上试块夹持机构上部。
进一步的，所述上试块夹持机构包括竖向设置的套筒、轴向滑动配合于该套筒内的上试块夹持杆、将该上试块夹持杆定位于所述套筒上的定位螺柱，其中，所述上试块夹持杆下部具有与所述上试块相配合的夹持部；
所述压力施加结构包括套设于所述上试块夹持杆上部阶梯轴上的弹簧、加载砝码，所述加载砝码位于弹簧上端，且该加载砝码、弹簧均处于所述上试块夹持杆上部阶梯轴、套筒之间的空隙内。
该方案结构简单，通过上试块夹持杆对上试块进行夹持，定位螺柱的设置避免了上试块夹持杆在工作过程中的转动，通过改变加载砝码改变所施加的压力大小，实现不同压力下的摩擦系数的检测。
进一步的，所述夹持部上具有锁紧定位所述上试块的上试块定位螺柱。
进一步的，所述上试块和/或下试块上设置有温度传感器，所述温度传感器连接控制单元。温度传感器实时采集试验中上试块、下试块的温度，当温度超过设定的温度时，停止试验，保证设备的安全。
本发明还提供了一种润滑油摩擦系数试验方法，包括以下步骤：
S1，根据试验所需的行程L选择偏心距为A的偏心轮，将所述偏心轮安装于所述试验装置上；
S2，在所述下试块上表面涂抹润滑油；
S3，选择所述调频电机的频率f，并通过所述压力施加结构由所述上试块向所述下试块施加压力F，启动所述调频电机；
S4，实时记录所述摩擦系数传感器所采集的摩擦系数λ1,并试验T时间；
S5，当对同一种润滑油进行试验时，重复步骤S1-S4，其中，每次所选偏心轮的偏心距、调频电机的频率以及压力F均不完全相同，记录每次试验所采集的摩擦系数λ2至λn,其中n为试验次数；
当对不同润滑油进行对比试验时，重复步骤S1-S4，其中，每次所选偏心轮的偏心距、调频电机的频率、压力F以及试验时间T均与步骤S1-S4相同，记录每次试验所采集的摩擦系数λ2-λm，其中m为润滑油的种类数；
S6，控制单元根据所接收到的摩擦系数λ1-λn或者λ1-λm绘制摩擦系数曲线。
该方法适用于纳米金刚石润滑油的摩擦系数试验，同时也适用于其它润滑油的摩擦系数试验，操作方法简单，准确度高。
进一步的，所述压力F通过改变所述加载砝码的重量实现，这为改变压力F提供了方便。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明的左视图；
图2是支架部分的主视图；
图3是滑块的结构图；
图4是上试件夹持杆放大图；
图5是图4的仰视图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1和图2所示，本发明提供了一种纳米金刚石润滑油往复摩擦磨损试验装置，包括相对滑动摩擦且均水平设置的上试块1、下试块2，所述上试块1和/或下试块2上设置有摩擦系数传感器，所述摩擦系数传感器连接控制单元，所述上试块1上设置有压力施加结构8，还包括调频电机10及偏心轮11，所述偏心轮11的偏心轴部与所述调频电机10的轴端固连，该偏心轮11的轮缘连接有连杆12，该连杆12另一端铰链于滑块6上，所述下试块2与该滑块6固连，如图3所示，这里滑块6上设有固定挡块610和滑动挡块620，固定挡块610可用螺钉或其它方式固设于滑块6的一端，滑动挡块620设于滑块的另一端，滑动挡块620上设有两个长形条孔630，下试件2位于固定挡块610与滑动挡块620之间，采用螺钉通过长形条孔630固定滑动挡块620，对下试件2进行固定限位，当然下试块2和滑块6的固连也可采用其它方法进行固连。
在下试块2的上表面涂沫纳米金刚石润滑油，启动调频电机10，带动偏心轮11转动，从而带动滑块6上的下试块2做往复运动，实现下试块2和上试块1之间的往复运动，摩擦系数传感器实时监测摩擦系数并发送给控制单元，如电脑，控制单元绘制摩擦系数的线条图，实现对纳米金刚石润滑油摩擦系数的试验。
同时，该试验装置相对四球法还有一个更加直观明显的优点，那就是通过该试验装置进行摩擦系数试验后，可明显的看到试块表面粗糙度有所改善，进一步验证了纳米金刚石润滑油的研磨性，这是四球法无法实现的。
作为优选的实施例，该试验装置还包括支架3及设于该支架3上的导轨5，所述滑块6滑动配合于该导轨5上；所述调频电机10固连于所述支架3下部，且在所述滑块6下部具有滑块下支座4，所述连杆12与该滑块下支座4下端铰链连接。所述支架3上固连有支撑臂7，该支撑臂7上设置有上试块夹持机构9，所述压力施加结构8位于该上试块夹持机构9上部。
所述上试块夹持机构9包括竖向设置的套筒910、轴向滑动配合于该套筒910内的上试块夹持杆920、将该上试块夹持杆920定位于所述套筒910上的定位螺柱930，定位螺柱930可以是多个，如图4所示的定位螺柱930有四个，其中，所述上试块夹持杆920下部具有与所述上试块1相配合的夹持部940，所述夹持部940上具有锁紧定位所述上试块1的上试块定位螺柱16，如图5所示。
所述压力施加结构8包括套设于所述上试块夹持杆920上部阶梯轴上的弹簧820、加载砝码810，所述加载砝码810位于弹簧820上端，且该加载砝码810、弹簧820均处于所述上试块夹持杆920上部阶梯轴、套筒910之间的空隙内。
为了实时对摩擦试验中试块的温度进行监测，所述上试块1和/或下试块2上设置有温度传感器，所述温度传感器连接控制单元。
本发明还提出一种润滑油摩擦系数试验方法，包括以下步骤：
S1，根据试验所需的行程L选择偏心距为A的偏心轮11，其中，优选行程L为偏心距A的两倍，即L＝2A，将所述偏心轮11安装于所述试验装置上。
S2，在所述下试块2上表面涂抹润滑油。
S3，选择所述调频电机10的频率f，并通过所述压力施加结构8由所述上试块1向所述下试块2施加压力F，启动所述调频电机10。
S4，实时记录所述摩擦系数传感器所采集的摩擦系数λ1,并试验T时间。
S5，当对同一种润滑油进行试验时，重复步骤S1-S4，其中，每次所选偏心轮11的偏心距、调频电机10的频率以及压力F均不完全相同，记录每次试验所采集的摩擦系数λ2至λn,其中n为试验次数。
当对不同润滑油进行对比试验时，重复步骤S1-S4，其中，每次所选偏心轮11的偏心距、调频电机10的频率、压力F以及试验时间T均与步骤S1-S4相同，记录每次试验所采集的摩擦系数λ2-λm，其中m为润滑油的种类数。
S6，控制单元根据所接收到的摩擦系数λ1-λn或者λ1-λm绘制摩擦系数曲线。
其中，压力F通过改变加载砝码810的重量实现，压力F优选为0.5kg-3kg，可通过逐渐增加0.5kg的加载砝码810的个数进行压力F的改变，行程优选为12mm-20mm，可通过选择不同偏心距A的偏心轮11实现行程的改变，调频电机10的频率优选为15Hz-50Hz，如分为15Hz、20Hz、25Hz、30Hz、35Hz、40Hz、45Hz、50Hz 8个级别进行频率调节，试验时间T可根据测试的要求从30分钟到2小时。
该方法能对多种润滑油进行摩擦系数的试验，也可对同一种润滑油进行多种因素的摩擦系数的试验，如不同压力、不同行程、不同的电机频率等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种纳米金刚石润滑油往复摩擦磨损试验装置，其特征在于：包括相对滑动摩擦且均水平设置的上试块(1)、下试块(2)，所述上试块(1)和/或下试块(2)上设置有摩擦系数传感器，所述摩擦系数传感器连接控制单元，所述上试块(1)上设置有压力施加结构(8)，还包括调频电机(10)及偏心轮(11)，所述偏心轮(11)的偏心轴部与所述调频电机(10)的轴端固连，该偏心轮(11)的轮缘连接有连杆(12)，该连杆(12)另一端铰链于滑块(6)上，所述下试块(2)与该滑块(6)固连。
2.根据权利要求1所述的纳米金刚石润滑油往复摩擦磨损试验装置，其特征在于：还包括支架(3)及设于该支架(3)上的导轨(5)，所述滑块(6)滑动配合于该导轨(5)上；所述调频电机(10)固连于所述支架(3)下部，且在所述滑块(6)下部具有滑块下支座(4)，所述连杆(12)与该滑块下支座(4)下端铰链连接。
3.根据权利要求2所述的纳米金刚石润滑油往复摩擦磨损试验装置，其特征在于：所述支架(3)上固连有支撑臂(7)，该支撑臂(7)上设置有上试块夹持机构(9)，所述压力施加结构(8)位于该上试块夹持机构(9)上部。
4.根据权利要求3所述的纳米金刚石润滑油往复摩擦磨损试验装置，其特征在于：所述上试块夹持机构(9)包括竖向设置的套筒(910)、轴向滑动配合于该套筒(910)内的上试块夹持杆(920)、将该上试块夹持杆(920)定位于所述套筒(910)上的定位螺柱(930)，其中，所述上试块夹持杆(920)下部具有与所述上试块(1)相配合的夹持部(940)；
所述压力施加结构(8)包括套设于所述上试块夹持杆(920)上部阶梯轴上的弹簧(820)、加载砝码(810)，所述加载砝码(810)位于弹簧(820)上端，且该加载砝码(810)、弹簧(820)均处于所述上试块夹持杆(920)上部阶梯轴、套筒(910)之间的空隙内。
5.根据权利要求4所述的纳米金刚石润滑油往复摩擦磨损试验装置，其特征在于：所述夹持部(940)上具有锁紧定位所述上试块(1)的上试块定位螺柱(16)。
6.根据权利要求1所述的纳米金刚石润滑油往复摩擦磨损试验装置，其特征在于：所述上试块(1)和/或下试块(2)上设置有温度传感器，所述温度传感器连接控制单元。
7.一种润滑油摩擦系数试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据试验所需的行程L选择偏心距为A的偏心轮(11)，将所述偏心轮(11)安装于所述试验装置上；
S2，在所述下试块(2)上表面涂抹润滑油；
S3，选择所述调频电机(10)的频率f，并通过所述压力施加结构(8)由所述上试块(1)向所述下试块(2)施加压力F，启动所述调频电机(10)；
S4，实时记录所述摩擦系数传感器所采集的摩擦系数λ1,并试验T时间；
S5，当对同一种润滑油进行试验时，重复步骤S1-S4，其中，每次所选偏心轮(11)的偏心距、调频电机(10)的频率以及压力F均不完全相同，记录每次试验所采集的摩擦系数λ2至λn,其中n为试验次数；
当对不同润滑油进行对比试验时，重复步骤S1-S4，其中，每次所选偏心轮(11)的偏心距、调频电机(10)的频率、压力F以及试验时间T均与步骤S1-S4相同，记录每次试验所采集的摩擦系数λ2-λm，其中m为润滑油的种类数；
S6，控制单元根据所接收到的摩擦系数λ1-λn或者λ1-λm绘制摩擦系数曲线。
8.根据权利要求7所述的纳米金刚石润滑油摩擦系数试验方法，其特征在于，所述压力F通过改变所述加载砝码(810)的重量实现。
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