專利名稱:潤(rùn)滑油彈流摩擦特性測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域的測(cè)量?jī)x器,具體是測(cè)量潤(rùn)滑油的彈流摩擦特性的測(cè)量?jī)x。
背景技術(shù):
滾動(dòng)軸承、齒輪等傳動(dòng)副的傳動(dòng)接觸件在絕大多數(shù)情況下處于彈流潤(rùn)滑狀態(tài)(彈性流體動(dòng)壓潤(rùn)滑簡(jiǎn)稱彈流潤(rùn)滑,是指在兩個(gè)具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的固體表面相互接觸過(guò)程中,考慮了固體的彈性變形和潤(rùn)滑油粘度變化作用的液體動(dòng)壓潤(rùn)滑),相接觸的傳動(dòng)件之間會(huì)形成一層彈流潤(rùn)滑油膜,而不同的潤(rùn)滑油具有不同的摩擦特性,潤(rùn)滑油的彈流摩擦特性對(duì)滾動(dòng)軸承、齒輪等傳動(dòng)件的動(dòng)力學(xué)行為影響極大。如軸承滾動(dòng)體與滾道之間存在的油膜摩擦カ能導(dǎo)致滾動(dòng)體的過(guò)度滑動(dòng),所產(chǎn)生的慣性載荷決定了滾動(dòng)體和保持架碰撞的嚴(yán)重程度,極大影響了保持架的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和壽命,若不加以控制,將導(dǎo)致保持架的破壞,從而嚴(yán)重影響滾動(dòng)軸承的壽命。因此,根據(jù)潤(rùn)滑油的摩擦性能進(jìn)行軸承設(shè)計(jì)不僅能控制滾動(dòng)體的滑動(dòng) 和滾動(dòng),而且很大程度上控制了保持架的穩(wěn)定性,從而提高軸承的壽命??梢姡瑵?rùn)滑油彈流摩擦特性是進(jìn)行滾動(dòng)軸承、齒輪等傳動(dòng)件設(shè)計(jì)必不可少的重要數(shù)據(jù),進(jìn)行潤(rùn)滑油彈流摩擦特性的試驗(yàn)測(cè)量裝置的研究及試驗(yàn)研究具有重要意義。目前對(duì)潤(rùn)滑油摩擦特性的研究,在四球摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試的較多,但是四球機(jī)只能模擬兩接觸件之間的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng),且僅能測(cè)試潤(rùn)滑油邊界潤(rùn)滑性能,而滾動(dòng)軸承和齒輪等傳動(dòng)件中,兩接觸件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)是滾動(dòng)伴有滑動(dòng),潤(rùn)滑狀態(tài)為彈流潤(rùn)滑狀態(tài),因此采用四球機(jī)模擬的エ況進(jìn)行測(cè)量時(shí),經(jīng)常會(huì)遇到不同潤(rùn)滑油在四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上測(cè)得的PB或ro值相同,卻與臺(tái)架試驗(yàn)或者實(shí)際應(yīng)用中的性能有較明顯的差別。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種相應(yīng)傳動(dòng)接觸件之間滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)同時(shí)伴有滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)、模擬潤(rùn)滑油彈流潤(rùn)滑狀態(tài)真實(shí)エ況的潤(rùn)滑油彈流摩擦特性測(cè)量?jī)x。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種潤(rùn)滑油彈流摩擦特性測(cè)量?jī)x,包括エ況模擬系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng),エ況模擬系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互平行的ー個(gè)中心圓盤和三個(gè)以上的外圍圓盤、驅(qū)動(dòng)中心圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的主電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)外圍圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的副電動(dòng)機(jī)以及對(duì)圓盤加載的加載裝置,外圍圓盤均勻圍繞在中心圓盤的周圍并分別與中心圓盤以相対的錐面貼合接觸而形成線接觸或以錐面與環(huán)形凸緣接觸而形成點(diǎn)接觸,中心圓盤的中心固定有由主電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的主軸,主軸上設(shè)有在徑向受力時(shí)發(fā)生彈性變形的彈性軸段,主軸上于彈性軸段的后方設(shè)有承壓軸肩,承壓軸肩具有朝后的環(huán)形的承壓臺(tái)階面,所述加載裝置包括所述承壓軸肩上套設(shè)的靜壓軸承及向靜壓軸承供油以推動(dòng)所述承壓軸肩的液壓加載油路,靜壓軸承包括與承壓軸肩轉(zhuǎn)動(dòng)配合的套管及套管后端固定的后端蓋,靜壓軸承的后端蓋上開設(shè)有用于注入高壓油以推動(dòng)所述承壓軸肩的注油孔;所述測(cè)量系統(tǒng)包括粘貼在主軸前端的彈性軸段上的電阻式應(yīng)變式片、通過(guò)主軸上設(shè)置的旋轉(zhuǎn)電連接器接收電阻式應(yīng)變式片的應(yīng)變信號(hào)的電阻應(yīng)變儀和與電阻應(yīng)變儀輸出端連接的用于得出彈流摩擦カ數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。所述主軸上于彈性軸段的外圍套設(shè)有用于保持主軸剛度的軸套,軸套前端固定在主軸上,軸套后端通過(guò)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)裝配于主軸上。所述外圍圓盤均為輪緣為錐面的圓盤,中心圓盤的結(jié)構(gòu)有兩種,一種是輪緣為錐面的圓盤,另ー種是在錐面輪緣的錐面上設(shè)有截面為圓弧形的環(huán)形凸起的圓盤。所述外圍圓盤有三個(gè),三個(gè)外圍圓盤由副電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng),齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由副電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的中心齒輪及中心齒輪周圍的三個(gè)大小相同呈120°排列的小齒輪構(gòu)成,中心齒輪帶動(dòng)三個(gè)小齒輪旋轉(zhuǎn),三個(gè)外圍圓盤的中心分別與三根小齒輪的齒輪軸固連。測(cè)量?jī)x還包括被測(cè)油供油回油系統(tǒng),被測(cè)油供油回油系統(tǒng)包括噴射方向分別朝向 エ況模擬系統(tǒng)的中心圓盤和外圍圓盤的接觸區(qū)的多個(gè)噴油嘴、設(shè)置在中心圓盤下方的接油盤及連接于接油盤與噴油嘴之間的油管,油管與油泵連接。本發(fā)明的測(cè)量?jī)x,中心圓盤與周圍的三個(gè)以上的圓盤有三個(gè)以上的由相互接觸的接觸點(diǎn)或接觸面構(gòu)成的接觸區(qū)域,其摩擦力信號(hào)為可放大為三倍以上,對(duì)拾取信號(hào)非常有利,而且采用錐面輪緣的圓盤,可以將軸向的加載カ分解出一部分在垂直于錐面的法向上分力,因此可以方便的實(shí)現(xiàn)加載裝置在軸向上和徑向上的同時(shí)加載,從而使得模擬出的エ況更接近于真實(shí)エ況,使得測(cè)量更加精確。
圖I是本發(fā)明潤(rùn)滑油彈流摩擦特性測(cè)量?jī)x的實(shí)施例中所用的外圍圓盤的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本發(fā)明潤(rùn)滑油彈流摩擦特性測(cè)量?jī)x的實(shí)施例中用于模擬線接觸エ況的中心圓盤的結(jié)構(gòu)示意圖;圖3是本發(fā)明潤(rùn)滑油彈流摩擦特性測(cè)量?jī)x的實(shí)施例中用于模擬點(diǎn)接觸エ況的中心圓盤的結(jié)構(gòu)示意圖;圖4是本發(fā)明潤(rùn)滑油彈流摩擦特性測(cè)量?jī)x的實(shí)施例中電阻式應(yīng)變式片在彈性軸上粘貼的不意圖;圖5是本發(fā)明潤(rùn)滑油彈流摩擦特性測(cè)量?jī)x的實(shí)施例中的靜壓軸承的結(jié)構(gòu)示意圖;圖6是本發(fā)明潤(rùn)滑油彈流摩擦特性測(cè)量?jī)x的實(shí)施例中的電刷與集流環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖;圖7是本發(fā)明潤(rùn)滑油彈流摩擦特性測(cè)量?jī)x的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖;圖8是圖7的工作原理圖。
具體實(shí)施例方式如圖I 圖8所示,本發(fā)明的潤(rùn)滑油彈流摩擦特性測(cè)量?jī)x的實(shí)施例,包括エ況模擬系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、被測(cè)油供油回油系統(tǒng)。其中的エ況模擬系統(tǒng)包括由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互平行ー個(gè)中心圓盤I和三個(gè)外圍圓盤2以及對(duì)圓盤加載的加載裝置,三個(gè)外圍圓盤2以120°的周向間隔均勻圍繞在中心圓盤I的周圍,中心圓盤I的中心固定有由主電動(dòng)機(jī)3帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的主軸4,三個(gè)外圍圓盤2由副電動(dòng)機(jī)5及齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng),齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由副電動(dòng)機(jī)5帶動(dòng)的中心齒輪6及中心齒輪6周圍的三個(gè)大小相同呈120°排列的小齒輪7構(gòu)成,中心齒輪6帶動(dòng)三個(gè)小齒輪7旋轉(zhuǎn),將動(dòng)力傳遞到三根小齒輪軸上,三個(gè)外圍圓盤2的中心分別與三根小齒輪軸固連而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。三個(gè)外圍圓盤2分別與中心圓盤接觸I而形成三個(gè)接觸區(qū),如圖1-3所示,外圍圓盤2均為輪緣為錐面的圓盤,中心圓盤I的結(jié)構(gòu)有兩種,ー種是如圖2所示的輪緣為錐面的圓盤1-1,可以與外圍圓盤配合模擬線接觸,另ー種是如圖3所示的在錐面輪緣的錐面上設(shè)有截面為圓弧形的環(huán)形凸起的圓盤1-2,可以模擬點(diǎn)接觸。主、副兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)3、5為無(wú)級(jí)變速交流電動(dòng)機(jī),調(diào)節(jié)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的頻率,使得中心圓盤I與周圍三個(gè)外圍圓盤2在接觸區(qū)域(點(diǎn)或線)的線速度不同,可模擬接觸件之間的滾動(dòng)伴有滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。主軸4的前端與中心圓盤I連接,主軸4上設(shè)有承壓軸肩42,承壓軸肩42具有朝后的環(huán)形的承壓臺(tái)階面,所述加載裝置包括所述承壓軸肩42上套設(shè)的靜壓軸承9以及對(duì)靜壓軸承9供油的液壓加載油路13,如圖5所示,靜壓軸承9包括與承壓軸肩轉(zhuǎn)動(dòng)配合的套管91及套管后端固定的后端蓋92,靜壓軸承9的后端蓋92上開設(shè)有用于注入高壓油以推動(dòng)所述承壓軸肩42的注油孔93,液壓加載油路13包括與儲(chǔ)油容器連接的帶有油泵、壓カ表及閥門的油管,對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言,向某腔體提供一定壓カ的液壓油的油路屬于容易實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)有技木,在此處不再詳述,由液壓加載油路13進(jìn)入注油孔93的高壓油推動(dòng)承壓軸肩42并通過(guò)主軸4將カ傳遞到中心圓盤1,由于中心圓盤I輪緣的錐面結(jié)構(gòu),使得軸向方向加載的カ具有垂直于接觸面的法向分量,從而使中心圓盤I與周圍的外圍圓盤2形成法向加載。在卸載時(shí),通過(guò)靜壓軸承9的套管91上的卸載孔94,可以方便地放油卸載。液壓加載與機(jī)械加載相比,可降低兩個(gè)接觸盤之間的振動(dòng),提高盤試件的使用壽命,并且加載、卸載操作方便。所述承壓軸肩42之前的主軸4上還設(shè)有在徑向受力時(shí)發(fā)生彈性變形的彈性軸段41,本實(shí)施例中為了提高潤(rùn)滑油摩擦力矩的測(cè)試靈敏度,將彈性軸段41加工成直徑IOmm的彈性軸,使得摩擦力矩變化吋,軸的變形的變化較大,弾性軸上的相應(yīng)傳感器(電阻式應(yīng)變片)能較靈敏地測(cè)試出摩擦力矩的變化。同時(shí)為確保主軸4整體上在徑向方向上的剛度,在彈性軸段41的外圍套設(shè)有軸套43,軸套43前端固定在主軸上,軸套后端通過(guò)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)裝配于主軸4上,這既保證了主軸4的剛 度,也不影響弾性主軸4在軸向和周向的變形。測(cè)量系統(tǒng)包括粘貼在主軸前端的彈性軸段41上的電阻式應(yīng)變片8、電阻應(yīng)變儀9和計(jì)算機(jī)10,所述主軸4上還套設(shè)有旋轉(zhuǎn)電連接器11,旋轉(zhuǎn)電連接器11包括固定套設(shè)在主軸4上的集流環(huán)111和在集流環(huán)111外圍固定設(shè)置的與集流環(huán)導(dǎo)電滑動(dòng)配合的電刷112,電刷112與主軸4相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)配合,集流環(huán)111隨主軸4 一起旋轉(zhuǎn),所述電阻式應(yīng)變片8的輸出端經(jīng)導(dǎo)線沿主軸4上所開設(shè)的槽引到所述集流環(huán)111上,與集流環(huán)111導(dǎo)電滑動(dòng)配合的電刷112可將應(yīng)變信號(hào)經(jīng)導(dǎo)線傳遞到電阻應(yīng)變儀9上,最后通過(guò)計(jì)算機(jī)10的數(shù)據(jù)采集板和的數(shù)據(jù)采集程序即可測(cè)出彈流摩擦力的大小。被測(cè)油供油回油系統(tǒng)12包括噴射方向分別朝向エ況模擬系統(tǒng)的中心圓盤和外圍圓盤的接觸區(qū)的多個(gè)噴油嘴、設(shè)置在中心圓盤下方的接油盤及連接于接油盤與噴油嘴之間的油管,油管與油泵連接。被測(cè)油供油回油系統(tǒng)12的結(jié)構(gòu)屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員容易實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)有技術(shù),而不在圖中顯示。本發(fā)明的上述實(shí)施例在進(jìn)行測(cè)試時(shí),首先打開被測(cè)油供油回油系統(tǒng)12,使被測(cè)油供油回油系統(tǒng)的三個(gè)噴油嘴把潤(rùn)滑油送入中心圓盤I與周圍三個(gè)外圍圓盤2形成的三個(gè)接觸區(qū)。然后啟動(dòng)主、副電動(dòng)機(jī)3、5,并調(diào)整主、副電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,使得中心圓盤I與周圍三個(gè)外圍圓盤2接觸并處于純滾動(dòng)狀態(tài)。打開向靜壓軸承7供油的液壓加載油路使得中心圓盤I與周圍三個(gè)外圍圓盤2發(fā)生接觸而加載,由于圓盤的錐形結(jié)構(gòu),使得圓盤接觸處可實(shí)現(xiàn)法向加載。當(dāng)各圓盤在充分潤(rùn)滑的條件下高速旋轉(zhuǎn)時(shí),其相互間的接觸區(qū)將形成一定厚度的彈流油膜。通過(guò)主副電機(jī)的調(diào)速調(diào)整中心圓盤I和周圍三個(gè)圓盤2的轉(zhuǎn)速,使得中心圓盤I與外圍圓盤2在接觸點(diǎn)處的線速度不同,產(chǎn)生一定的滑動(dòng)速度差,則油膜與兩個(gè)接觸表面將產(chǎn)生相應(yīng)的彈流摩擦力。在彈流油膜摩擦力的作用下,使得中心圓盤I所在的主軸4發(fā)生一定的扭轉(zhuǎn)變形,其中的彈性軸段41的變形通過(guò)粘貼在其上的電阻式應(yīng)變式片8測(cè)得,把變形信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),電信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線沿在主軸4上開設(shè)的槽引到旋轉(zhuǎn)電連接器11,通過(guò)旋轉(zhuǎn)電連接器11傳遞到電阻應(yīng)變儀9,輸出電壓信號(hào),電壓信號(hào)通過(guò)計(jì)算機(jī)10中的數(shù)據(jù)采集板轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),經(jīng)數(shù)據(jù)采集程序換算成摩擦カ矩或摩擦力的數(shù)值。當(dāng)然,在本發(fā)明的其他實(shí)施例中,也可以不設(shè)置潤(rùn)滑 油供油回油系統(tǒng),而是在毎次開始測(cè)量前以人工方式加油;另外,外圍圓盤的數(shù)量也可以多于三個(gè)。
權(quán)利要求
1.一種潤(rùn)滑油彈流摩擦特性測(cè)量?jī)x,其特征在于包括エ況模擬系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng),エ況模擬系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互平行的ー個(gè)中心圓盤和三個(gè)以上的外圍圓盤、驅(qū)動(dòng)中心圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的主電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)外圍圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的副電動(dòng)機(jī)以及對(duì)圓盤加載的加載裝置,外圍圓盤均勻圍繞在中心圓盤的周圍并分別與中心圓盤以相対的錐面貼合接觸而形成線接觸或以錐面與環(huán)形凸緣接觸而形成點(diǎn)接觸,中心圓盤的中心固定有由主電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的主軸,主軸上設(shè)有在徑向受力時(shí)發(fā)生彈性變形的彈性軸段,主軸上于彈性軸段的后方設(shè)有承壓軸肩,承壓軸肩具有朝后的環(huán)形的承壓臺(tái)階面,所述加載裝置包括所述承壓軸肩上套設(shè)的靜壓軸承及向靜壓軸承供油以推動(dòng)所述承壓軸肩的液壓加載油路,靜壓軸承包括與承壓軸肩轉(zhuǎn)動(dòng)配合的套管及套管后端固定的后端蓋,靜壓軸承的后端蓋上開設(shè)有用于注入高壓油以推動(dòng)所述承壓軸肩的注油孔;所述測(cè)量系統(tǒng)包括粘貼在主軸前端的彈性軸段上的電阻式應(yīng)變式片、通過(guò)主軸上設(shè)置的旋轉(zhuǎn)電連接器接收電阻式應(yīng)變式片的應(yīng)變信號(hào)的電阻應(yīng)變儀和與電阻應(yīng)變儀輸出端連接的用于得出彈流摩擦力數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量?jī)x,其特征在于所述主軸上于彈性軸段的外圍套設(shè)有用于保持主軸剛度的軸套,軸套前端固定在主軸上,軸套后端通過(guò)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)裝配于主軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量?jī)x,其特征在于所述外圍圓盤均為輪緣為錐面的圓盤,中心圓盤的結(jié)構(gòu)有兩種,一種是輪緣為錐面的圓盤,另ー種是在錐面輪緣的錐面上設(shè)有截面為圓弧形的環(huán)形凸起的圓盤。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量?jī)x,其特征在于所述外圍圓盤有三個(gè),三個(gè)外圍圓盤由副電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng),齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是由副電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的中心齒輪及中心齒輪周圍的三個(gè)大小相同呈120°排列的小齒輪構(gòu)成,中心齒輪帶動(dòng)三個(gè)小齒輪旋轉(zhuǎn),三個(gè)外圍圓盤的中心分別與三根小齒輪的齒輪軸固連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量?jī)x,其特征在于測(cè)量?jī)x還包括被測(cè)油供油回油系統(tǒng),被測(cè)油供油回油系統(tǒng)包括噴射方向分別朝向エ況模擬系統(tǒng)的中心圓盤和外圍圓盤的接觸區(qū)的多個(gè)噴油嘴、設(shè)置在中心圓盤下方的接油盤及連接于接油盤與噴油嘴之間的油管,油管與油泵連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種潤(rùn)滑油彈流摩擦特性測(cè)量?jī)x,包括工況模擬系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng),工況模擬系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動(dòng)軸線相互平行的一個(gè)中心圓盤和三個(gè)以上的外圍圓盤、驅(qū)動(dòng)中心圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的主電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)外圍圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的副電動(dòng)機(jī)以及對(duì)圓盤加載的加載裝置,外圍圓盤均勻圍繞在中心圓盤的周圍并分別與中心圓盤以相對(duì)的錐面貼合接觸而形成線接觸或以錐面與環(huán)形凸緣接觸而形成點(diǎn)接觸。本發(fā)明的測(cè)量?jī)x,中心圓盤與周圍的三個(gè)以上的圓盤有三個(gè)以上的由相互接觸的接觸點(diǎn)或接觸面構(gòu)成的接觸區(qū)域,其摩擦力信號(hào)為可放大為三倍以上,對(duì)拾取信號(hào)非常有利。
文檔編號(hào)G01L9/04GK102692375SQ20111042695
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2011年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月17日
發(fā)明者張貝, 李航, 楊伯原, 王燕霜, 祝海峰, 蘇冰 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)