CN212931871U - 一种油膜测量仪的可旋转自动加载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种油膜测量仪的可旋转自动加载装置，包括钢球旋转机构、电机加载机构、旋转平台以及控制系统；钢球旋转机构，用于驱动钢球转动；电机加载机构，用于驱动球托上下移动，对钢球施加压力进行加载；钢球旋转机构、电机加载机构固定在所述的旋转平台上；控制系统控制钢球旋转机构、电机加载机构。本实用新型不仅能够通过自制的旋转平台实现球盘偏角变化，从而能够进行球盘表面速度异向下的点接触油膜润滑研究。更将钢球的加载由研究人员的手动加载调节变为通过加载电机的自动调节，且可根据测力传感器的示数进行施加载荷的有效控制。

Description

一种油膜测量仪的可旋转自动加载装置

技术领域

本实用新型公开了一种油膜测量仪的可旋转自动加载装置。

背景技术

减少摩擦磨损对于经济的发展和能源的节约有着十分重大的意义。减少摩擦最常用的方法就是在接触副之间添加润滑剂，其实际原理是通过润滑剂在相互摩擦的运动副之间形成具有一定承载能力的油膜，以隔绝两运动表面的直接接触，从而达到减少摩擦损耗的目的。

在对摩擦磨损的研究中，大部分的实验室中所用的都是采用光干涉测量球盘模拟点接触下的润滑膜厚。然而，发明人发现现在实验室中大部分的油膜测量仪加载装置是无法旋转的，也即大部分的油膜测量试验台只能测量固定的球盘角度工况下的点接触油膜厚度和形状变化，而无法研究卷吸速度方向变化时的弹流润滑油膜厚度。且大多油膜测量仪的加载装置为手动加载，手动加载自动化程度不高，加载麻烦且加载的精度不高，手动加载时加载不均匀会产生冲击载荷，影响测量精度，不利于对油膜进行测量。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型提出了一套在保证原有的油膜成像系统成像质量下可以实现点接触表面速度异向工况下可旋转的加载装置，从而可以测量不同球盘偏角工况下的点接触润滑的膜厚和形状。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种油膜测量仪可旋转自动加载装置，包括钢球旋转机构、电机加载机构、旋转平台以及控制系统；

所述的钢球旋转机构，用于驱动钢球转动；所述的钢球旋转机构，包括伺服电机、球杆、钢球，所述伺服电机通过第一联轴器与球杆连接，钢球固连在球杆上。

所述的电机加载机构，用于驱动球托上下移动，对钢球施加压力进行加载；所述的电机加载机构包括加载电机、加载丝杠、加载升降台、加载基座、球托；所述加载基座底部与旋转底座固定连接；所述加载电机与加载基座顶端固定连接，加载电机驱动加载丝杆做旋转运动；所述加载升降台与加载底座形状配合，且加载丝杠驱动加载升降台。

所述的钢球旋转机构、电机加载机构固定在所述的旋转平台上；所述旋转平台包括上旋转平台和旋转基座；所述的上旋转平台安装在旋转基座上，可相对于旋转基座旋转。

所述的控制系统控制钢球旋转机构、电机加载机构。

作为进一步的技术方案，所述旋转基座中固定有带有上下两倒角的同心圆弧凹形轨道，旋转平台外部带有对应两倒角形状的突出的同心圆弧，旋转平台倒角与旋转基座倒角相对应。

作为进一步的技术方案，所述的伺服电机固定在所述的上旋转平台上。

作为进一步的技术方案，所述轴承基座内部有孔被球杆穿过，外部通过内六角螺钉与旋转平台固定连接，所述调心球轴承外圈穿过轴承基座固定连接，其内圈被球杆穿过，使其可以绕球杆轴线方向旋转。

作为进一步的技术方案，所述加载升降台尾部有燕尾型凸起，在加载底座上设有相应的燕尾型凹槽，所述的燕尾型凸起与燕尾型凹槽配合。

作为进一步的技术方案，所述球托包括球托支架、滚子、挡块、轴承，所述球托支架与加载升降台固定连接，所述挡块与球托支架连接固定，所述轴承外圈固定在球托支架两侧，其内圈被滚子两端伸出的轴穿过，可由内圈传递转动滚子所受到的转动。

作为进一步的技术方案，所述加载升降台内部设有拉压传感器，加载升降台与拉压传感器之间加有弹簧。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型由钢球旋转系统、电机加载系统、旋转平台以及加载电机控制系统共四部分组成，各部分设计科学合理，能实现相应的功能。对比已有的点接触润滑油膜实验台，不仅能够通过自制的旋转平台实现球盘偏角变化，从而能够进行球盘表面速度异向下的点接触油膜润滑研究。更将钢球的加载由研究人员的手动加载调节变为通过加载电机的自动调节，且可根据测力传感器的示数进行施加载荷的有效控制。有利于摩擦润滑实验中对于点接触工件实际载荷的准确模拟和对摩擦磨损的进一步研究。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1：加载装置的整体结构的左轴测示意图；

图2：加载装置的整体结构的正轴测示意图；

图3：加载升降装置的示意图；

图4：旋转平台的示意图；

图5：球托装置的示意图；

图6：钢球旋转装置的示意图；

图7：加载升降装置与球托装置的连接示意图；

图8：加载驱动装置连接示意图；

图9：加载驱动装置连接剖面示意图。

图中各部件名称如下：伺服电机-1，钢球驱动电机支座-2，第一联轴器-3，加载电机-4，加载电机支座-5，第二联轴器-6，上挡板-7，升降加载台-8，加载基座-9，球托-10，钢球-11，上旋转平台-12，旋转基座-13，球托支架-14，滚子-15，挡块-16，轴承-17，调心球轴承-18，调心球轴承基座-19，球杆-20，弹簧-21，传感器-22，推力球轴承端盖-23，推力球轴承-24。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本实用新型另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

正如背景技术所介绍的，由于公知领域的点接触润滑油膜测量装置存在大多只能实现球速和盘速同向下润滑油膜膜厚的测量，且加载装置大多通过手动施加载荷，不仅加大了研究人员的工作量，且手动的加载过程中产生的力不均匀可能会产生冲击载荷，对玻璃盘上的润滑剂产生突然增加的压力峰，影响油膜的形状和分布。本实用新型的目的在于，克服现有技术的不足之处，提供一种可旋转的弹流润滑油膜测量仪加载装置，且在对钢球施加载荷时通过步进电机以电脉冲的形式进行加载，提高使用的方便性和加载精度。

本实施例提出的弹流润滑油膜测量仪的可旋转加载装置，主要包括四部分，分别是钢球旋转系统、电机加载系统、旋转平台以及加载电机控制系统；

其中，钢球旋转系统包括伺服电机1、第一联轴器3、调心球轴承18、轴承基座19、球杆20和钢球11，所述伺服电机1基部通过螺钉连接固定在旋转平台12上，所述球杆通过第一联轴器3与伺服电机1连接，所述钢球11固连在球杆上，所述轴承基座19内部有孔被球杆穿过，外部通过内六角螺钉与旋转平台12固定连接，所述调心球轴承8外圈穿过轴承基座固定连接，其内圈被球杆穿过，使其可以绕球杆轴线方向旋转，故经联轴器和轴承传动，伺服电机1可以驱动钢球11进行转动。

钢球旋转系统的工作原理为：钢球固定在球杆末端，由伺服电机输出轴通过第一联轴器及球杆穿过的调心球轴承为基准带动而产生绕球杆轴向的转动。第一联轴器具有结构紧凑，夹装方便等优点，正反转时没有回程误差，同时补偿加载系统与传动系统之间的安装误差，使钢球具有一定的自我调整能力。其中所述调心球轴承最大特点是内圈相对外圈能有小于3度的摆动，即内圈轴线允许有小的角度调整，可以补偿轴两端轴承座孔的同轴度误差和轴受载后产生的挠度，通过对整体加载机构高度的调节，可以保证钢球不受压时不与玻璃盘接触，保证了施加载荷时的准确度。

其中，电机加载系统包括加载电机4、第二联轴器6、加载丝杠、加载升降台8、加载基座9、弹簧21、拉压传感器22和球托10。

加载基座9底部通过两侧螺钉与旋转底座固定连接。所述加载电机与加载基座顶端固定连接，其输出轴通过联轴器与加载丝杠连接，加载电机4驱动加载丝杆做旋转运动。所述加载升降台8通过自身尾部的燕尾型凸起与升降加载底座形状相应的燕尾型凹槽对应实现类似导轨和滑块的配合，且其尾部中央有一螺纹孔被加载丝杠穿过。

球托包括球托支架14、滚子15、挡块16、轴承17，所述球托支架14通过四个螺钉与加载升降台8固定连接，所述挡块16通过螺钉与球托支架14连接固定，所述轴承17外圈固定在球托支架14两侧，其内圈被滚子两端伸出的轴穿过，可由内圈传递转动滚子15所受到的转动。在加载升降台8内部安装拉压传感器22，所述加载升降台8与拉压传感器22之间加有弹簧21，弹簧21可以起缓冲冲击，柔性加载的作用。

电机加载系统工作原理：所述电机加载系统中的加载丝杠与加载升降台组成螺旋传动机构，所述加载升降台尾部的燕尾形突出与升降基座上的沿Z轴方向的燕尾槽组合形成类似导轨与滑块的配合，从而将由加载电机带动丝杠产生的旋转运动转变为加载升降台的直线运动。通过螺钉固定在加载升降台上的球托将该位移施加到钢球上，从而实现由钢球对玻璃盘的加载。且所述升降台的直线运动也会压缩拉压传感器上的弹簧，将该压力传递到传感器显示为数字，从而可以准确得出对钢球所施加的载荷。且对球托中的滚子进行详细分析如下。加载机构(图2)即要满足对钢球的支撑和加载，又不能影响钢球的转动。加载球托的结构图如图4所示，用角接触球轴承把一对滚子支承在保持架上，再用螺钉与托板联接。采用的这种滚子对钢球来说是四点支撑，在钢球旋转时必须使四个支撑点始终保持接触，若有一点不接触就可能导致钢球被干涉卡住而转不动，所以对滚子的圆锥表面加工要求很高，加工成本较高。在这里提出一种其它方案，可以把其中一个滚子加工成圆柱形降低成本，用这种方法需在与钢球接触的滚子的圆柱表面加工一小凹槽，因为这时钢球属于三点支撑定位，与圆柱滚子15接触的刚好是钢球的最大直径处，而润滑油膜的也形成在钢球的最大直径与玻璃盘的接触处，所以为了保护与玻璃盘相接触处的钢球表面，在滚子中间加工一小凹槽是很有必要的，此时钢球近似于三点支撑，也可保持稳定。

旋转平台包括上旋转平台12和旋转基座13。所述旋转基座13中通过螺钉固定有带有上下两倒角的同心圆弧凹形轨道，上旋转平台12外部也有带有对应两倒角形状的突出的同心圆弧，上旋转平台12倒角与旋转基座13倒角相对应，上旋转平台12和旋转基座13类似于为导轨和滑块配合连接，通过手动旋转上旋转平台12可以使钢球的旋转轴线转过一定角度。由于在该平台中，上旋转平台12和旋转基座13通过半圆弧轨道配合连接，其中上旋转平台12可通过外部的半圆弧倒角沿着在旋转基座上的圆弧轨道运动，实现球盘偏角在-90°至90°之间的角度变化。

所述加载电机控制系统与电脑通过接线相连，结合PLC控制系统和电脑控制软件，对外输出相应的转速，支持钢球的转动和加载系统的直线进给运动。

使用该弹流润滑油膜测量仪的可旋转加载装置进行钢球的加载时，首先需要启动加载电机，且要注意此处的加载电机一般为步进型电机，因此类电机的转速只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，可准确控制角位移量，实现准确定位。当加载电机输出轴旋转时，该旋转通过联轴器传递到加载丝杠，加载丝杠旋转则会带动与其以螺纹配合的加载升降台，该加载升降台由于螺纹传动产生的直线进给运动会通过其本身的燕尾形突出沿着升降基座上的燕尾形凹陷的轨道运动，从而带动固定在加载升降台上的球托向Z轴负向运动，球托压在钢球上，实现了对钢球和与其接触的玻璃盘的加载。

使用该弹流润滑油膜测量仪的可旋转加载装置进行钢球旋转运动时，首先需要根据卷吸速度计算公式即u_e＝(u_b-u_d)/2，以设计中的卷吸速度和钢球速度计算出实验中钢球所需赋予的球速u_b，随后通过电机控制系统在与其相连的计算机中输入该球速，随后启动驱动电机即可。电机会通过输出轴，联轴器，以及球杆穿过的轴承将该转动传递到球杆末端的钢球上，从而实现钢球速度的控制。

使用该弹流润滑油膜测量仪的可旋转加载装置进行钢球运动方向的旋转时，只需要通过手动调节，转动上旋转平台，该旋转平台会通过与之相连的半圆弧轨道随之绕球盘接触点做定中心点的转动，根据旋转基座上的角度标尺进行角度的确定，从而在不影响接触点的情况下实现球盘偏角的变化。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种油膜测量仪的可旋转自动加载装置，其特征在于，包括钢球旋转机构、电机加载机构、旋转平台以及控制系统；

所述的钢球旋转机构，用于驱动钢球转动；

所述的电机加载机构，用于驱动球托上下移动，对钢球施加压力进行加载；

所述的钢球旋转机构、电机加载机构固定在所述的旋转平台上；

所述的控制系统控制钢球旋转机构、电机加载机构。

2.如权利要求1所述的油膜测量仪的可旋转自动加载装置，其特征在于，所述旋转平台包括上旋转平台和旋转基座；所述的上旋转平台安装在旋转基座上，可相对于旋转基座旋转。

3.如权利要求2所述的油膜测量仪的可旋转自动加载装置，其特征在于，所述旋转基座中固定有带有上下两倒角的同心圆弧凹形轨道，旋转平台外部带有对应两倒角形状的突出的同心圆弧，旋转平台倒角与旋转基座倒角相对应。

4.如权利要求2所述的油膜测量仪的可旋转自动加载装置，其特征在于，所述的钢球旋转机构，包括伺服电机、球杆、钢球，所述伺服电机通过第一联轴器与球杆连接，钢球固连在球杆上。

5.如权利要求4所述的油膜测量仪的可旋转自动加载装置，其特征在于，所述的伺服电机固定在所述的上旋转平台上。

6.如权利要求4所述的油膜测量仪的可旋转自动加载装置，其特征在于，所述轴承基座内部有孔被球杆穿过，外部通过内六角螺钉与旋转平台固定连接，所述调心球轴承外圈穿过轴承基座固定连接，其内圈被球杆穿过，使其可以绕球杆轴线方向旋转。

7.如权利要求2所述的油膜测量仪的可旋转自动加载装置，其特征在于，所述电机加载机构包括加载电机、加载丝杠、加载升降台、加载基座、球托；所述加载基座底部与旋转底座固定连接；所述加载电机与加载基座顶端固定连接，加载电机驱动加载丝杆做旋转运动；所述加载升降台与加载底座形状配合，且加载丝杠驱动加载升降台。

8.如权利要求7所述的油膜测量仪的可旋转自动加载装置，其特征在于，所述加载升降台尾部有燕尾型凸起，在加载底座上设有相应的燕尾型凹槽，所述的燕尾型凸起与燕尾型凹槽配合。

9.如权利要求7所述的油膜测量仪的可旋转自动加载装置，其特征在于，所述球托包括球托支架、滚子、挡块、轴承，所述球托支架与加载升降台固定连接，所述挡块与球托支架连接固定，所述轴承外圈固定在球托支架两侧，其内圈被滚子两端伸出的轴穿过，可由内圈传递转动滚子所受到的转动。

10.如权利要求7所述的油膜测量仪的可旋转自动加载装置，其特征在于，在加载升降台内部安装拉压传感器，所述加载升降台与拉压传感器之间设有弹簧。

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