CN116953206A - 模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置及试验方法，试验箱上设有调节试验腔内部环境的恒温恒湿加载系统及氧气浓度控制系统；试验工装放置在试验箱内，试验工装包括丝杠、第一装配式螺母体、第二装配式螺母体、垫圈、滚珠及排珠头，丝杠与第一装配式螺母体、第二装配式螺母体构成密闭双圆弧螺旋滚道，其内涂抹试验润滑脂；第一装配式螺母体与第二装配式螺母体的一侧壁上均设有连通密闭双圆弧螺旋滚道的排珠孔，排珠头固定连接在排珠孔内，垫圈位于第一装配式螺母体、第二装配式螺母体之间，调节两个螺母体上紧固件的拧紧力矩来改变滚珠的预紧载荷并模拟滚珠丝杠副承受的预紧力，模拟润滑脂在滚动螺旋机构中的贮存状态。
Description
技术领域
本发明属于润滑脂贮存可靠性试验技术领域，具体涉及一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置及试验方法。
背景技术
在复杂环境的综合应力作用下，伺服机电传动系统仍然能够稳定地工作，是整机可靠的基本要求。伺服机电传动机构中通常包含滚珠丝杠副、角接触球轴承等诸多脂润滑滚动球接触副，长期贮存于其中的润滑脂会发生性能退化现象，导致设备发生故障。润滑脂贮存可靠性水平直接影响整机子系统的可靠性。
目前国内外关于利用加速退化试验技术评估润滑脂贮存可靠性的相关研究主要集中于老化后润滑脂的理化指标检测方面，将涂有润滑脂的器皿直接置于高温老化环境中进行加速退化试验，加速应力单一，且不能模拟涂抹于机构中的润滑脂的真实贮存几何空间。加速退化试验的关键在于模拟真实工况，现有相关技术发明多在于简化贮存结构，通过加载块法向施压的方式，模拟滚动球接触副内部力学环境，考虑贮存几何空间对润滑脂性能退化影响的研究较少，且不利于刮取黏着于滚珠之上的润滑脂。这些因素都影响了滚动球接触副用润滑脂贮存可靠性评估的精确性。
因此，如何提供一种能够模拟温度、湿度、含氧量等润滑脂贮存外部环境应力，滚动机构贮存几何空间以及贮存预紧力等内部力学环境，实现多物理场复合加载的润滑脂贮存可靠性试验装置及其试验方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种能够模拟滚动球接触副内部力学环境的润滑脂贮存试验工装，以及能够综合模拟贮存温度、湿度、含氧量等外部环境应力的应力加载系统。试验工装与应力加载系统共同构成模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置，并提供应用该装置进行润滑脂贮存加速退化试验的方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置，其包括：
试验箱，所述试验箱内具有试验腔，所述试验箱上设有调节试验腔内部环境的恒温恒湿加载系统及氧气浓度控制系统；
试验工装，所述试验工装放置在所述试验腔内，所述试验工装包括丝杠、第一装配式螺母体、第二装配式螺母体、垫圈、滚珠及排珠头，所述丝杠的外侧壁上设有两段旋向相同的螺旋沟槽，所述第一装配式螺母体和第二装配式螺母体的内侧壁上均设有滚道沟槽，所述第一装配式螺母体与第二装配式螺母体装配在所述丝杠的外周侧且滚道沟槽与对应的螺旋沟槽配合形成两条密闭双圆弧螺旋滚道，多个所述滚珠适配位于所述密闭双圆弧螺旋滚道内，所述密闭双圆弧螺旋滚道内涂抹试验润滑脂；
所述第一装配式螺母体与第二装配式螺母体的一侧壁上均设有连通所述密闭双圆弧螺旋滚道的排珠孔，所述排珠头固定连接在所述排珠孔内，所述滚珠穿过所述排珠头并经过所述排珠孔排出；
所述第一装配式螺母体与第二装配式螺母体相靠近的一端均设有法兰，所述垫圈位于两个法兰之间，两个所述法兰之间连接有紧固件，调节所述紧固件的拧紧力矩来改变滚珠的预紧载荷并模拟滚珠丝杠副承受的预紧力。
本发明的有益效果是：通过丝杠、第一装配式螺母体、第二装配式螺母体配合形成试验工装来等效模拟滚珠丝杠副，在螺旋沟槽、滚道沟槽内涂抹待试验的润滑脂，极大程度还原润滑脂在滚珠丝杠副内的贮存几何空间和工作环境，第一装配式螺母体与第二装配式螺母体装配在丝杠的外周侧，第一装配式螺母体与第二装配式螺母体之间设置了垫圈，利用紧固件来调节第一装配式螺母体与第二装配式螺母体之间的预紧力并模拟滚珠丝杠副的受力载荷，预紧力可控，与传统的施加径向预紧力相比，润滑脂和滚珠在滚道内的受力条件、接触变形与所等效的滚珠丝杠副更为接近，试验工装利用排珠头实现排珠，能够将黏着于滚珠上的润滑脂刮取干净，节约成本，根据恒温恒湿加载系统及氧气浓度控制系统实现温度、湿度、含氧量三种应力类型的加载，解决了现有研究中应力类型单一的问题，并且试验工装结构简单，安装、存取润滑脂方便，节省人力和时间成本，可重复性使用，为研究润滑脂在滚动机构中的贮存性能退化规律提供便利。
优选的，所述丝杠的中部设有平滑段，两段所述螺旋沟槽分布于平滑段的两侧，所述螺旋沟槽远离平滑段的一端固定连接有限位球，所述螺旋沟槽靠近平滑段的一端与所述排珠孔对应，所述排珠孔的开孔方向与所述螺旋沟槽的旋转方向平行。
优选的，所述密闭双圆弧螺旋滚道对应的螺旋沟槽与滚道沟槽在所述丝杠的轴向方向上有一定的错位距离。
优选的，所述第一装配式螺母体与第二装配式螺母体均包括带孔壳体和配套壳体，所述排珠孔开设在所述带孔壳体的一侧壁上，所述带孔壳体与配套壳体对接配合形成螺母结构，所述带孔壳体与配套壳体上设有便于其装配连接的凸缘。
优选的，所述排珠头为具有一定弹性的耐高温、耐高湿、耐氧化的橡胶或工程塑料，所述排珠头上设有便于滚珠穿过的十字缝，所述排珠孔内且对应排珠头的排珠端设有密封柱塞。
优选的，所述丝杠的一端至另一端设有贯通的减重孔，所述螺旋沟槽的槽底与减重孔的内壁之间的厚度为1mm～5mm。
优选的，所述丝杠的外侧壁两端边缘分别布置有防尘圈，所述第一装配式螺母体与第二装配式螺母体与对应端的防尘圈螺钉连接。
优选的，所述氧气浓度控制系统包括二位三通电磁阀、电磁继电器、流量计、减压器、氧气浓度控制器、二氧化锆氧浓度传感器、气泵、氧气瓶及水箱，所述氧气瓶的输出管路与试验腔连接并连通，输出管路上连接有减压器、流量计、二位三通电磁阀，所述水箱通过管线分别与试验腔及二位三通电磁阀连接，所述电磁继电器、氧气浓度控制器、二氧化锆氧浓度传感器、气泵连接在所述水箱与二位三通电磁阀之间的管线上，所述氧气浓度控制器设定试验所需含氧量，所述气泵将所述恒温恒湿加载系统内的空气抽出，经过水箱冷却后，通过二氧化锆氧浓度传感器检测氧气浓度；所述二氧化锆氧浓度传感器、二位三通电磁阀、电磁继电器、氧气浓度控制器构成闭环控制回路，当环境空气含氧量低于设定值时，所述电磁继电器控制所述二位三通电磁阀处于常开状态；当环境空气含氧量大于等于设定值时，所述电磁继电器控制所述二位三通电磁阀处于常闭状态，以保证恒温恒湿加载系统内氧气浓度恒定。
本发明还公开了一种使用试验装置的试验方法，其包括以下步骤：
步骤a：定量称取待研究贮存退化规律的润滑脂，均匀涂抹于第一装配式螺母体和第二装配式螺母体中的所述滚道沟槽内，润滑脂填充量小于等于沟槽容积的三分之二；
步骤b：将所述滚珠均匀放置在所述滚道沟槽内，所述滚珠与所述滚道沟槽内表面相切；
步骤c：定量称取待研究贮存退化规律的润滑脂，均匀涂抹于所述丝杠中的所述螺旋沟槽内，润滑脂填充量小于等于螺旋沟槽容积的三分之二；
步骤d：将步骤a中的所述第一装配式螺母体、第二装配式螺母体与步骤c中的所述丝杠配合，螺旋沟槽与滚道沟槽配合形成密闭双圆弧螺旋滚道，滚珠适配位于密闭双圆弧螺旋滚道中，将排珠头安装在排珠孔内；
步骤e：将所述垫圈套入所述丝杠中并位于第一装配式螺母体与第二装配式螺母体之间，利用紧固件完成第一装配式螺母体与第二装配式螺母体的连接，根据所等效滚珠丝杠副所承受的预紧力，施加紧固件需要提供的预紧载荷；
步骤f：应用恒温恒湿加载系统及氧气浓度控制系统控制润滑脂贮存环境变量，根据制定的试验大纲进行润滑脂贮存加速退化试验；
步骤g：定期取样检测，沿排珠孔方向旋转所述丝杠，将所述滚珠排出；
步骤h：按照装配步骤的逆过程，拆卸零部件，刮取螺旋沟槽、滚道沟槽内的润滑脂，做好试验的各项记录。
本发明的有益效果是：试验工装组装便捷，有效模拟滚珠丝杠副的工作条件，润滑脂便于刮取研究其退化性能，整个试验装置可以实现温度、湿度、含氧量三种应力类型的加载，解决了现有研究中应力类型单一的问题，并且试验工装结构简单，安装、存取润滑脂方便，节省人力和时间成本，可重复性使用，为研究润滑脂在滚动机构中的贮存性能退化规律提供便利。
附图说明
图1为本发明一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置的整体示意图；
图2为本发明一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置的试验工装整体图；
图3为本发明一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置的试验工装爆炸图；
图4为本发明一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置的截面图；
图5为本发明一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置的丝杠结构图。
1试验箱、11试验腔、2恒温恒湿加载系统、3氧气浓度控制系统、31二位三通电磁阀、32电磁继电器、33流量计、34减压器、35氧气浓度控制器、36二氧化锆氧浓度传感器、37气泵、38氧气瓶、39水箱、4试验工装、41丝杠、42第一装配式螺母体、43第二装配式螺母体、44垫圈、45滚珠、46排珠头、461十字缝、47密封柱塞、48限位球、49螺旋沟槽、410滚道沟槽、411密闭双圆弧螺旋滚道、412排珠孔、413螺钉、414防尘圈、415紧固件、416凸缘、417法兰。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅本发明附图1至5，根据本发明实施例一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置，其包括：
试验箱1，试验箱1内具有试验腔11，试验腔中有盛放试验工装的架子，试验箱1上设有调节试验腔内部环境的恒温恒湿加载系统2及氧气浓度控制系统3，恒温恒湿加载系统2及氧气浓度控制系统3是模拟试验工装贮存温度、湿度、含氧量等外部环境应力的应力加载系统；
试验工装4，试验工装4放置在试验腔11内，试验工装4包括丝杠41、第一装配式螺母体42、第二装配式螺母体43、垫圈44、滚珠45及排珠头46，装配式螺母体便于与丝杠的组装连接，拆装方便，丝杠41的外侧壁上设有两段旋向相同的螺旋沟槽49，其法相截面呈双圆弧型，具体结构尺寸、螺旋升角与接触角等结构参数依据所需等效的滚珠丝杠副滚道结构确定；第一装配式螺母体42和第二装配式螺母体43的内侧壁上均设有滚道沟槽410，第一装配式螺母体42与第二装配式螺母体43装配在丝杠41的外周侧且滚道沟槽与对应的螺旋沟槽配合形成两条密闭双圆弧螺旋滚道411，滚道沟槽内径表面与丝杠上螺旋沟槽外径表面呈间隙配合，多个滚珠45适配位于密闭双圆弧螺旋滚道411内，密闭双圆弧螺旋滚道411内涂抹试验润滑脂；
第一装配式螺母体42与第二装配式螺母体43的一侧壁上均设有连通密闭双圆弧螺旋滚道411的排珠孔412，便于滚珠从排珠孔排出，排珠头46固定连接在排珠孔412内，其厚度需大于等于滚珠半径，滚珠45穿过排珠头46并经过排珠孔412排出，滚珠穿过排珠头时能刮除其上的润滑脂；排珠孔内根据排珠头尺寸加工一矩形槽，用于固定排珠头。
第一装配式螺母体42与第二装配式螺母体43相靠近的一端均设有法兰417，沿法兰周向均匀分布若干同轴的通孔，便于连接紧固件，垫圈44位于两个法兰之间，用于密封和为紧固件预紧力提供弹性形变，两个法兰417之间连接有紧固件415，调节紧固件415的拧紧力矩来改变滚珠的预紧载荷并模拟滚珠丝杠副承受的预紧力，紧固件连接为双螺母组。采用简化的双螺母预紧方式，通过对紧固件螺栓施加拧紧力矩对双螺母组内部滚珠施加预紧载荷，模拟等效滚珠丝杠副所承受的预紧力。
其中，密闭双圆弧螺旋滚道曲率半径R与所述滚珠半径r之间的关系参照滚珠丝杠副设计标准。单个所述滚珠表面积S球、一个所述滚珠单位长度的所述螺旋滚道表面积S滚道、一个所述滚珠单位长度的螺旋滚道贮存脂量V脂＝V滚道-V珠、贮存几何空间比表面积S比、所需等效滚珠丝杠副中的滚珠半径r′、等效滚珠放大倍数n等设计变量需满足下述模型(1)中的约束条件，应用优化算法求得所述螺旋滚道沟槽曲率半径R的最优解(R取两位有效数字)。所述滚道螺旋升角与接触角依据所需等效的滚珠丝杠副滚道结构确定，螺旋升角一般的取3°～17°，接触角通常选取45°，使得本发明螺旋滚道沟槽结构更加贴近所需等效的滚珠丝杠副滚道结构。
双螺母预紧方式，拧紧力矩的大小取决于所要等效的滚珠丝杠副预紧力Fp的大小，当用本发明所述试验装置模拟滚珠丝杠副中滚珠受到的预紧力时，紧固件螺栓需提供的预紧载荷Fp′通过下式(2)计算：
式中，Fp为所等效的滚珠丝杠副预紧力，N为所等效的滚珠丝杠副滚珠数，α为所等效的滚珠丝杠副接触角，λ为所等效的滚珠丝杠副螺旋升角，Fp′为本发明中螺栓需施加的预紧载荷，N′为本发明所述试验装置滚珠数，α′为本发明所述试验装置接触角，λ′为本发明所述试验装置螺旋升角。
紧固件螺栓被施加的拧紧力矩T通过下式(3)计算，并利用数显扭矩扳手拧紧相应的螺母。
T＝KFp′d/c (3)
式中，T为螺栓被施加的拧紧力矩；K为扭矩系数；d为螺纹公称直径；c为法兰所用紧固螺栓数
在另一些实施例中，丝杠41的中部设有平滑段，两段螺旋沟槽49分布于平滑段的两侧，垫圈44套接在平滑段上，螺旋沟槽49远离平滑段的一端固定连接有限位球48，限位球能助推滚珠从排珠孔排出，螺旋沟槽49靠近平滑段的一端与排珠孔412对应，排珠孔412的开孔方向与螺旋沟槽49的旋转方向平行。
在另一些具体实施例中，密闭双圆弧螺旋滚道411对应的螺旋沟槽49与滚道沟槽410在丝杠41的轴向方向上有一定的错位距离，便于施加预紧力来模拟滚珠丝杠副的预紧载荷。
在其他一些实施例中，第一装配式螺母体42与第二装配式螺母体43均包括带孔壳体和配套壳体，排珠孔412开设在带孔壳体的一侧壁上，带孔壳体与配套壳体对接配合形成螺母结构，带孔壳体与配套壳体的径向边缘加工矩形凸缘416，沿凸缘表面均匀分布若干共线的通孔，便于其螺栓装配连接，装配式螺母体方便装拆，也便于润滑脂的取放。
丝杠与第一装配式螺母体和第二装配式螺母体制造材料相同，可与所等效滚珠丝杠副保持一致，在经济成本有限的条件下，可采用耐高温、高湿、氧化的聚四氟乙烯或尼龙材料替代。滚珠材料采用95Cr18/GCr15。
在其他一些具体实施例中，排珠头46为具有一定弹性的耐高温、耐高湿、耐氧化的橡胶或工程塑料，排珠头46上设有便于滚珠穿过的十字缝461，排珠孔412内且对应排珠头的排珠端设有密封柱塞47，密封柱塞为直径略大于排珠孔的圆柱体，柱塞材料需为耐高温、高湿、氧化，并具有一定弹性的橡胶或工程塑料。
在其他一些实施例中，丝杠41的一端至另一端设有贯通的减重孔，螺旋沟槽49的槽底与减重孔的内壁之间的厚度为3mm。
在另一些具体实施例中，丝杠41的外侧壁两端边缘分别布置有防尘圈414，第一装配式螺母体42与第二装配式螺母体43与对应端的防尘圈使用螺钉413连接。
在其他一些实施例中，氧气浓度控制系统3包括二位三通电磁阀31、电磁继电器32、流量计33、减压器34、氧气浓度控制器35、二氧化锆氧浓度传感器36、气泵37、氧气瓶38及水箱39，氧气瓶38的输出管路与试验腔11连接并连通，输出管路上连接有减压器34、流量计33、二位三通电磁阀31，水箱39通过管线分别与试验腔11及二位三通电磁阀31连接，电磁继电器32、氧气浓度控制器35、二氧化锆氧浓度传感器36、气泵37连接在水箱39与二位三通电磁阀31之间的管线上，氧气浓度控制器35设置试验所需含氧量，气泵37将恒温恒湿加载系统2内的空气抽出，经过水箱冷却后，通过二氧化锆氧浓度传感器36检测氧气浓度；二氧化锆氧浓度传感器36、二位三通电磁阀31、电磁继电器32、氧气浓度控制器35构成闭环控制回路，当环境空气含氧量低于设定值时，电磁继电器32控制二位三通电磁阀31处于常开状态；当环境空气含氧量大于等于设定值时，电磁继电器32控制二位三通电磁阀31处于常闭状态，以保证恒温恒湿加载系统内氧气浓度恒定。
润滑脂贮存加速退化试验方案优化设计
根据现有文献及开展的预研试验发现，润滑脂敏感退化应力除温度应力外，湿度、含氧量对润滑脂的氧化安定性、机械安定性等退化特性指标影响同样较大，因此选取温度、湿度、含氧量为应力加载类型。通过数学优化模型，给出加速退化试验方案的优化设计。
1.优化目标
渐近方差(Asymptotic Variance)能够反应产品失效前时间估计的偏差程度，通过最小化正常工作应力下产品平均失效前时间(Mean Time To Failure，MTTF)估计值的渐近方差可获得较高的失效前时间预测精度。以最小化正常工作应力下产品MTTF估计值的渐近方差为优化目标，如下式(4)：
2.设计变量
加速退化试验方案中的试验样本量N、应力种类数H、应力水平数K、应力水平Sk＝(S1k,S2k,...,SHk)、各应力水平下的测量时间间隔Δtk和各应力水平下的性能测量次数Mk等均可作为优化设计变量。
3.约束条件
根据实际试验需求，建立约束条件方程，主要包括以下五个方面约束：
a.试验成本约束
假设单个润滑脂试验样品的价格为Cit，各应力水平下的单位时间的人力和公共资源费用为Co，单次测量费用为CM，则完成一次试验后，试验样品费用为N·Cit，人力和公共资源费用为试验测量费用为：/>完成试验所需的总费用应不高于预先设定的试验预算Cb，约束条件如下式(5)：
b.应力水平约束
应力水平数K一般取3～6，且一般情况下各应力水平满足下式(6)：
SHL＜SH1＜SH2＜...＜SHk＜SHU (6)
式中，SHL为第H个应力类型的应力范围下限，SHU为第H个应力类型的应力范围上限。
c.试验时间约束
通常情况下，低应力水平下的试验时间应比高应力水平下的试验时间长，约束条件应满足下式(7)：
d.性能检测约束
润滑脂性能指标通常包括分油度、锥入度、流变性、摩擦磨损性、氧化诱导期、红外光谱、扫描电镜等。各应力水平下的性能检测次数为性能检测次数应随试验时长的增加而增多，因此，低应力水平下的性能检测次数一般多于高应力水平下的性能检测次数，且不小于某最小检测次数，一般取Mkmin＝2，因此各应力水平下的性能检测次数应满足下式(8)：
M1≥M2≥...≥Mk≥Mkmin (8)
e.样本量约束
考虑润滑脂样本差异性，为保证试验的可信度，各应力水平下试验样本量Nk应不小于某最小样本量Nmin，一般取Nmin＝3，即满足下式(9)：
综上所述，在试验成本、试验样本量、应力水平数、性能检测次数、试验时间约束下，建立的润滑脂贮存加速退化试验方案优化模型如下式(10)：
利用自适应算法等智能优化算法求解润滑脂贮存加速退化试验方案优化模型的最优解。
本发明还公开了一种使用试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a：定量称取待研究贮存退化规律的润滑脂，均匀涂抹于第一装配式螺母体和第二装配式螺母体中的所述滚道沟槽内，润滑脂填充量小于等于沟槽容积的三分之二；
步骤b：将所述滚珠均匀放置在所述滚道沟槽内，所述滚珠与所述滚道沟槽内表面相切；
步骤c：定量称取待研究贮存退化规律的润滑脂，均匀涂抹于所述丝杠中的所述螺旋沟槽内，润滑脂填充量小于等于螺旋沟槽容积的三分之二；
步骤d：将步骤a中的所述第一装配式螺母体、第二装配式螺母体与步骤c中的所述丝杠配合，螺旋沟槽与滚道沟槽配合形成密闭双圆弧螺旋滚道，滚珠适配位于密闭双圆弧螺旋滚道中，将排珠头安装在排珠孔内；
步骤e：将所述垫圈套入所述丝杠中并位于第一装配式螺母体与第二装配式螺母体之间，利用紧固件完成第一装配式螺母体与第二装配式螺母体的连接，根据所等效滚珠丝杠副所承受的预紧力，通过式(2)计算紧固件螺栓需提供的预紧载荷，通过数显扭矩扳手对相应螺母施加拧紧力矩T，拧紧力矩T的大小由上述式(3)计算所得，利用紧定螺钉将防尘圈分别固定于第一装配式螺母体和第二装配式螺母体尾端，将两个密封柱塞分别塞入两个排珠孔；
步骤f：应用恒温恒湿加载系统及氧气浓度控制系统控制润滑脂贮存环境变量，根据制定的试验大纲进行润滑脂贮存加速退化试验；
步骤g：定期取样检测，首先将密封柱塞与防尘圈取出，沿排珠孔方向旋转所述丝杠，将所述滚珠排出；
步骤h：按照装配步骤的逆过程，拆卸零部件，刮取螺旋沟槽、滚道沟槽内的润滑脂，做好试验的各项记录，后续的清洗干净，本发明装置可重复使用，一个装置可提供多次取样。
本发明试验工装利用螺栓简化双螺母预紧方式，以比表面积法优化滚道结构参数，能够真实模拟滚动机构贮存空间内部力学环境，应力加载系统能够实现温度、湿度及含氧量的复合应力加载。此外，给出润滑脂贮存加速退化试验方案优化设计方法，并提供了该装置的使用方法；本发明装置结构及试验方法合理，试验装置具有工作性能稳定、操作简单、容易刮取黏着于滚珠上的润滑脂、可实现重复性操作等特点，可模拟润滑脂在滚动螺旋传动机构中的贮存状态，提高了加速退化试验数据的可信性。
试验工装可以根据所等效的滚动球接触副滚珠尺寸大小进行等效放大处理，润滑脂贮存量能够满足性能指标检测需要。同时，改变螺旋升角和滚珠尺寸，实现对不同规格、不同结构的滚动球接触副中润滑脂进行贮存可靠性试验研究。
试验工装具备排珠装置，能够将黏着于滚珠上的润滑脂刮取干净，节约成本。
对于实施例公开的装置和使用方法而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置，其特征在于，包括：
试验箱(1)，所述试验箱(1)内具有试验腔(11)，所述试验箱(1)上设有调节试验腔内部环境的恒温恒湿加载系统(2)及氧气浓度控制系统(3)；
试验工装(4)，所述试验工装(4)放置在所述试验腔(11)内，所述试验工装(4)包括丝杠(41)、第一装配式螺母体(42)、第二装配式螺母体(43)、垫圈(44)、滚珠(45)及排珠头(46)，所述丝杠(41)的外侧壁上设有两段旋向相同的螺旋沟槽(49)，所述第一装配式螺母体(42)和第二装配式螺母体(43)的内侧壁上均设有滚道沟槽(410)，所述第一装配式螺母体(42)与第二装配式螺母体(43)装配在所述丝杠(41)的外周侧且滚道沟槽与对应的螺旋沟槽配合形成两条密闭双圆弧螺旋滚道(411)，多个所述滚珠(45)适配位于所述密闭双圆弧螺旋滚道(411)内，所述密闭双圆弧螺旋滚道(411)内涂抹试验润滑脂；
所述第一装配式螺母体(42)与第二装配式螺母体(43)的一侧壁上均设有连通所述密闭双圆弧螺旋滚道(411)的排珠孔(412)，所述排珠头(46)固定连接在所述排珠孔(412)内，所述滚珠(45)穿过所述排珠头(46)并经过所述排珠孔(412)排出；
所述第一装配式螺母体(42)与第二装配式螺母体(43)相靠近的一端均设有法兰(417)，所述垫圈(44)位于两个法兰之间，两个所述法兰(417)之间连接有紧固件(415)，调节所述紧固件(415)的拧紧力矩来改变滚珠的预紧载荷并模拟滚珠丝杠副承受的预紧力。
2.根据权利要求1所述的一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置，其特征在于，所述丝杠(41)的中部设有平滑段，两段所述螺旋沟槽(49)分布于平滑段的两侧，所述垫圈(44)套接在平滑段上，所述螺旋沟槽(49)远离平滑段的一端固定连接有限位球(48)，所述螺旋沟槽(49)靠近平滑段的一端与所述排珠孔(412)对应，所述排珠孔(412)的开孔方向与所述螺旋沟槽(49)的旋转方向平行。
3.根据权利要求2所述的一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置，其特征在于，所述密闭双圆弧螺旋滚道(411)对应的螺旋沟槽(49)与滚道沟槽(410)在所述丝杠(41)的轴向方向上有一定的错位距离。
4.根据权利要求3所述的一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置，其特征在于，所述第一装配式螺母体(42)与第二装配式螺母体(43)均包括带孔壳体和配套壳体，所述排珠孔(412)开设在所述带孔壳体的一侧壁上，所述带孔壳体与配套壳体对接配合形成螺母结构，所述带孔壳体与配套壳体上设有便于其装配连接的凸缘(416)。
5.根据权利要求4所述的一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置，其特征在于，所述排珠头(46)为具有一定弹性的耐高温、耐高湿、耐氧化的橡胶或工程塑料，所述排珠头(46)上设有便于滚珠穿过的十字缝(461)，所述排珠孔(412)内且对应排珠头的排珠端设有密封柱塞(47)。
6.根据权利要求5所述的一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置，其特征在于，所述丝杠(41)的一端至另一端设有贯通的减重孔，所述螺旋沟槽(49)的槽底与减重孔的内壁之间的厚度为1mm～5mm。
7.根据权利要求6所述的一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置，其特征在于，所述丝杠(41)的外侧壁两端边缘分别布置有防尘圈(414)，所述第一装配式螺母体(42)与第二装配式螺母体(43)与对应端的防尘圈使用螺钉(413)连接。
8.根据权利要求7所述的一种模拟滚动机构用润滑脂贮存可靠性试验装置，其特征在于，所述氧气浓度控制系统(3)包括二位三通电磁阀(31)、电磁继电器(32)、流量计(33)、减压器(34)、氧气浓度控制器(35)、二氧化锆氧浓度传感器(36)、气泵(37)、氧气瓶(38)及水箱(39)，所述氧气瓶(38)的输出管路与试验腔(11)连接并连通，输出管路上连接有减压器(34)、流量计(33)、二位三通电磁阀(31)，所述水箱(39)通过管线分别与试验腔(11)及二位三通电磁阀(31)连接，所述电磁继电器(32)、氧气浓度控制器(35)、二氧化锆氧浓度传感器(36)、气泵(37)连接在所述水箱(39)与二位三通电磁阀(31)之间的管线上，所述氧气浓度控制器(35)设置试验所需含氧量，所述气泵(37)将所述恒温恒湿加载系统(2)内的空气抽出，经过水箱冷却后，通过二氧化锆氧浓度传感器(36)检测氧气浓度；所述二氧化锆氧浓度传感器(36)、二位三通电磁阀(31)、电磁继电器(32)、氧气浓度控制器(35)构成闭环控制回路，当环境空气含氧量低于设定值时，所述电磁继电器(32)控制所述二位三通电磁阀(31)处于常开状态；当环境空气含氧量大于等于设定值时，所述电磁继电器(32)控制所述二位三通电磁阀(31)处于常闭状态，以保证恒温恒湿加载系统内氧气浓度恒定。
9.一种使用如权利要求1-8任意一项所述的试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a：定量称取待研究贮存退化规律的润滑脂，均匀涂抹于第一装配式螺母体和第二装配式螺母体中的所述滚道沟槽内，润滑脂填充量小于等于沟槽容积的三分之二；
步骤b：将所述滚珠均匀放置在所述滚道沟槽内，所述滚珠与所述滚道沟槽内表面相切；
步骤c：定量称取待研究贮存退化规律的润滑脂，均匀涂抹于所述丝杠中的所述螺旋沟槽内，润滑脂填充量小于等于螺旋沟槽容积的三分之二；
步骤d：将步骤a中的所述第一装配式螺母体、第二装配式螺母体与步骤c中的所述丝杠配合，螺旋沟槽与滚道沟槽配合形成密闭双圆弧螺旋滚道，滚珠适配位于密闭双圆弧螺旋滚道中，将排珠头安装在排珠孔内；
步骤e：将所述垫圈套入所述丝杠中并位于第一装配式螺母体与第二装配式螺母体之间，利用紧固件完成第一装配式螺母体与第二装配式螺母体的连接，根据所等效滚珠丝杠副所承受的预紧力，施加紧固件需要提供的预紧载荷；
步骤f：应用恒温恒湿加载系统及氧气浓度控制系统控制润滑脂贮存环境变量，根据制定的试验大纲进行润滑脂贮存加速退化试验；
步骤g：定期取样检测，沿排珠孔方向旋转所述丝杠，将所述滚珠排出；
步骤h：按照装配步骤的逆过程，拆卸零部件，刮取螺旋沟槽、滚道沟槽内的润滑脂，做好试验的各项记录。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |