技術(shù)領(lǐng)域:

本發(fā)明屬于高副點(diǎn)/線接觸彈流油膜厚度和摩擦力測(cè)量領(lǐng)域，涉及一種膜厚和摩擦力同時(shí)測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，特別是一種高應(yīng)力接觸變滑滾比油膜厚度和摩擦力及同時(shí)測(cè)量模擬裝置，將滾動(dòng)體與軸承滾道的接觸等效為滾動(dòng)體與平面的接觸，通過測(cè)量不同滑滾比下滾動(dòng)體與玻璃圓盤之間的油膜厚度和摩擦力來獲得滾動(dòng)體與軸承滾道之間的摩擦學(xué)數(shù)據(jù)。

背景技術(shù)：
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工程中的大量機(jī)械零部件為高副接觸，該接觸形式下零部件在接觸點(diǎn)出產(chǎn)生彈性變形，進(jìn)而使的潤(rùn)滑狀態(tài)以彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑(彈流潤(rùn)滑)為主。對(duì)彈流潤(rùn)滑機(jī)理進(jìn)行研究可以指導(dǎo)零部件的摩擦學(xué)設(shè)計(jì)和潤(rùn)滑油的改進(jìn)和選取。一直以來，國(guó)內(nèi)外對(duì)彈流潤(rùn)滑的研究一方面對(duì)潤(rùn)滑油膜進(jìn)行測(cè)量；另一方面對(duì)摩擦力進(jìn)行測(cè)量。但是，受到測(cè)量技術(shù)的局限性，對(duì)油膜厚度和摩擦力同時(shí)測(cè)量的研究?jī)H限于純滑動(dòng)工況，而對(duì)于不同滑滾比下油膜厚度和摩擦力的測(cè)量多為獨(dú)立測(cè)量，缺少了同時(shí)測(cè)量的技術(shù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。高高副接觸潤(rùn)滑油油膜摩擦力測(cè)量主要通過引力試驗(yàn)機(jī)來進(jìn)行，現(xiàn)有技術(shù)中，申請(qǐng)?zhí)枮閏n2736771y的中國(guó)專利公開了一種潤(rùn)滑油綜合性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)機(jī)，其包括動(dòng)力裝置，摩擦副，盛油裝置，加載裝置，固定軸，所述摩擦副包括轉(zhuǎn)子和定子，該專利采用砝碼負(fù)重，利用杠桿原理，使摩擦點(diǎn)的定子與轉(zhuǎn)子發(fā)生滑動(dòng)摩擦，通過溫控裝置測(cè)試記錄最終油溫變化以及摩擦副磨痕來評(píng)價(jià)潤(rùn)滑油的抗磨性能，該實(shí)用新型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、操作方便、并且易于攜帶，但是，該專利仍然存在以下缺陷：一是通過磨痕來評(píng)價(jià)潤(rùn)滑油的減摩抗磨性能準(zhǔn)確性不高，沒有一個(gè)準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)判磨痕的大小，而且磨痕本身也是毫無規(guī)律的，不同的人對(duì)磨痕的判斷也不相同，會(huì)導(dǎo)致人員誤差，二是每測(cè)試一次之后就需要更換和修復(fù)摩擦副，增加了人力物力財(cái)力，三是溫度易受外界環(huán)境影響，使得測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度不高，四是該實(shí)用新型不能第一時(shí)間得出測(cè)試結(jié)果，需要計(jì)算；更重要的是該測(cè)量裝置無法對(duì)潤(rùn)滑油膜厚度進(jìn)行測(cè)量。因此，為克服以往測(cè)量裝置中的技術(shù)缺陷，開發(fā)一種切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)高副接觸潤(rùn)滑油膜厚度和摩擦力同時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，以對(duì)其研究提供數(shù)據(jù)支持，在對(duì)高副接觸潤(rùn)滑油膜摩擦力研究過程中，為了簡(jiǎn)化分析將滾動(dòng)體與軸承滾道的接觸等效為滾子與平面的接觸，設(shè)計(jì)制備一種高副接觸變滑滾比油膜和摩擦力同時(shí)測(cè)量模擬裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，尋求設(shè)計(jì)提供一種高副接觸變滑滾比油膜厚度和摩擦力同時(shí)測(cè)量模擬裝置，利用鋼球/滾子與平面圓鋼盤的接觸來模擬滾動(dòng)體與軸承滾道的接觸，再通過ccd圖像傳感器和顯微鏡的配合使用來記錄鋼球/滾子的膜厚數(shù)據(jù)，同時(shí)依靠拉壓傳感器來獲得準(zhǔn)確性高、重復(fù)性好的摩擦力數(shù)據(jù)，以對(duì)高副接觸潤(rùn)滑油膜摩擦力研究提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的高副接觸變滑滾比油膜膜厚和摩擦力同時(shí)測(cè)量模擬裝置的主體結(jié)構(gòu)包括：支撐平臺(tái)、圓盤驅(qū)動(dòng)裝置、球驅(qū)加載回轉(zhuǎn)裝置、傳感器固定調(diào)節(jié)裝置、圖像采集裝置、平移裝置和測(cè)速裝置，所述支撐平臺(tái)的主體結(jié)構(gòu)包括上平臺(tái)、下平臺(tái)、支撐柱、支撐腳和貫穿孔，所述上平臺(tái)和下平臺(tái)均為方形結(jié)構(gòu)金屬結(jié)構(gòu)，并且上平臺(tái)和下平臺(tái)的長(zhǎng)度與寬度相等，所述上平臺(tái)和下平臺(tái)之間通過四角處的圓柱形金屬支撐柱連接，所述下平臺(tái)的下側(cè)面固定置有用以支撐底座的支撐腳，以防止下平臺(tái)與地面接觸，所述上平臺(tái)靠近左邊沿中間處開有圓形貫穿孔。

本發(fā)明涉及的圓盤驅(qū)動(dòng)裝置置于支撐平臺(tái)上側(cè)靠近左邊沿處，用以盤驅(qū)電機(jī)帶動(dòng)玻璃圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，其主體結(jié)構(gòu)包括：玻璃圓盤、從動(dòng)帶輪、主軸、玻璃圓盤壓蓋、盤驅(qū)電機(jī)支座、盤驅(qū)電機(jī)、主動(dòng)帶輪、底座固定孔和法蘭盤，圓柱形玻璃材質(zhì)的玻璃圓盤置于主軸的上端，用以與鋼球構(gòu)成高應(yīng)力點(diǎn)接觸彈流接觸副，所述玻璃圓盤的上下側(cè)分別置有用以固定玻璃圓盤的金屬材質(zhì)的玻璃圓盤壓蓋，所述主軸上靠下處置有法蘭盤，所述法蘭盤通過螺栓固定于貫穿孔上，用以固定圓盤驅(qū)動(dòng)裝置，所述法蘭盤和玻璃圓盤下側(cè)的玻璃圓盤壓蓋之間的主軸上套有圓柱形空心套筒，所述主軸的下端置有從動(dòng)帶輪，所述從動(dòng)帶輪位于貫穿孔的下側(cè)，所述下平臺(tái)中間處長(zhǎng)方形陣列式分布有用以固定盤驅(qū)電機(jī)支座的底座固定孔，所述盤驅(qū)電機(jī)支座包括兩塊對(duì)置分布的l形側(cè)板和一塊方形頂板，所述盤驅(qū)電機(jī)支座能夠根據(jù)與從動(dòng)帶輪的位置需要來水平調(diào)整位置，并通過底座固定孔進(jìn)行固定，用以為玻璃圓盤提供動(dòng)力的盤驅(qū)電機(jī)固定置于盤驅(qū)電機(jī)支座的兩塊l形側(cè)板之間，并且盤驅(qū)電機(jī)的輸出軸上端穿過盤驅(qū)電機(jī)支座的頂板，所述盤驅(qū)電機(jī)的輸出軸上端固定有用以將動(dòng)力傳遞至從動(dòng)帶輪的主動(dòng)帶輪，所述主動(dòng)帶輪與從動(dòng)帶輪直接連接有傳動(dòng)帶。

本發(fā)明涉及的球驅(qū)加載回轉(zhuǎn)裝置位于圓盤驅(qū)動(dòng)裝置的后側(cè)，并且固定于平移裝置中的平移板的中間處，用以通過鋼球與平面圓鋼盤的接觸來模擬滾動(dòng)體與軸承滾道的接觸，并控制對(duì)鋼球進(jìn)行加載，所述球驅(qū)加載回轉(zhuǎn)裝置的主體結(jié)構(gòu)包括：鋼球、球軸、軸承支座、伺服電機(jī)從動(dòng)輪、伺服電機(jī)、伺服電機(jī)主動(dòng)輪、電機(jī)支座、加載板、加載軸、加載軸承、加載軸承支座、砝碼、彈簧座、彈簧、軸承座、張緊線螺母和彈簧支撐板；所述鋼球右側(cè)與用以固定鋼球的球軸連接，并且鋼球的位于玻璃圓盤的下表面，所述球軸的右端通過通過軸承支座連接伺服電機(jī)從動(dòng)輪，所述伺服電機(jī)從動(dòng)輪通過傳動(dòng)帶與其正上方的伺服電機(jī)主動(dòng)輪連接，所述伺服電機(jī)主動(dòng)輪位于l形電機(jī)支座的立板左側(cè)并通過轉(zhuǎn)軸與l形電機(jī)支座的立板右側(cè)的伺服電機(jī)連接，所述伺服電機(jī)用以給鋼球轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力，所述電機(jī)支座的橫板的固定于長(zhǎng)條狀加載板的上側(cè)靠左處，所述加載板的下表面靠左處固定置有用以支撐的加載軸承支座，所述軸承支座上置有用以帶動(dòng)軸承支座轉(zhuǎn)動(dòng)的加載軸承，所述軸承支座的下端置有起支撐作用的加載軸，所述加載軸的下端與軸承座內(nèi)的推力球軸承連接，使加載軸能夠以軸承座為中心水平轉(zhuǎn)動(dòng)，所述軸承座的底部固定于平移板上的固定孔上，用以固定整個(gè)球驅(qū)加載回轉(zhuǎn)裝置，所述加載板的上端靠右處置有用以加載的砝碼，所述正對(duì)砝碼的加載板的下表面處置有用以為加載板提供彈力的彈簧，所述彈簧固定置于金屬材質(zhì)的長(zhǎng)條狀彈簧支撐板的右端上表面處，所述彈簧支撐板的下側(cè)中間處置有用以支撐彈簧支撐板的調(diào)節(jié)底座，所述調(diào)節(jié)底座能夠豎直調(diào)節(jié)支撐高度，加載板的右側(cè)尾端處置有連接張緊線的張緊線螺母。

本發(fā)明涉及的傳感器固定調(diào)節(jié)裝置分別固定置于平移板上右邊沿的前后兩端處，用以拉壓力傳感器通過測(cè)定加載板的拉壓力，其主體結(jié)構(gòu)包括：一維平移臺(tái)、支座腳、支撐螺釘、傳感器連接板和拉壓力傳感器，所述一維平移臺(tái)與平移板活動(dòng)式連接，并且只能夠沿平移板左右移動(dòng)，所述一維平移臺(tái)的上表面固定置有l(wèi)型結(jié)構(gòu)的支座腳，支座腳的上側(cè)中間處與支撐螺釘?shù)南露诉B接，所述傳感器連接板為l型彎折板結(jié)構(gòu)，下端為豎直平板結(jié)構(gòu)，上端為向外側(cè)彎折的短橫板結(jié)構(gòu)，所述豎直平板結(jié)構(gòu)的外側(cè)緊貼近支座腳的內(nèi)側(cè)，所述豎直平板結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)中間處固定置有拉壓力傳感器，所述拉壓力傳感器通過張緊線與張緊線螺母連接，所述支撐螺釘?shù)纳蟼?cè)與傳感器連接板的短橫板結(jié)構(gòu)連接，通過調(diào)節(jié)支撐螺釘來調(diào)節(jié)傳感器連接板的高度，進(jìn)一步調(diào)節(jié)壓力傳感器的高度。

本發(fā)明涉及的圖像采集裝置固定置于平移板的左邊沿靠后處，用以采集玻璃圓盤和鋼球的運(yùn)動(dòng)信息，其主體結(jié)構(gòu)包括：ccd圖像傳感器、顯微鏡、x-y平移座、長(zhǎng)桿、調(diào)焦支架、連接板和采集裝置固定座，所述采集裝置固定座包括兩塊對(duì)置放置并通過螺栓固定于平移板的立板和一塊固定于立板上側(cè)的橫板，所述橫板的上側(cè)固定置有用以連接固定座和x-y平移座的方形連接板，所述連接板的上端固定置有方形金屬材質(zhì)的x-y平移座，x-y平移座能夠沿連接板上表面水平移動(dòng)，用以調(diào)節(jié)顯微鏡的位置，所述x-y平移座上側(cè)置有用以調(diào)節(jié)和固定調(diào)焦支架的圓柱形長(zhǎng)桿，所述調(diào)焦支架的后端與長(zhǎng)桿套入式連接，并且調(diào)焦支架后端的左右兩側(cè)置有用以調(diào)節(jié)調(diào)焦支架的旋鈕，所述調(diào)焦支架的前端與顯微鏡支撐式連接，所述顯微鏡位于玻璃圓盤的上方，用以觀察玻璃圓盤與鋼球的運(yùn)動(dòng)軌跡，所述顯微鏡的上端置有用以記錄顯微鏡觀察到的圖像信息的ccd圖像傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)觀測(cè)圖像的實(shí)時(shí)采集。

本發(fā)明涉及的平移裝置位于上平臺(tái)上靠右處，用以帶動(dòng)平臺(tái)上表面的裝置進(jìn)行左右移動(dòng)，其主體結(jié)構(gòu)包括：導(dǎo)軌、滑塊、平移板、螺紋前座、螺紋后座、連接板平移螺桿、通孔和貫穿孔，所述平移螺桿通過左右兩端的螺紋前座和螺紋后座固定于上平臺(tái)的下表面上，所述上平臺(tái)與平移螺桿對(duì)應(yīng)位置處開有貫穿結(jié)構(gòu)的貫穿孔，平移螺桿固定置于貫穿孔的下側(cè)，所述平移板與平移螺桿活動(dòng)式連接，并只能夠沿平移螺桿左右移動(dòng)，所述平移板的下端置有用以帶動(dòng)平移板滑動(dòng)的滑塊，所述長(zhǎng)條狀導(dǎo)軌位于上平臺(tái)的前后邊沿處，所述滑塊與導(dǎo)軌活動(dòng)式連接，能夠使滑塊沿導(dǎo)軌左右移動(dòng)，進(jìn)一度帶動(dòng)平移板左右移動(dòng)，進(jìn)一步調(diào)節(jié)鋼球與玻璃圓盤的相對(duì)位置，以實(shí)現(xiàn)了圓盤回轉(zhuǎn)半徑的調(diào)整。

本發(fā)明涉及的測(cè)速裝置位于圓盤驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置的正下方，用以測(cè)定主軸的轉(zhuǎn)速，其主體結(jié)構(gòu)包括：編碼器固定架、聯(lián)軸器和旋轉(zhuǎn)編碼器，所述編碼器固定架包括兩塊對(duì)置式放置的倒l形立板和一塊連接l形立板下端的橫板，所述立板通過螺栓連接固定于上平臺(tái)的底部，所述聯(lián)軸器的上端與主軸的尾端連接并且聯(lián)軸器的底部置于編碼器固定架的橫板的上側(cè)來形成支撐，所述聯(lián)軸器的下端穿過編碼器固定架的橫板與橫板下側(cè)的旋轉(zhuǎn)編碼器連接，通過旋轉(zhuǎn)編碼器來測(cè)定主軸的轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明在測(cè)量高應(yīng)力接觸變滑滾比潤(rùn)滑油膜摩擦力及膜厚時(shí)，具體測(cè)量步驟如下：

(1)回轉(zhuǎn)半徑和加載力的調(diào)整：

先平移板的前后位置來調(diào)節(jié)鋼球在玻璃圓盤上的回轉(zhuǎn)半徑，再調(diào)整彈簧座與彈簧對(duì)接觸載荷置零，將砝碼放置在加載板上到實(shí)驗(yàn)所需的載荷；

(2)拉壓力傳感器位置的調(diào)整：

先調(diào)整支撐螺釘來調(diào)整傳感器連接板的高度，使拉壓力傳感器達(dá)到所需要的高度，調(diào)整完畢后固定好支撐螺釘，再移動(dòng)一維平移臺(tái)來調(diào)整所需要張緊力的大小，調(diào)整完畢后固定一維平移臺(tái)；

(3)玻璃圓盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)和鋼球驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)：

依次啟動(dòng)盤驅(qū)電機(jī)和伺服電機(jī)來分別驅(qū)動(dòng)玻璃圓盤回轉(zhuǎn)和鋼球回轉(zhuǎn)；

(4)摩擦力的獲取與測(cè)量存儲(chǔ)：

摩擦力的測(cè)量通過精密拉壓力傳感器實(shí)現(xiàn)，在盤驅(qū)電機(jī)啟動(dòng)后，帶動(dòng)兩個(gè)拉壓力傳感器對(duì)拉的方式將兩個(gè)拉壓力傳感器與加載板通過張緊線相連，兩個(gè)傳感器連接到平移臺(tái)上，通過移動(dòng)平移臺(tái)來拉緊張緊線，加載板在未受到兩個(gè)拉壓力傳感器張緊約束的條件下，能夠繞加載回轉(zhuǎn)裝置自由回轉(zhuǎn)；而當(dāng)加載板被兩個(gè)拉壓力傳感器對(duì)拉約束后，加載板的在接觸副摩擦力作用下，將會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)趨勢(shì)，該趨勢(shì)傳遞到拉壓力傳感器上，進(jìn)而獲取摩擦力，由壓力傳感器上的數(shù)據(jù)采集卡usb捕獲并傳輸?shù)絧c端，再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫，對(duì)數(shù)據(jù)采集的labview進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)labview與普通數(shù)據(jù)采集卡usb的結(jié)合，進(jìn)而信號(hào)的采集、處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通過采集界面可直接讀出摩擦力，完成摩擦力的在線測(cè)量和存儲(chǔ)；

(5)測(cè)量設(shè)備的標(biāo)定：

采用兩個(gè)拉壓力傳感器對(duì)拉能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差進(jìn)行標(biāo)定，由于加載板的回轉(zhuǎn)需要通過推力球軸承支撐來實(shí)現(xiàn)，若使鋼球產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，必須克服推力球軸承本身的滾動(dòng)摩擦力，為了保證摩擦力測(cè)量的準(zhǔn)確性，必須標(biāo)定出推力球軸承中的摩擦力矩，采用陳俊等設(shè)計(jì)的傳感器對(duì)拉實(shí)驗(yàn)，由拉壓力傳感器測(cè)量出的數(shù)值進(jìn)行修正，假設(shè)阻礙鋼球運(yùn)動(dòng)的摩擦力矩為m，將兩個(gè)拉壓力傳感器分別命名為傳感器和傳感器來進(jìn)行區(qū)分，當(dāng)傳感器固定，傳感器勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器得到拉力值f，傳感器得到f，有：

f2x2＝f1x1+m(1)

令上式中則有

f2＝b+f1k(2)

其中，x、x分別表示傳感器和傳感器到回轉(zhuǎn)中心的距離，需要說明的是，雖然對(duì)拉實(shí)驗(yàn)球-盤并未接觸，但是實(shí)驗(yàn)中的f可等效為摩擦力系統(tǒng)中球-盤接觸后潤(rùn)滑油膜給鋼球施加的實(shí)際摩擦力，因此，為了消除了軸承中摩擦力矩的影響，本發(fā)明只需讀取傳感器f的數(shù)值，潤(rùn)滑油膜施加給鋼球的實(shí)際摩擦力f則通過擬合公式計(jì)算得到；

(6)膜厚的測(cè)量和分析：

通過調(diào)焦支架來調(diào)節(jié)顯微鏡的位置至能夠完全觀察鋼球在玻璃圓盤上的運(yùn)動(dòng)軌跡，啟動(dòng)ccd圖像傳感器，利用ccd圖像傳感器捕獲鋼球的潤(rùn)滑過程，并將捕獲的數(shù)據(jù)傳輸至pc端，利用pc端的圖像處理軟件分析得出鋼球和玻璃圓盤之間的潤(rùn)滑油膜厚度。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用鋼球與圓鋼盤配合的結(jié)構(gòu)作為高應(yīng)力接觸副，并通過拉壓力傳感器來時(shí)時(shí)獲得接觸副摩擦力變化過程，提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，通過玻璃圓盤上側(cè)的顯微鏡和ccd圖像傳感器能夠在鋼球運(yùn)動(dòng)的同時(shí)準(zhǔn)確記錄鋼球和玻璃圓盤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，再將記錄的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，能夠獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)樣本，平移板能夠沿臺(tái)面前后移動(dòng)來調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)半徑，實(shí)用性好，加載回轉(zhuǎn)裝置能夠根據(jù)需要精確控制加載力的大小，以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)提高了設(shè)備的操作靈活性，通過旋轉(zhuǎn)編碼器能準(zhǔn)確記錄玻璃圓盤的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)精確控制，其主體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)構(gòu)思巧妙，測(cè)量原理科學(xué)可靠，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高副點(diǎn)/線接觸彈流的油膜厚度和摩擦力進(jìn)行同時(shí)測(cè)量，操作簡(jiǎn)單方便，使用方便靈活，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用環(huán)境好，市場(chǎng)前景廣闊。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2為本發(fā)明涉及的圓盤驅(qū)動(dòng)裝置的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖3為本發(fā)明涉及的球驅(qū)加載回轉(zhuǎn)裝置的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖4為本發(fā)明涉及的傳感器固定調(diào)節(jié)裝置的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖5為本發(fā)明涉及的圖像采集裝置的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖6為本發(fā)明涉及的平移裝置的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖7為本發(fā)明涉及的測(cè)速裝置的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖8為本發(fā)明涉及的支撐平臺(tái)的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖9為本發(fā)明涉及的在16n載荷下，pao100潤(rùn)滑油在不同滑滾比下摩擦力與膜厚度的變化圖。

具體實(shí)施方式：

下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例涉及的高應(yīng)力接觸變滑滾比油膜摩擦力及膜厚測(cè)量模擬裝的主體結(jié)構(gòu)包括：支撐平臺(tái)1、圓盤驅(qū)動(dòng)裝置2、球驅(qū)加載回轉(zhuǎn)裝置3、傳感器固定調(diào)節(jié)裝置4、圖像采集裝置5、平移裝置6和測(cè)速裝置7，所述支撐平臺(tái)1的主體結(jié)構(gòu)包括上平臺(tái)101、下平臺(tái)102、支撐柱103、支撐腳104和貫穿孔105，所述上平臺(tái)11和下平臺(tái)12均為方形結(jié)構(gòu)金屬結(jié)構(gòu)，并且上平臺(tái)11和下平臺(tái)12的長(zhǎng)度與寬度相等，所述上平臺(tái)11和下平臺(tái)12之間通過四角處的圓柱形金屬支撐柱13連接，所述下平臺(tái)1的下側(cè)面固定置有用以支撐底座的支撐腳14，以防止下平臺(tái)12與地面接觸，所述上平臺(tái)11靠近左邊沿中間處開有圓形貫穿孔105。

本實(shí)施例涉及的圓盤驅(qū)動(dòng)裝置2置于支撐平臺(tái)1上側(cè)靠近左邊沿處，其主體結(jié)構(gòu)包括：玻璃圓盤201、從動(dòng)帶輪202、主軸203、玻璃圓盤壓蓋204、盤驅(qū)電機(jī)支座205、盤驅(qū)電機(jī)206、主動(dòng)帶輪207、底座固定孔208和法蘭盤209，圓柱形玻璃材質(zhì)的玻璃圓盤置于主軸203的上端，用以與鋼球301構(gòu)成高應(yīng)力點(diǎn)接觸彈流接觸副，所述玻璃圓盤201的上下側(cè)分別置有用以固定玻璃圓盤2的金屬材質(zhì)的玻璃圓盤壓蓋204，所述主軸203上靠下處置有法蘭盤209，所述法蘭盤29通過螺栓固定于貫穿孔105上，用以固定圓盤驅(qū)動(dòng)裝置2，所述法蘭盤209和玻璃圓盤2下側(cè)的玻璃圓盤壓蓋204之間的主軸203上套有圓柱形空心套筒，所述主軸203的下端置有從動(dòng)帶輪202，所述從動(dòng)帶輪202位于貫穿孔105的下側(cè)，所述下平臺(tái)102中間處長(zhǎng)方形陣列式分布有用以固定盤驅(qū)電機(jī)支座205的底座固定孔208，所述盤驅(qū)電機(jī)支座205包括兩塊對(duì)置分布的l形側(cè)板和一塊方形頂板，所述盤驅(qū)電機(jī)支座205能夠根據(jù)與從動(dòng)帶輪202的位置需要來水平調(diào)整位置，并通過底座固定孔208進(jìn)行固定，用以為玻璃圓盤201提供動(dòng)力的盤驅(qū)電機(jī)206固定置于盤驅(qū)電機(jī)支座205的兩塊l形側(cè)板之間，并且盤驅(qū)電機(jī)206的輸出軸上端穿過盤驅(qū)電機(jī)支座205的頂板，所述盤驅(qū)電機(jī)206的輸出軸上端固定有用以將動(dòng)力傳遞至從動(dòng)帶輪202的主動(dòng)帶輪207，所述主動(dòng)帶輪207與從動(dòng)帶輪202直接連接有傳動(dòng)帶。

本實(shí)施例涉及的球驅(qū)加載回轉(zhuǎn)裝置3位于圓盤驅(qū)動(dòng)裝置2的后側(cè)，并且固定于平移裝置6中的平移板603的中間處，用以驅(qū)動(dòng)鋼球301，實(shí)現(xiàn)加載，所述球驅(qū)加載回轉(zhuǎn)裝置3的主體結(jié)構(gòu)包括：鋼球301、球軸302、軸承支座303、伺服電機(jī)從動(dòng)輪304、伺服電機(jī)305、伺服電機(jī)主動(dòng)輪306、電機(jī)支座307、加載板308、加載軸309、加載軸承310、加載軸承支座311、砝碼312、彈簧座313、彈簧314、軸承座315、張緊線螺母316和彈簧支撐板317；所述鋼球301右側(cè)與用以固定鋼球301的球軸302連接，并且鋼球301的位于玻璃圓盤201的下表面，所述球軸302的右端通過通過軸承支座303連接伺服電機(jī)從動(dòng)輪304，所述伺服電機(jī)從動(dòng)輪304通過傳動(dòng)帶與其正上方的伺服電機(jī)主動(dòng)輪306連接，所述伺服電機(jī)主動(dòng)輪306位于l形電機(jī)支座307的立板左側(cè)并通過轉(zhuǎn)軸與l形電機(jī)支座307的立板右側(cè)的伺服電機(jī)305連接，所述伺服電機(jī)305用以給鋼球301轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力，所述電機(jī)支座307的橫板的固定于長(zhǎng)條狀加載板308的上側(cè)靠左處，所述加載板308的下表面靠左處固定置有用以支撐的加載軸承支座311，所述軸承支座311上置有用以帶動(dòng)軸承支座311轉(zhuǎn)動(dòng)的加載軸承310，所述軸承支座311的下端置有氣支撐作用的加載軸309，所述加載軸309的下端與軸承座315內(nèi)的推力球軸承連接，使加載軸309能夠以軸承座315為中心水平轉(zhuǎn)動(dòng)，所述軸承座315的底部固定于平移板603上的固定孔上，用以固定整個(gè)球驅(qū)加載回轉(zhuǎn)裝置3，所述加載板308的上端靠右處置有用以加載的砝碼312，所述正對(duì)砝碼的加載板308的下表面處置有用以為加載板308提供彈力的彈簧314，所述彈簧314固定置于金屬材質(zhì)的長(zhǎng)條狀彈簧支撐板317的右端上表面處，所述彈簧支撐板317的下側(cè)中間處置有用以支撐彈簧支撐板317的調(diào)節(jié)底座，所述調(diào)節(jié)底座能夠豎直調(diào)節(jié)支撐高度，加載板308的右側(cè)尾端處置有連接張緊線的張緊線螺母316。

本實(shí)施例涉及的傳感器固定調(diào)節(jié)裝置4分別固定置于平移板603上右邊沿的前后兩端處，用以測(cè)定加載板308的拉壓力，其主體結(jié)構(gòu)包括：一維平移臺(tái)401、支座腳402、支撐螺釘403、傳感器連接板404和拉壓力傳感器405，所述一維平移臺(tái)401與平移板603活動(dòng)式連接，并且只能夠沿平移板603左右移動(dòng)，所述一維平移臺(tái)401的上表面固定置有l(wèi)型結(jié)構(gòu)的支座腳402，支座腳402的上側(cè)中間處與支撐螺釘403的下端連接，所述傳感器連接板404為l型彎折板結(jié)構(gòu)，下端為豎直平板結(jié)構(gòu)，上端為向外側(cè)彎折的短橫板結(jié)構(gòu)，所述豎直平板結(jié)構(gòu)的外側(cè)緊貼近支座腳402的內(nèi)側(cè)，所述豎直平板結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)中間處固定置有拉壓力傳感器405，所述拉壓力傳感器405通過張緊線與張緊線螺母316連接，所述支撐螺釘403的上側(cè)與傳感器連接板404的短橫板結(jié)構(gòu)連接，通過調(diào)節(jié)支撐螺釘403來調(diào)節(jié)傳感器連接板404的高度，進(jìn)一步調(diào)節(jié)壓力傳感器405的高度。

本實(shí)施例涉及的圖像采集裝置5固定置于平移板603的左邊沿靠后處，用以采集玻璃圓盤201和鋼球301的運(yùn)動(dòng)信息，其主體結(jié)構(gòu)包括：ccd圖像傳感器501、顯微鏡502、x-y平移座503、長(zhǎng)桿504、調(diào)焦支架505、連接板506和采集裝置固定座507，所述采集裝置固定座507包括兩塊對(duì)置放置并通過螺栓固定于平移板603的立板和一塊固定于立板上側(cè)的橫板，所述橫板的上側(cè)固定置有用以連接固定座507和x-y平移座503的方形連接板506，所述連接板506的上端固定置有方形金屬材質(zhì)的x-y平移座503，x-y平移座503能夠沿連接板506上表面水平移動(dòng)，用以調(diào)節(jié)顯微鏡502的位置，所述x-y平移座503上側(cè)置有用以調(diào)節(jié)和固定調(diào)焦支架505的圓柱形長(zhǎng)桿504，所述調(diào)焦支架505的后端與長(zhǎng)桿504套入式連接，并且調(diào)焦支架505后端的左右兩側(cè)置有用以調(diào)節(jié)調(diào)焦支架505的旋鈕，所述調(diào)焦支架505的前端與顯微鏡502支撐式連接，所述顯微鏡502位于玻璃圓盤201的上方，用以觀察玻璃圓盤201與鋼球301的運(yùn)動(dòng)軌跡，所述顯微鏡502的上端置有用以記錄顯微鏡502觀察到的圖像信息的ccd圖像傳感器501，實(shí)現(xiàn)對(duì)觀測(cè)圖像的時(shí)時(shí)采集。

本實(shí)施例涉及的平移裝置6位于上平臺(tái)101上靠右處，其主體結(jié)構(gòu)包括：導(dǎo)軌601、滑塊602、平移板603、螺紋前座604、螺紋后座605、平移螺桿606、通孔607和貫穿孔608，所述所述平移螺桿606通過左右兩端的螺紋前座604和螺紋后座605固定于上平臺(tái)101的下表面上，所述上平臺(tái)101與平移螺桿606對(duì)應(yīng)位置處開有貫穿結(jié)構(gòu)的貫穿孔608，平移螺桿606固定置于貫穿孔608的下側(cè)，所述平移板608與平移螺桿606活動(dòng)式連接，并只能夠沿平移螺桿606左右移動(dòng)，所述平移板603的下端置有用以帶動(dòng)平移板603滑動(dòng)的滑塊602，所述長(zhǎng)條狀導(dǎo)軌601位于上平臺(tái)101的前后邊沿處，所述滑塊602與導(dǎo)軌601活動(dòng)式連接，能夠使滑塊602沿導(dǎo)軌601左右移動(dòng)，進(jìn)一度帶動(dòng)平移板603左右移動(dòng)，進(jìn)一步調(diào)節(jié)鋼球301與玻璃圓盤201的相對(duì)位置，以實(shí)現(xiàn)了圓盤201回轉(zhuǎn)半徑的調(diào)整。

本實(shí)施例涉及的測(cè)速裝置7位于圓盤驅(qū)動(dòng)裝置2驅(qū)動(dòng)裝置的正下方，用以測(cè)定主軸203的轉(zhuǎn)速，其主體結(jié)構(gòu)包括：編碼器固定架701、聯(lián)軸器702和旋轉(zhuǎn)編碼器703，所述編碼器固定架701包括兩塊對(duì)置式放置的倒l形立板和一塊連接l形立板下端的橫板，所述立板通過螺栓連接固定于上平臺(tái)101的底部，所述聯(lián)軸器702的上端與主軸203的尾端連接并且聯(lián)軸器702的底部置于編碼器固定架701的橫板的上側(cè)來形成支撐，所述聯(lián)軸器702的下端穿過編碼器固定架701的橫板與橫板下側(cè)的旋轉(zhuǎn)編碼器703連接，通過旋轉(zhuǎn)編碼器703來測(cè)定主軸203的轉(zhuǎn)速。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例在測(cè)量高副接觸變滑滾比潤(rùn)滑油膜摩擦力及膜厚時(shí)，具體測(cè)量步驟如下：

(1)回轉(zhuǎn)半徑和加載力的調(diào)整：

先平移板603的前后位置來調(diào)節(jié)鋼球301在玻璃圓盤201上的回轉(zhuǎn)半徑，再調(diào)整彈簧座313與彈簧314對(duì)接觸載荷置零，將砝碼312放置在加載板308上到實(shí)驗(yàn)所需的載荷；

(2)拉壓力傳感器位置的調(diào)整：

先調(diào)整支撐螺釘403來調(diào)整傳感器連接板404的高度，使拉壓力傳感器405達(dá)到所需要的高度，調(diào)整完畢后固定好支撐螺釘403，再移動(dòng)一維平移臺(tái)401來調(diào)整所需要張緊力的大小，調(diào)整完畢后固定一維平移臺(tái)401；

(3)玻璃圓盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)和鋼球驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)：

依次啟動(dòng)盤驅(qū)電機(jī)206和伺服電機(jī)305來分別驅(qū)動(dòng)玻璃圓盤201回轉(zhuǎn)和鋼球301回轉(zhuǎn)；

(4)摩擦力的獲取與測(cè)量存儲(chǔ)：

摩擦力的測(cè)量通過精密拉壓力傳感器405實(shí)現(xiàn)，在盤驅(qū)電機(jī)206啟動(dòng)后，帶動(dòng)兩個(gè)拉壓力傳感器405對(duì)拉的方式將兩個(gè)拉壓力傳感器405與加載板308通過張緊線相連，兩個(gè)傳感器連接到平移臺(tái)603上，通過移動(dòng)平移臺(tái)603來拉緊張緊線，加載板308在未受到兩個(gè)拉壓力傳感器405張緊約束的條件下，能夠繞加載回轉(zhuǎn)裝置3自由回轉(zhuǎn)；而當(dāng)加載板308被兩個(gè)拉壓力傳感器405對(duì)拉約束后，加載板308的在接觸副摩擦力作用下，將會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)趨勢(shì)，該趨勢(shì)傳遞到拉壓力傳感器405上，進(jìn)而獲取摩擦力，由壓力傳感器405上的數(shù)據(jù)采集卡usb5935捕獲并傳輸?shù)絧c端，再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫，對(duì)數(shù)據(jù)采集的labview進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)labview與普通數(shù)據(jù)采集卡usb5935的結(jié)合，進(jìn)而信號(hào)的采集、處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通過采集界面可直接讀出摩擦力，完成摩擦力的在線測(cè)量和存儲(chǔ)；

(5)測(cè)量設(shè)備的標(biāo)定：

采用兩個(gè)拉壓力傳感器405對(duì)拉能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差進(jìn)行標(biāo)定，由于加載板308的回轉(zhuǎn)需要通過推力球軸承支撐來實(shí)現(xiàn)，若使鋼球產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，必須克服推力球軸承本身的滾動(dòng)摩擦力，為了保證摩擦力測(cè)量的準(zhǔn)確性，必須標(biāo)定出推力球軸承中的摩擦力矩，采用陳俊等設(shè)計(jì)的傳感器對(duì)拉實(shí)驗(yàn)，由拉壓力傳感器405測(cè)量出的數(shù)值進(jìn)行修正，假設(shè)阻礙鋼球301運(yùn)動(dòng)的摩擦力矩為m，將兩個(gè)拉壓力傳感器405分別命名為傳感器1和傳感器2來進(jìn)行區(qū)分，當(dāng)傳感器1固定，傳感器2勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器1得到拉力值f1，傳感器2得到f2，有：

f2x2＝f1x1+m(1)

令上式中則有

f2＝b+f1k(2)

其中，x1、x2分別表示傳感器1和傳感器2到回轉(zhuǎn)中心的距離，需要說明的是，雖然對(duì)拉實(shí)驗(yàn)球-盤并未接觸，但是實(shí)驗(yàn)中的f2可等效為摩擦力系統(tǒng)中球-盤接觸后潤(rùn)滑油膜給鋼球施加的實(shí)際摩擦力，因此，為了消除了軸承中摩擦力矩的影響，本實(shí)施例只需讀取傳感器f1的數(shù)值，潤(rùn)滑油膜施加給鋼球的實(shí)際摩擦力f2則通過擬合公式計(jì)算得到；

(6)膜厚的測(cè)量和分析：

通過調(diào)焦支架505來調(diào)節(jié)顯微鏡502的位置至能夠完全觀察鋼球301在玻璃圓盤201上的運(yùn)動(dòng)軌跡，啟動(dòng)ccd圖像傳感器，利用ccd圖像傳感器501捕獲鋼球301的潤(rùn)滑過程，并將捕獲的數(shù)據(jù)傳輸至pc端，利用pc端的圖像處理軟件分析得出鋼球301和玻璃圓盤201之間的潤(rùn)滑油膜厚度。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例采用實(shí)施例1中所述的裝置測(cè)量pao100潤(rùn)滑油在16n載荷條件下，在不同滑滾比下對(duì)油膜厚度和摩擦系數(shù)進(jìn)行同時(shí)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如圖9所示，摩擦系數(shù)隨著滑滾比的增大而逐漸增大，在測(cè)量摩擦系數(shù)的同時(shí)，由圖像采集裝置獲取實(shí)時(shí)潤(rùn)滑油膜干涉圖像。