CN113899882A - 可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机，包括试样球及试样盘，试样盘盘面水平且设置在润滑油液槽内，试样球位于与杠杆旋转机构上的旋转轴竖直，杠杆旋转机构设置在加载机构上，加载机构驱动试样球与试样盘抵靠或分离，球盘转动时，钢球在钢盘上的转动为滚动摩擦，在接触点处既有滑动又有滚动，在固定负载下，高的滑滚比对应于边界润滑状态；减小滑滚比会降低摩擦系数从而进入混合润滑状态；滑滚比继续减小至可形成完整的流体膜时，此时便进入流体润滑状态。试样球的转速即可改变球和盘在接触点处的线速度，改变滑滚比的大小，实现可调润滑状态的功能，并可连续测得油品在边界润滑、混合润滑及流体润滑状态下的摩擦性能。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦磨损试验设备技术领域，具体涉及一种可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机。
背景技术
良好的润滑对机械设备的正常运转和长使用寿命而言是至关重要的，而润滑性能的好坏很大程度取决于所用的润滑油性能的优劣。因此，如何设计出性能优异的润滑油，就成了润滑油企业及摩擦学研究人员所关心的重点。要想实现这一点，势必需要有专门的评定润滑油的润滑性能的摩擦磨损试验机作为设计和开发润滑油的硬件支持。
虽然用于油品润滑性能评定的设备已有很多，但这些设备却或多或少的有以下几点问题：试验机的运行速度较低导致实验时间较长，需要通过更换结构部件才能实现往复运动和旋转运动的改变；在低载荷下的测试精度不高，装卸试件繁琐；使用砝码加载，无法实现载荷的无级调节。更为重要的一点，现有的摩擦学评定设备，通常只能在单一润滑条件下进行试验，且多数为边界润滑状态。
虽然传统意义上仅在边界润滑下才发生严重的摩擦磨损行为，但随着技术的进步和使用场合的变化，越来越多的零部件是在多种润滑状态下运行的。例如CVT离合器，其内部填充的用于传导力矩的润滑剂在启动时处于边界润滑状态，当其正常运行时，润滑剂因高速流动而处于流体润滑状态。其他还有诸如高速轴承、高速齿轮等摩擦副，都发生了润滑状态从边界润滑向流体润滑的转变。显然，如何对这种多润滑状态下的油品的润滑性能和摩擦副的摩擦学行为进行评定和考察，成了相关研究人员所亟须解决的问题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种能实现多种润滑状态的滑滚摩擦磨损试验机，连续测得油品在边界润滑、混合润滑及流体润滑状态下的摩擦性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机，包括试样球及试样盘，所述试样盘盘面水平且设置在润滑油液槽内，所述试样球设置在杠杆旋转机构上，所述试样球位于与杠杆旋转机构上的旋转轴竖直，所述杠杆旋转机构设置在加载机构上，加载机构驱动试样球与试样盘抵靠或分离。
本发明还存在以下特征：
所述杠杆旋转机构的旋转轴旁侧设置有摩擦力检测单元，所述摩擦力检测单元用于检测杠杆旋转机构的旋转轴的旋转力矩。
所述杠杆旋转机构包括旋转支架，所述旋转支架通过旋转轴转动式设置在框架上，所述旋转支架的旋转轴竖直。
所述试样球通过锁紧螺钉固定在旋转轴杆上，所述旋转轴杆水平且一端与旋转电机的输出轴连接。
所述摩擦力检测单元包括压力传感器，所述压力传感器上设置有调距法兰，所述调距法兰包括子体法兰和母体法兰，所述母体法兰与旋转轴杆结合。
所述子体法兰一端为平面且与压力传感器连接，所述子体法兰另一端设有台阶状凸台，所述母体法兰一端为凹面，所述旋转轴杆转动式设置在套筒外，所述母体法兰的凹面与套筒外壁配合，所述母体法兰另一端设有凸台，所述凸台上一端设有盲孔，所述凸台外壁开设有螺纹孔，所述盲孔与台阶状凸台配合，并通过置于母体法兰上的螺纹孔锁紧。
所述框架通过支撑轴转动式设置在支架上，所述框架的支撑轴水平，所述加载机构包括与支架连接的负载杠杆，所述负载杠杆一端悬伸且与负载臂连接，驱动单元驱动负载臂绕框架的支撑轴转动。
所述负载臂与贯通电机的丝杆端铰接，所述贯通电机的电机基座铰接设置在基座上，所述贯通电机两端的铰接轴水平。
所述负载杠杆整体呈条杆端，所述负载杠杆与支架的连接端上端面设置有缺口，所述缺口截面呈梯形，所述缺口内设置有载荷应变片。
所述润滑油液槽包括油盒座，所述油盒座置于基座上，所述油盒座通过螺钉与油盒连接，所述油盒的油腔外壁设有U形缺口，所述U形缺口下方靠近油腔底部设置有深孔，所述深孔内设置有温度传感器，所述试样盘盘面水平且下端面为平面，所述试样盘上端端面设置有环形凹槽，位于环形凹槽的槽底对称设置有两个出油孔，所述试样盘下端面与动力轴连接，所述动力轴竖直且下端通过皮带与动力电机连接。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：该种摩擦磨损试验机在实际使用时试样球与试样盘抵靠摩擦，两摩擦副均用独立电机驱动，球盘转动时，钢球在钢盘上的转动为滚动摩擦，而钢盘在钢球的转动是滑动摩擦，从而在接触点处既有滑动又有滚动，在固定负载下，高的滑滚比对应于边界润滑状态；减小滑滚比会降低摩擦系数从而进入混合润滑状态；滑滚比继续减小至可形成完整的流体膜时，此时便进入流体润滑状态。通过试样球的转速即可改变球和盘在接触点处的线速度，从而改变滑滚比的大小，实现可调润滑状态的功能，并可连续测得油品在边界润滑、混合润滑及流体润滑状态下的摩擦性能。
附图说明
图1是本可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机的整体结构示意图；
图2是可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机的左视图；
图3是调距法兰组装示意图；
图4为润滑油液槽组件示意图；
图5为试样盘的示意图。
具体实施方式
结合图1至图5，对本发明的可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机作进一步地说明：
一种可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机，包括试样球100及试样盘200，所述试样盘200盘面水平且设置在润滑油液槽300内，所述试样球100设置在杠杆旋转机构上，所述试样球100位于与杠杆旋转机构上的旋转轴竖直，所述杠杆旋转机构设置在加载机构上，加载机构驱动试样球100与试样盘200抵靠或分离；
该种摩擦磨损试验机在实际使用时试样球100与试样盘200抵靠摩擦，两摩擦副均用独立电机驱动，球盘转动时，钢球在钢盘上的转动为滚动摩擦，而钢盘在钢球的转动是滑动摩擦，从而在接触点处既有滑动又有滚动，在固定负载下，高的滑滚比对应于边界润滑状态；减小滑滚比会降低摩擦系数从而进入混合润滑状态；滑滚比继续减小至可形成完整的流体膜时，此时便进入流体润滑状态。通过试样球100的转速即可改变球和盘在接触点处的线速度，从而改变滑滚比的大小，实现可调润滑状态的功能，并可连续测得油品在边界润滑、混合润滑及流体润滑状态下的摩擦性能。
作为本发明的优选方案，所述杠杆旋转机构的旋转轴旁侧设置有摩擦力检测单元，所述摩擦力检测单元用于检测杠杆旋转机构的旋转轴的旋转力矩。
上述的摩擦力检测单元通过检测试样球100产生的摩擦力时，由于试样球100与试样盘200的旋转速度不同，因而球和盘在接触界面处（即摩擦界面）会形成速度差，并产生摩擦力F，该摩擦力F会使球模块具有绕角接触轴承转动的趋势，但该转动趋势会被置于球模块和凸型板之间的压力传感器部件所限定，限定这一转动趋势所用的力F’由摩擦力检测单元的压力传感器测得，由于力F和F’关于角接触轴承Ⅱ满足杠杆原理，因而可通过F’换算出摩擦力F。
为实施对检测试样球100的旋转支撑，所述杠杆旋转机构包括旋转支架410，所述旋转支架410通过旋转轴转动式设置在框架420上，所述旋转支架410的旋转轴竖直。
当试样球100与试样盘200接触时，产生的摩擦力作用下旋转轴上，使得旋转支架410产生偏转，通过摩擦力检测单元的压力传感器即可测得。
进一步地，为实现试样球100的固定及转动，所述试样球100通过锁紧螺钉110固定在旋转轴杆120上，所述旋转轴杆120水平且一端与旋转电机130的输出轴连接。
为实施对试样球100摩擦力的测定，所述摩擦力检测单元包括压力传感器510，所述压力传感器510上设置有调距法兰，所述调距法兰包括子体法兰520和母体法兰530，所述母体法兰530与旋转轴杆120结合；
该设计可以通过调节子体法兰520和母体法兰530之间的配合程度，减小摩擦力测量时的冲击和波动，提高摩擦力测量时的精度。
优选地，为实现子体法兰520与母体法兰530的连接，所述子体法兰520一端为平面且与压力传感器510连接，所述子体法兰520另一端设有台阶状凸台521，所述母体法兰530一端为凹面，所述旋转轴杆120转动式设置在套筒121外，所述母体法兰530的凹面与套筒121外壁配合，所述母体法兰530另一端设有凸台531，所述凸台531上一端设有盲孔5311，所述凸台531外壁开设有螺纹孔5312，所述盲孔5311与台阶状凸台521配合，并通过置于母体法兰530上的螺纹孔5312锁紧。
为实施对试样球100加载力矩，所述框架420通过支撑轴转动式设置在支架430上，所述框架420的支撑轴水平，所述加载机构包括与支架430连接的负载杠杆440，所述负载杠杆440一端悬伸且与负载臂450连接，驱动单元驱动负载臂450绕框架420的支撑轴转动。
具体地，所述负载臂450与贯通电机460的丝杆端铰接，所述贯通电机460的电机基座铰接设置在基座470上，所述贯通电机460两端的铰接轴水平。
所述负载杠杆440整体呈条杆端，所述负载杠杆440与支架430的连接端上端面设置有缺口441，所述缺口441截面呈梯形，所述缺口441内设置有载荷应变片。
试样球100与试样盘200相抵靠时，继而产生正压力，由杠杆原理，此正压力会被传递至负载杠杆440，造成负载杠杆440的弯曲变形，变形量由载荷应变片测得，经计算后转化为载荷，在此加载过程中，贯通电机460绕着基座470转动，为提高贯通电机460的加载效率，设计贯通电机460的丝杆与负载杠杆440的夹角在试样球100接触到试样盘200时为约90°
所述润滑油液槽300包括油盒座310，所述油盒座310置于基座470上，所述油盒座310通过螺钉与油盒320连接，所述油盒320的油腔外壁设有U形缺口321，所述U形缺口321下方靠近油腔底部设置有深孔3211，所述深孔3211内设置有温度传感器，所述试样盘200盘面水平且下端面为平面，所述试样盘200上端端面设置有环形凹槽210，位于环形凹槽210的槽底对称设置有两个出油孔211，所述试样盘200下端面与动力轴连接，所述动力轴竖直且下端通过皮带与动力电机330连接。
在油盒的下表面设置环形凹槽，并从环形凹槽靠近U形缺口321的一边设置引线槽通向油盒外壁，在油盒座310上表面对应位置设置环形凹槽与引线槽，加热线圈设置于环形凹槽内，导线从引线槽引出接入温控装置。
当实验按照预先预定的时长测试完成后，动力电机330和旋转电机130停止，贯通电机460上的丝杠反向运动，使试样球100与试样盘200相分离，待动力电机330回到原位后，打开油盒320上的泄油阀，排出润滑油，再取出试样球100与试样盘200，然后清洗油盒，实验结束。
上述温度、载荷及摩擦力的数值会由数据采集卡进行实时采集，并以电压信号传递给控制程序。控制程序对信号进行识别和处理后，以曲线图的形式给出这些数值随实验时间的变化趋势，同时保存数据文件，以便后续分析。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机，其特征在于：包括试样球（100）及试样盘（200），所述试样盘（200）盘面水平且设置在润滑油液槽（300）内，所述试样球（100）设置在杠杆旋转机构上，所述试样球（100）位于与杠杆旋转机构上的旋转轴竖直，所述杠杆旋转机构设置在加载机构上，加载机构驱动试样球（100）与试样盘（200）抵靠或分离。
2.根据权利要求1所述的可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机，其特征在于：所述杠杆旋转机构的旋转轴旁侧设置有摩擦力检测单元，所述摩擦力检测单元用于检测杠杆旋转机构的旋转轴的旋转力矩。
3.根据权利要求2所述的可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机，其特征在于：所述杠杆旋转机构包括旋转支架（410），所述旋转支架（410）通过旋转轴转动式设置在框架（420）上，所述旋转支架（410）的旋转轴竖直。
4.根据权利要求3所述的可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机，其特征在于：所述试样球（100）通过锁紧螺钉（110）固定在旋转轴杆（120）上，所述旋转轴杆（120）水平且一端与旋转电机（130）的输出轴连接。
5.根据权利要求4所述的可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机，其特征在于：所述摩擦力检测单元包括压力传感器(510)，所述压力传感器(510)上设置有调距法兰，所述调距法兰包括子体法兰(520)和母体法兰(530)，所述母体法兰(530)与旋转轴杆（120）结合。
6.根据权利要求5所述的可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机，其特征在于：所述子体法兰(520)一端为平面且与压力传感器(510)连接，所述子体法兰(520)另一端设有台阶状凸台(521)，所述母体法兰(530)一端为凹面，所述旋转轴杆（120）转动式设置在套筒(121)外，所述母体法兰(530)的凹面与套筒(121)外壁配合，所述母体法兰(530)另一端设有凸台(531)，所述凸台(531)上一端设有盲孔(5311)，所述凸台(531)外壁开设有螺纹孔(5312)，所述盲孔(5311)与台阶状凸台(521)配合，并通过置于母体法兰(530)上的螺纹孔(5312)锁紧。
7.根据权利要求6所述的可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机，其特征在于：所述框架（420）通过支撑轴转动式设置在支架（430）上，所述框架（420）的支撑轴水平，所述加载机构包括与支架（430）连接的负载杠杆（440），所述负载杠杆（440）一端悬伸且与负载臂（450）连接，驱动单元驱动负载臂（450）绕框架（420）的支撑轴转动。
8.根据权利要求7所述的可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机，其特征在于：所述负载臂（450）与贯通电机（460）的丝杆端铰接，所述贯通电机（460）的电机基座铰接设置在基座（470）上，所述贯通电机（460）两端的铰接轴水平。
9.根据权利要求8所述的可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机，其特征在于：所述负载杠杆（440）整体呈条杆端，所述负载杠杆（440）与支架（430）的连接端上端面设置有缺口（441），所述缺口（441）截面呈梯形，所述缺口（441）内设置有载荷应变片。
10.根据权利要求9所述的可控润滑状态滑滚摩擦磨损试验机，其特征在于：所述 润滑油液槽（300）包括油盒座(310)，所述油盒座(310)置于基座（470）上，所述油盒座(310)通过螺钉与油盒(320)连接，所述油盒(320)的油腔外壁设有U形缺口(321)，所述U形缺口(321)下方靠近油腔底部设置有深孔(3211)，所述深孔(3211)内设置有温度传感器，所述试样盘（200）盘面水平且下端面为平面，所述试样盘（200）上端端面设置有环形凹槽（210），位于环形凹槽（210）的槽底对称设置有两个出油孔（211），所述试样盘（200）下端面与动力轴连接，所述动力轴竖直且下端通过皮带与动力电机（330）连接。
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2021
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