CN109186473B - 滑滚工况下滚子摩擦副的油膜厚度以及油膜拖动系数测试装置 - Google Patents

滑滚工况下滚子摩擦副的油膜厚度以及油膜拖动系数测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种滑滚工况下滚子摩擦副油膜厚度以及油膜拖动系数的测试装置。它包括驱动装置、扭矩传感器、气浮轴承支撑的环状玻璃、油膜厚度测量系统、传动机构、加载系统以及供油系统；环状玻璃‑滚子摩擦副分别由不同机构驱动以实现滑滚工况。环状玻璃‑滚子摩擦副表面形成的油膜采用光干涉测量系统观察，而滚子与环状玻璃之间由于油膜拖动力产生的扭矩通过气浮轴承传递给扭矩传感器，根据所施加的力、接触副的偏心距以及测得的扭矩便可计算摩擦副间的油膜拖动系数。本发明能够准确、有效地测试环状玻璃‑滚子摩擦副在不同滑滚比、不同供油量、不同润滑剂以及不同转速时的油膜厚度以及油膜拖动系数。

Description

滑滚工况下滚子摩擦副的油膜厚度以及油膜拖动系数测试 装置
技术领域
本发明涉及滚子摩擦副的润滑摩擦领域，具体为一种滑滚工况下滚子摩擦副的油膜厚度以及油膜拖动系数测试装置。
背景技术
当接触表面发生相对运动时，往往伴随着摩擦磨损的发生，降低了运动部件的运转精度和使用寿命。为了提高运动部件的使用寿命，通常需要引入润滑介质来降低摩擦磨损。对于滚子摩擦副产品，属于非协调表面接触，接触应力高达数百甚至数千兆帕，如此高的接触应力一般不适宜使用气体润滑剂，通常选用液体润滑剂。液体润滑剂的使用使得滚子摩擦副大部分处于全膜润滑或者混合润滑状态。而润滑状态直接影响着滚子摩擦副的使用性能，因此有必要对滚子摩擦副的润滑状态进行评估。其中，油膜厚度以及油膜拖动系数是表征润滑摩擦性能的两个重要指标，两者相结合能够有效的反映滚子接触副间的成膜性能以及液体润滑剂的流变性能。
现有的滚子摩擦副润滑性能测试装置，通常功能单一，如圆环-滚子接触式光弹流试验机仅能测试纯滚动工况下滚子摩擦副的润滑油膜厚度，双圆盘试验机仅能测试滑滚工况下滚子摩擦副间的油膜拖动系数，能够同时测试滚子摩擦副油膜厚度以及油膜拖动系数的试验装置还未产生。尽管有些球盘试验机能够同时测量滑滚工况下摩擦副的油膜厚度和油膜拖动系数，但是当模拟滚子摩擦副时，由于摩擦副几何结构的影响，沿滚子轴向方向滑动速度不一致，并且润滑油存在向外的离心力，将影响润滑油的分布，并不能真实地模拟向心滚子轴承的润滑状态。对此提出了一种模拟向心滚子轴承的油膜厚度以及油膜拖动系数测试装置，实现在不同润滑条件、不同滑滚比下的油膜厚度以及油膜拖动系数测试。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够同时测试滚子摩擦副间的油膜厚度以及油膜拖动系数的装置。
为了解决上述技术问题，本发明的构思为：滚子摩擦副采用透明环状玻璃和钢制滚子替代；环状玻璃-滚子间的油膜厚度采用光干涉原理测量，由于环状玻璃与滚子间的干涉为柱面干涉，需要在光学测量系统和环状玻璃-
滚子摩擦副之间添加平凸透镜，将柱面干涉变为平面干涉；而环状玻璃-滚子间的油膜拖动系数根据所施加的载荷、接触处的偏心距以及测得的扭矩计算，为了提高扭矩测试的精度，采用气浮轴承作为支撑元件。
根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：
一种滑滚工况下滚子摩擦副的油膜厚度以及油膜拖动系数测试装置，包括双驱动的环状玻璃-滚子接触副、加载机构、供油系统、油膜厚度测量装置以及油膜拖动系数测量装置，其特征在于，环状玻璃和试验滚子分别由不同机构驱动，环状玻璃由电机经过联轴器、扭矩传感器、联轴器以及气浮轴承带动,而试验滚子由电机经过同步轮、支撑轮以及陪试滚子带动；所述加载装置是砝码将重量通过杠杆传递给滚轮，然后滚轮推动升降轴向上移动，将力传递给试验滚子；所述油膜厚度测量装置是由平凸透镜和特制同轴显微镜组成，平凸透镜固定在特制显微镜上，并且通过移动平台可实现上下移动；所述油膜拖动系数测量装置是环状玻璃与转轴一端相连，转轴由气浮轴承支撑，该转轴的另一端通过联轴器与扭矩传感器连接，环状玻璃与试验滚子之间的油膜拖动力通过气浮轴承传递给扭矩传感器，根据所加的力、接触副的偏心距以及测得扭矩便可计算油膜拖动系数。
所述加载机构是砝码通过杠杆将力施加于滚轮，该滚轮与升降轴接触，保证力的方向始终垂直向上；升降轴的底端通过平行端面卡在杠杆基座内,以防止其周向转动。
所述油膜厚度测量装置，是利用光干涉原理测量，其特制显微镜底部有光路转换器，以消除环状玻璃轴向位置的限制，特制显微镜通过三维可移动平台固定在显微镜底座上，水平方向通过微调移动块控制，垂直方向调移动块控制。
所述环状玻璃通过平键与传动轴连接，以保证周向固定，另外环状玻璃外端面通过轴肩定位，内端面用螺母锁紧。
所述供油系统有两套独立的自动润滑泵组成，供油位置位于环状玻璃-滚子接触副两端，可单独控制每一端的供油量大小以及供油时间。
本发明与现有技术比较，具有显而易见的实质性特点和优点：
本发明能够同时测量滚子摩擦副间的油膜厚度以及油膜拖动系数；并且由于采用环状玻璃与滚子接触，消除了球盘试验机高速运转时由于离心力润滑油向外迁移的影响，更贴近向心滚子轴承的实际工况。
附图说明
图1是本发明的整体示意图；
图2是本发明中环状玻璃与传动轴的装配示意图
图3是本发明中试验滚子的传动示意图；
图4是本发明中环状玻璃与滚子接触的加载机构；
图5是本发明中油膜厚度测量系统的结构示意图；
图6是本发明中供油系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明的实施方案结合附图详述如下：
如图1所示，一种滑滚工况下滚子摩擦副的油膜厚度以及油膜拖动系数测试装置，包括底座(25)、电机(23)、联轴器(22,19)、扭矩传感器(21)、气浮轴承(18)、环状玻璃-滚子接触副、滚子驱动装置、加载机构、供油系统以及油膜厚度测量装置。电机(23)、扭矩传感器(21)以及气浮轴承(18)分别固定在底座(24)、(20)、(17)上，当电机(23)转动时，带动环状玻璃(15)转动；环状玻璃通过平键(32)与传动轴(33)相连，以保证周向固定，另外环状玻璃外端面通过轴肩定位，内端面用螺母(30)锁紧，如图2所示，为了提高扭矩测量的精度，传动轴(33)采用气浮轴承(18)支撑；当电机(2)转动时，通过同步轮(8)带动支撑轮(10)转动，再通过陪试滚子(36)带动试验滚子(37),如图3所示；分别控制电机和电机的转速，可实现不同的滑滚工况。
如图4所示，所述加载机构包括砝码(1)、杠杆(3)、杠杆基座(43)、滚轮(41)、凸台(40)、升降轴(39)、滚轮(35)；所述杠杆支点位于杠杆基座上，一端连接砝码(1)，另一端将力传输到滚轮(41)上，推动升降轴(39)向上运动，升降轴的底端通过平行端面卡在杠杆基座(43)内,以防止其周向转动，升降轴的顶端安装有滚轮(35)；滚轮上的受力最终通过陪试滚子传输给环状玻璃-滚子接触副。
如图5所示，所述油膜测量系统包括平凸透镜(45)、升降平台(12)、光路装换器(44)、同轴光源(11)、显微镜(13)、高速CCD(14)；所述平凸透镜(45)通过升降平台(12)固定在光路转换器(44)下方，平凸透镜的使用可以将柱面干涉装换为平面干涉，有利于拍摄出清晰的干涉条纹；所述光路装换器(44)与显微镜(13)相连，光路显微镜的使用可以消除环状玻璃尺寸的限制。
如图6所示，所述供油系统包括油箱(28)、自动润滑泵(27)、供油管(26)、箱体(5)、回油管(29)组成；所述自动润滑泵(27)将油箱中的润滑油通过供油管(26)喷射到环状玻璃-滚子接触副两端，其中两端供油量的大小以及供油时间可由2台自动润滑泵分别控制。

Claims (4)

1.一种滑滚工况下滚子摩擦副的油膜厚度以及油膜拖动系数测试装置，包括双驱动的环状玻璃-滚子接触副、加载机构、供油系统、油膜厚度测量装置以及油膜拖动系数测量装置，其特征在于，环状玻璃(15)和试验滚子(37)分别由不同机构驱动，环状玻璃(15)由电机(23)经过联轴器Ⅰ(22)、扭矩传感器(21)、联轴器Ⅱ(19)以及气浮轴承(18)带动,而试验滚子由电机(2)经过同步轮(7)、支撑轮(10)以及陪试滚子(36)带动；所述加载装置是砝码(1)将重量通过杠杆(3)传递给滚轮(41)，然后滚轮推动升降轴(39)向上移动，将力传递给试验滚子(37)；所述油膜厚度测量装置是由平凸透镜(45)和特制同轴显微镜(13)组成，平凸透镜固定在特制显微镜上，并且通过移动平台(12)可实现上下移动；所述油膜拖动系数测量装置是环状玻璃(15)与转轴(33)一端相连，转轴由气浮轴承(18)支撑，该转轴的另一端通过联轴器(19)与扭矩传感器(21)连接，环状玻璃与试验滚子之间的油膜拖动力通过气浮轴承(18)传递给扭矩传感器(21)，根据所加的力、接触副的偏心距以及测得扭矩便可计算油膜拖动系数；特制显微镜(13)底部有光路转换器(44)，以消除环状玻璃轴向位置的限制，特制显微镜通过三维可移动平台固定在底座横梁(6)上，水平方向通过微调移动块(7)控制，垂直方向调移动块(9)控制。
2.如权利要求1所述的一种滑滚工况下滚子摩擦副的油膜厚度以及油膜拖动系数测试装置，其特征在于，砝码(2)通过杠杆将力施加于滚轮，该滚轮与升降轴(39)接触，保证力的方向始终垂直向上；升降轴的底端通过平行端面卡在杠杆基座(43)内,以防止其周向转动。
3.如权利要求1所述的一种滑滚工况下 滚子摩擦副的油膜厚度以及油膜拖动系数测试装置，其特征在于，环状玻璃(15)通过平键(32)与传动轴(33)连接，以传动运动，另外环状玻璃外端面通过轴肩定位，内端面用螺母(30)锁紧。
4.如权利要求1所述的一种滑滚工况下滚子摩擦副的油膜厚度以及油膜拖动系数测试装置，其特征在于，供油系统有两套独立的自动润滑泵(27)组成，供油位置位于环状玻璃-滚子接触副两端，可单独控制每一端的供油量大小以及供油时间。
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