CN112595663A - 用于观测摩擦迸流流线及摩擦空化的线接触摩擦试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于观测摩擦迸流流线及摩擦空化的线接触摩擦试验机，该线接触摩擦试验机的驱动装置与摩擦盘之间通过传动装置传动连接；润滑油槽安装于底座的顶部；两个第一竖向导轨相对且平行地固定安装于底座；第一竖向导轨上安装有滑座；在两个滑座之间固定安装有导向杆；在两个滑座相对的一侧均安装有滑块；滑块上滑动配合有第二竖向导轨；摩擦板固定安装于第二竖向导轨的顶部；导向杆滑动配合有滑动支座；摩擦盘通过中心轴与滑动支座转动配合；摩擦板的底面与摩擦盘的外周面之间形成线接触摩擦副；润滑油槽、摩擦盘和摩擦板均采用透明材料制成。上述线接触摩擦试验机能够直观地展示线接触摩擦中的摩擦空化及迸流流线。

Description

用于观测摩擦迸流流线及摩擦空化的线接触摩擦试验机

技术领域

本发明涉及摩擦技术领域，具体涉及用于观测摩擦迸流流线及摩擦空化的线接触摩擦试验机。

背景技术

当一个物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的摩擦趋势时，在两个物体的接触面之间会产生阻碍它们相对运动的作用力，这种力叫摩擦力。接触面之间的这种现象或特性叫“摩擦”。摩擦有利也有害，但在多数情况下是不利的，例如，机器运转时的摩擦，造成能量的无益损耗和机器寿命的缩短，并降低了机械效率。因此常用各种方法减少摩擦，如在机器中加润滑油等。

当润滑油中存在低压区域，可能释放出气体和蒸汽，即形成气泡和空穴，这可能导致摩擦表面的空化腐蚀，即，出现摩擦空化现象。在摩擦过程中，除摩擦空化现象外，在接触弹性变形摩擦表面收敛区域中与摩擦方向相反的润滑层会出现二次回流现象(迸流现象)。

但是，在现有技术中，无法直观地观察在线接触摩擦过程中润滑油的发散区域内液体的摩擦空化现象，以及在固体润滑弹性变形接触收敛区域的迸流现象。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于观测摩擦迸流流线及摩擦空化的线接触摩擦试验机，能够直观地展示线接触摩擦中的摩擦空化及迸流流线。

本发明采用以下具体技术方案：

用于观测摩擦迸流流线及摩擦空化的线接触摩擦试验机，包括底座、驱动装置、润滑油槽、第一竖向导轨、滑座、传动装置、滑块、导向杆、第二竖向导轨、摩擦板、摩擦盘以及滑动支座；

所述驱动装置固定安装于所述底座内，与所述摩擦盘之间通过所述传动装置传动连接，用于驱动所述摩擦盘转动；

所述润滑油槽安装于所述底座的顶部，并在内部容置有润滑油；

两个所述第一竖向导轨相对且平行地固定安装于所述底座，并沿竖直方向设置；每个所述第一竖向导轨上安装有一个能够沿竖直方向滑动的所述滑座；

在两个所述滑座之间固定安装有并排设置的两个所述导向杆；在两个所述滑座相对的一侧均安装有一个所述滑块，所述滑块能够相对所述滑座转动；

在每个所述滑块上滑动配合有一个能够沿竖直方向滑动的所述第二竖向导轨；

所述摩擦板沿水平方向设置，两端固定安装于所述第二竖向导轨的顶部；

每个所述导向杆均滑动配合有一个所述滑动支座；

所述摩擦盘为圆柱体结构，并通过中心轴与所述滑动支座转动配合；

沿竖直方向，所述摩擦盘位于所述润滑油槽和所述摩擦板之间；

所述摩擦板的底面与所述摩擦盘的外周面之间形成线接触摩擦副；

所述润滑油槽、所述摩擦盘和所述摩擦板均采用透明材料制成。

更进一步地，还包括两个对称设置的加载弹簧；

所述加载弹簧的一端连接于所述第二竖向导轨的顶端、另一端连接于所述滑块，用于提供所述摩擦板与所述摩擦板之间的接触压力。

更进一步地，还包括安装于所述滑座和所述滑块之间的滚动轴承；

所述滑座设置有用于容置所述滚动轴承的轴承座；

所述滑块设置有与所述滚动轴承间隙配合的转轴。

更进一步地，所述驱动装置为四轴机电驱动器。

更进一步地，所述驱动装置包括封装为一体结构的电动机和变速箱。

更进一步地，所述传动装置为对称设置的带传动装置，包括安装于所述变速箱的输出轴的主动皮带轮、安装于所述摩擦盘的中心轴的从动皮带轮、以及套设于所述主动皮带轮和所述从动皮带轮的传动皮带；

所述底座设置有用于穿设所述传动皮带的皮带槽。

更进一步地，还包括固定安装于所述底座内的控制器；

所述控制器用于控制所述驱动装置。

有益效果：

本发明提供的线接触摩擦试验机，采用驱动装置驱动摩擦盘转动，摩擦板位于摩擦盘的顶部，并形成线接触摩擦；由于润滑油具有一定的粘性，摩擦盘转动过程中能够将润滑油带到顶部，在摩擦板与摩擦盘的摩擦区域形成润滑油膜，润滑油膜在摩擦板与摩擦盘的持续摩擦过程中形成空穴和回流；同时，由于润滑油槽、摩擦盘和摩擦板均采用透明材料制成，因此，透过摩擦板可以观察到形成于摩擦板和摩擦盘的接触区域的空穴和润滑油回流，能够直观地展示线接触摩擦中的摩擦空化及迸流流线。

附图说明

图1为本发明的用于观测摩擦迸流流线及摩擦空化的线接触摩擦试验机的立体结构示意图；

图2为图1中线接触摩擦试验机的爆炸结构示意图。

其中，1-底座，2-驱动装置，3-润滑油槽，4-第一竖向导轨，5-滑座，6-传动装置，7-滑块，8-导向杆，9-第二竖向导轨，10-摩擦板，11-摩擦盘，12-滑动支座，13-中心轴，14-滚动轴承，15-轴承座，16-转轴，17-主动皮带轮，18-从动皮带轮，19-传动皮带，20-皮带槽，21-控制器，22-顶板

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如图1和图2结构所示，本发明提供了一种用于观测摩擦迸流流线及摩擦空化的线接触摩擦试验机，该线接触摩擦试验机包括底座1、驱动装置2、润滑油槽3、第一竖向导轨4、滑座5、传动装置6、滑块7、导向杆8、第二竖向导轨9、摩擦板10、摩擦盘11以及滑动支座12；底座1为线接触摩擦试验机的基础，底座1可以为图1和图2中结构所示的空心箱体结构，在底座1的顶部盖设有顶板22；

驱动装置2固定安装于底座1内，与摩擦盘11之间通过传动装置6传动连接，用于驱动摩擦盘11转动；驱动装置2可以为四轴机电驱动器，即，驱动装置2共设置有四个输出轴，四个输出轴对称设置在驱动装置2的两侧；驱动装置2可以包括封装为一体结构的电动机和变速箱；输出轴由变速箱伸出；传动装置6可以为对称设置的带传动装置6，即，如图2结构所示，驱动装置2通过对称设置的两个带传动装置6驱动摩擦盘11转动；

润滑油槽3安装于底座1的顶部，并在内部容置有润滑油；如图2结构所示，润滑油槽3为顶部开口的长方体形槽体，内部储存的润滑油用于供给摩擦盘11，并通过摩擦盘11的转动将润滑油带到摩擦盘11与摩擦板10之间进行润滑，并在摩擦盘11和摩擦板10之间形成润滑油膜；

两个第一竖向导轨4相对且平行地固定安装于底座1，并沿竖直方向设置；如图1和图2结构所示，从底座1的顶部伸出两个相对设置的第一竖向导轨4，第一竖向导轨4均沿竖直方向设置，第一竖向导轨4的底部固定安装于底座1；每个第一竖向导轨4上安装有一个能够沿竖直方向滑动的滑座5；第一竖向导轨4为滑座5提供滑动轨道和支承基础，通过滑座5沿第一竖向导轨4的竖直滑动，能够调节摩擦板10和摩擦盘11在竖直方向上的位置，能够控制摩擦盘11浸入润滑油槽3内润滑油的深度，同时还能控制摩擦盘11和摩擦板10远离润滑油槽3，方便更换摩擦盘11和摩擦板10；

在两个滑座5之间固定安装有并排设置的两个导向杆8；在两个滑座5相对的一侧均安装有一个滑块7，滑块7能够相对滑座5转动；如图1结构所示，在滑座5上同时安装有导向杆8和滑块7；两个导向杆8平行设置，并且均沿水平方向延伸，导向杆8的两端固定连接于两个相对设置的滑座5；在每个滑座5上安装有一个滑块7，两个滑块7相对设置，用于为第二竖向导轨9提供安装基础；滑块7和导向杆8能够随滑座5在竖直方向上同步移动；

在每个滑块7上滑动配合有一个能够沿竖直方向滑动的第二竖向导轨9；摩擦板10沿水平方向设置，两端固定安装于第二竖向导轨9的顶部；如图1和图2结构所示，滑块7能够随滑座5在竖直方向上进行高度调节，同时带动第二竖向导轨9在竖直方向上进行高度调节；第二竖向导轨9自身还能相对滑块7在竖直方向上进行滑动，即使滑座5不动，第二竖向导轨9仍然能够进行高度调节；由于摩擦板10沿水平方向固定安装在第二竖向导轨9的顶部，使得摩擦板10能够通过滑座5和/或第二竖向导轨9沿竖直方向的移动而移动，同时还能通过滑块7相对滑座5的转动而进行角度调节，使得摩擦板10具有随动功能，保证摩擦板10和摩擦盘11之间始终保持线接触摩擦状态；

每个导向杆8均滑动配合有一个滑动支座12；摩擦盘11为圆柱体结构，并通过中心轴13与滑动支座12转动配合；如图1和图2结构所示，两个导向杆8上均安装有一个滑动支座12，滑动支座12能够沿导向杆8的延伸方向进行滑动；两个滑动支座12位于摩擦盘11的轴向的两端，用于转动支承摩擦盘11的中心轴13，通过导向杆8实现对摩擦盘11的支承；通过上述结构，实现了摩擦盘11和摩擦板10在竖直方向上的相对运动；

沿竖直方向，摩擦盘11位于润滑油槽3和摩擦板10之间；通过摩擦盘11将润滑油带到摩擦板10；摩擦板10的底面与摩擦盘11的外周面之间形成线接触摩擦副；在摩擦板10与摩擦盘11之间接触摩擦时，可以通过第二竖向导轨9与滑块7之间的相对滑动改变摩擦板10与摩擦盘11之间的相对位置，从而实现摩擦板10与摩擦盘11之间接触压力的调节；摩擦板10为长条形板状结构；

润滑油槽3、摩擦盘11和摩擦板10均采用透明材料制成，透明材料可以为有机玻璃、塑料等材料。

上述线接触摩擦试验机通过底座1进行支承，通过滑座5相对第一竖向导轨4的滑动以及第二竖向滑轨相对滑块7的滑动来调节摩擦盘11和摩擦板10在竖直方向上的高度位置，在将摩擦板10和摩擦盘11的位置固定之后，通过驱动装置2驱动摩擦盘11绕中心轴13转动，摩擦板10位于摩擦盘11的顶部，并形成线接触摩擦；由于润滑油具有一定的粘性，摩擦盘11转动过程中能够将润滑油带到顶部，在摩擦板10与摩擦盘11的摩擦区域形成润滑油膜，润滑油膜在摩擦板10与摩擦盘11的持续摩擦过程中形成收敛区域和发散区域，并在发散区域形成空穴且在收敛区域形成润滑油的回流；同时，由于润滑油槽3、摩擦盘11和摩擦板10均采用透明材料制成，在摩擦板10和摩擦盘11保持线接触摩擦的过程中，在摩擦板10和摩擦盘11之间的润滑油膜中形成的空穴或润滑油回流现象能够透过摩擦板10进行直接观察，因此，采用上述线接触摩擦试验机能够透过摩擦板10观察到形成于摩擦板10和摩擦盘11之间润滑油膜内的空穴和润滑油回流，能够直观地展示线接触摩擦中的摩擦空化及迸流流线。

一种具体的实施方式中，上述线接触摩擦试验机还包括两个对称设置的加载弹簧(图中未示出)；加载弹簧的一端连接于第二竖向导轨9的顶端、另一端连接于滑块7，用于提供摩擦板10与摩擦板10之间的接触压力。如图1和图2结构所示，为了方便控制摩擦盘11和摩擦板10之间的接触压力，在摩擦板10两端分别设置一个加载弹簧，加载弹簧为拉伸弹簧，加载弹簧连接于第二竖向导轨9的顶端和滑块7之间，使加载弹簧始终处于拉伸状态，从而通过加载弹簧向第二竖向导轨9施加拉力，通过第二竖向导轨9将拉力传递给摩擦板10，使摩擦板10压接在摩擦盘11的顶部。当摩擦板10与摩擦盘11之间需要设置不同接触压力时，可以通过更换不同的加载弹簧实现，也可以通过将第二竖向导轨9与滑块7之间进行相对固定来实现接触压力的加载。

为了实现滑块7相对滑座5的相对转动，上述线接触摩擦试验机还包括安装于滑座5和滑块7之间的滚动轴承14；滑座5设置有用于容置滚动轴承14的轴承座15；滑块7设置有与滚动轴承14间隙配合的转轴16。如图2结构所示，在摩擦盘11两端均设置有一对相互对应的滑座5和滑块7，在每对相互对应的滑座5和滑块7之间设置有一个滚动轴承14，通过滚动轴承14实现滑块7相对滑座5的转动；在滑座5朝向摩擦盘11的一侧固定安装有用于安装滚动轴承14的轴承座15，滚动轴承14的外圈安装于轴承座15内；滚动轴承14的内圈中间隙配合有一个转轴16，滑块7安装于转轴16，使得滑块7能够相对滑座5绕与导向杆8平行的轴心线相对转动，使得摩擦板10能够随滑块7摆动，始终保持摩擦板10与摩擦盘11之间的线接触；滚动轴承14可以为滚子轴承或滚珠轴承。

更进一步地，如图2结构所示，传动装置6为对称设置的带传动装置6，包括安装于变速箱的输出轴的主动皮带轮17、安装于摩擦盘11的中心轴13的从动皮带轮18、以及套设于主动皮带轮17和从动皮带轮18的传动皮带19；底座1设置有用于穿设传动皮带19的皮带槽20。在摩擦盘11的轴向两侧分别设置有一个传动皮带19，通过传动皮带19将驱动装置2的旋转传递到摩擦盘11，使摩擦盘11能够实现绕其中心轴13的转动。传动装置6可以采用带传动装置6，也可以采用链传动装置6，在采用链传动装置6时，在变速箱的输出轴上安装有主动链轮，在摩擦盘11的中心轴13上安装有从动链轮，主动链轮和从动链轮之间通过链条进行传动。另外，传动装置6还可以采用齿轮传动装置6，齿轮传动装置6可以包括安装于变速箱的输出轴的主动齿轮和安装于摩擦盘11的中心轴13的从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合传动。

在上述各种实施例的基础上，上述线接触摩擦试验机还包括固定安装于底座1内的控制器21；控制器21用于控制驱动装置2；通过控制器21可以控制驱动装置2的启闭以及驱动装置2的转动速度。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.用于观测摩擦迸流流线及摩擦空化的线接触摩擦试验机，其特征在于，包括底座、驱动装置、润滑油槽、第一竖向导轨、滑座、传动装置、滑块、导向杆、第二竖向导轨、摩擦板、摩擦盘以及滑动支座；

所述驱动装置固定安装于所述底座内，与所述摩擦盘之间通过所述传动装置传动连接，用于驱动所述摩擦盘转动；

所述润滑油槽安装于所述底座的顶部，并在内部容置有润滑油；

两个所述第一竖向导轨相对且平行地固定安装于所述底座，并沿竖直方向设置；每个所述第一竖向导轨上安装有一个能够沿竖直方向滑动的所述滑座；

在两个所述滑座之间固定安装有并排设置的两个所述导向杆；在两个所述滑座相对的一侧均安装有一个所述滑块，所述滑块能够相对所述滑座转动；

在每个所述滑块上滑动配合有一个能够沿竖直方向滑动的所述第二竖向导轨；

所述摩擦板沿水平方向设置，两端固定安装于所述第二竖向导轨的顶部；

每个所述导向杆均滑动配合有一个所述滑动支座；

所述摩擦盘为圆柱体结构，并通过中心轴与所述滑动支座转动配合；

沿竖直方向，所述摩擦盘位于所述润滑油槽和所述摩擦板之间；

所述摩擦板的底面与所述摩擦盘的外周面之间形成线接触摩擦副；

所述润滑油槽、所述摩擦盘和所述摩擦板均采用透明材料制成。

2.如权利要求1所述的线接触摩擦试验机，其特征在于，还包括两个对称设置的加载弹簧；

所述加载弹簧的一端连接于所述第二竖向导轨的顶端、另一端连接于所述滑块，用于提供所述摩擦板与所述摩擦板之间的接触压力。

3.如权利要求2所述的线接触摩擦试验机，其特征在于，还包括安装于所述滑座和所述滑块之间的滚动轴承；

所述滑座设置有用于容置所述滚动轴承的轴承座；

所述滑块设置有与所述滚动轴承间隙配合的转轴。

4.如权利要求3所述的线接触摩擦试验机，其特征在于，所述驱动装置为四轴机电驱动器。

5.如权利要求4所述的线接触摩擦试验机，其特征在于，所述驱动装置包括封装为一体结构的电动机和变速箱。

6.如权利要求5所述的线接触摩擦试验机，其特征在于，所述传动装置为对称设置的带传动装置，包括安装于所述变速箱的输出轴的主动皮带轮、安装于所述摩擦盘的中心轴的从动皮带轮、以及套设于所述主动皮带轮和所述从动皮带轮的传动皮带；

所述底座设置有用于穿设所述传动皮带的皮带槽。

7.如权利要求1-6任一项所述的线接触摩擦试验机，其特征在于，还包括固定安装于所述底座内的控制器；

所述控制器用于控制所述驱动装置。

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