高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺，包括垂直電主軸、傾斜電主軸、上蓋板、氣浮軸承、測力結(jié)構(gòu)、溫控裝置、速度傳感器和壓力傳感器；上蓋板水平設(shè)置，并通過氣浮軸承支撐；上蓋板與傾斜電主軸連接，傾斜電主軸軸端連接有球形或輥子形的第一測試件；垂直電主軸軸端連接有圓盤形的第二測試件；第一測試件與第二測試件的表面接觸；測力結(jié)構(gòu)測量傾斜電主軸傳遞給上蓋板的水平方向力；速度傳感器測量兩電主軸的轉(zhuǎn)速，壓力傳感器測量兩試件間壓力；溫控裝置控制第一測試件與第二測試件的環(huán)境溫度。本發(fā)明旨在提供一種能夠?qū)μ幱诓煌瑴囟认禄瑵L接觸狀態(tài)的機(jī)械傳動零部件摩擦、磨損與潤滑等摩擦學(xué)性能進(jìn)行全面和深入研究的科學(xué)方法與技術(shù)手段。
【專利說明】高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實驗臺，具體的為測量不同溫度條件下機(jī)械傳動零部件滑滾接觸中潤滑油膜形狀、厚度等特征，觀察接觸界面的微觀形貌、磨痕輪廓，分析接觸的表面磨損量，測量接觸的摩擦力等的高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺。

【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)械傳動設(shè)計研究中，摩擦磨損實驗機(jī)被廣泛應(yīng)用于探究摩擦副的潤滑與摩擦情況，但是，大多數(shù)摩擦磨損試驗機(jī)中，試樣之間的運(yùn)動是簡單滑動，以此來測量界面上的摩擦和磨損，評估材料的各種性能及可靠性。然而許多傳遞能量與運(yùn)動的零部件，例如齒輪、凸輪挺桿、滾動軸承以及一些液壓傳動件，是在相對滾動與滑動組合狀況下工作，兩接觸部件接觸點的線速度不同，處于滑滾接觸狀態(tài)，其工況遠(yuǎn)較簡單滑動更為復(fù)雜，因而材料的表面破損形式也不同。
[0003]特別是對于航空航天傳動系統(tǒng)與各類機(jī)構(gòu)，常常在高溫、低溫、真空、特殊氣體、射線等極端條件下運(yùn)行，所用的各種工程材料需要在這些特殊條件下進(jìn)行實驗評估。然而，目前國際上已有的這類實驗臺大多僅能在近于實驗室環(huán)境的常溫常壓條件下工作，或者是在較狹窄的工況范圍內(nèi)針對某一種特定應(yīng)用而設(shè)計。
[0004]為了能夠模擬高速、低速、不同滑滾比、不同環(huán)境溫度等各種復(fù)雜的工況條件下的滑滾接觸行為，以先進(jìn)的實驗手段評估材料和各類零部件在相對滑動滾動條件下的彈流潤滑、承載能力、界面摩擦、表面破壞形式、抗磨損抗疲勞抗膠合壽命與可靠性，本發(fā)明旨在提出一種高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺，采用先進(jìn)的實驗技術(shù)，力爭在較寬廣的工況條件下滿足復(fù)雜機(jī)械傳動系統(tǒng)一般的需求，同時保留進(jìn)一步升級拓展功能的可能性。這一設(shè)備的研發(fā)將瞄準(zhǔn)先進(jìn)水平，填補(bǔ)傳動零件檢測領(lǐng)域的一項空白。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種能夠?qū)Σ煌瑴囟认禄瑵L接觸狀態(tài)部件的摩擦、磨損與潤滑狀況進(jìn)行研究的高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺。
[0006]為解決上述問題采用的技術(shù)方案是:高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺主要包括垂直電主軸、傾斜電主軸、上蓋板、氣浮軸承、測力結(jié)構(gòu)、溫控裝置、速度傳感器和壓力傳感器等部件；上蓋板水平設(shè)置，并通過氣浮軸承支撐；上蓋板下部與傾斜電主軸連接，傾斜電主軸軸端連接有球形或輥子形的第一測試件；垂直電主軸軸端連接有圓盤形的第二測試件；第一測試件與第二測試件的表面接觸；測力結(jié)構(gòu)測量傾斜電主軸傳遞給上蓋板的水平方向力；速度傳感器測量垂直電主軸和傾斜電主軸的轉(zhuǎn)速，壓力傳感器測量第一測試件和第二測試件間的壓力；溫控裝置包括溫控箱和熱風(fēng)機(jī)，第一測試件和第二測試件位于溫控箱內(nèi)，熱風(fēng)機(jī)向溫控箱吹熱風(fēng)。
[0007]進(jìn)一步的是:包括傾斜電主軸平移裝置，傾斜電主軸平移裝置包括軌道A和滑槽A，軌道A水平設(shè)置，滑槽A能夠沿軌道A移動，滑槽A移動方向與通過傾斜電主軸軸線的垂直面平行，氣浮軸承與滑槽A連接。
[0008]進(jìn)一步的是:高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺包括垂直角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，垂直角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)傾斜電主軸與第二測試件表面的夾角。
[0009]進(jìn)一步的是:高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺包括垂直電主軸豎移裝置，垂直電主軸豎移裝置包括軌道B和滑槽B，軌道B垂直設(shè)置，滑槽B能夠沿軌道B移動，垂直電主軸與滑槽B連接。
[0010]進(jìn)一步的是:高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺包括垂直電主軸平移裝置，垂直電主軸平移裝置包括軌道C和滑槽C，軌道C水平設(shè)置，滑槽C能夠沿軌道C移動，滑槽C移動方向垂直于滑槽A移動方向，軌道B與滑槽C連接。
[0011]進(jìn)一步的是:高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺包括絲杠螺母機(jī)構(gòu)，滑槽A和滑槽C均通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動移動。
[0012]進(jìn)一步的是:高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺包括電動缸，電動缸驅(qū)動垂直電主軸移動并調(diào)節(jié)第一測試件和第二測試件間的壓力。
[0013]進(jìn)一步的是:熱風(fēng)機(jī)吹出熱風(fēng)的最高溫度為650°C。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺可以模擬高速、低速、不同滑滾比、不同溫度等工況下接觸表面的摩擦、磨損與潤滑情況，開展不同溫度下微觀摩擦、磨損及彈性流體動力潤滑的機(jī)理研究。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺側(cè)視圖；
[0016]圖2是高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺去掉上蓋板和溫控裝置的俯視圖；
[0017]圖3是高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺去掉溫控裝置安裝顯微鏡的側(cè)視圖；
[0018]圖4是高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺去掉溫控裝置安裝顯微鏡的主視圖；
[0019]圖5是第一測試件與第二測試件相對位置不意圖；
[0020]圖中標(biāo)記為:絲杠螺母機(jī)構(gòu)1、氣浮軸承2、測力結(jié)構(gòu)3、上蓋板4、垂直角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)5、傾斜電主軸6、第一測試件7、溫控箱8、第二測試件9、溫控裝置10、熱風(fēng)機(jī)11、垂直電主軸豎移裝置12、垂直電主軸13、電動缸14、滑槽C15，軌道C16、傾斜電主軸平移裝置17、滑槽A18、軌道A19、垂直電主軸平移裝置20、軌道B21、滑槽B22、顯微鏡23。

【具體實施方式】
[0021 ] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0022]高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺包括垂直電主軸13、傾斜電主軸6、上蓋板4、氣浮軸承2、測力結(jié)構(gòu)3、溫控裝置10、速度傳感器和壓力傳感器；上蓋板4水平設(shè)置，并通過氣浮軸承2支撐；上蓋板4下部與傾斜電主軸6連接，傾斜電主軸6軸端連接有球形或輥子形的第一測試件7 ;垂直電主軸13軸端連接有圓盤形的第二測試件9 ;第一測試件7與第二測試件9的表面接觸；測力結(jié)構(gòu)3測量傾斜電主軸6傳遞給上蓋板4的水平方向力；速度傳感器測量垂直電主軸13和傾斜電主軸6的轉(zhuǎn)速，壓力傳感器測量第一測試件7和第二測試件9間的壓力；溫控裝置10包括溫控箱8和熱風(fēng)機(jī)11，第一測試件7和第二測試件9位于溫控箱8內(nèi)，熱風(fēng)機(jī)11向溫控箱8吹熱風(fēng)。熱風(fēng)機(jī)11吹出熱風(fēng)的最高溫度推薦為650°C，這樣本發(fā)明能夠?qū)Τ刂?50°C時的滑滾摩擦學(xué)性能進(jìn)行研究。進(jìn)行低溫試驗時，將高溫箱取下，換上低溫箱，低溫箱與電主軸接觸部分密封，低溫箱采用液氮冷卻，最低溫度達(dá)到_80°C。
[0023]氣浮軸承2為現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品，其原理是軸承殼體內(nèi)輸入壓縮氣體，使氣浮軸承2的軸處于懸浮狀態(tài)，氣浮軸承2的軸和殼體能夠相對微量移動,移動方向可以是垂直于氣浮軸承2軸線的任意方向。
[0024]進(jìn)行摩擦力測試時，兩電主軸旋轉(zhuǎn)，使第一測試件7與第二測試件9相對滾動；因第一測試件7與第二測試件9速度不同速度方向和/或大小不同，二者又相對滑動。第一測試件7與第二測試件9的摩擦力方向為水平方向，摩擦力傳遞給傾斜電主軸6，然后傳遞給上蓋板4使上蓋板4對測力結(jié)構(gòu)3施加壓力，測力結(jié)構(gòu)3測得該力。因上蓋板4通過氣浮軸承2支撐，氣浮軸承2不會對上蓋板4施加任何水平方向的力，因此不會影響摩擦力測量精度。因氣浮軸承2的軸和殼體能夠相對移動方向可以是垂直于氣浮軸承2軸線的任意方向，因此無論第一測試件11與第二測試件12的摩擦力方向為什么方向，氣浮軸承2都不會上蓋板I施加任何水平方向的力，不會影響摩擦力測量精度。
[0025]通過溫控裝置10改變第一測試件7與第二測試件9的環(huán)境溫度，可以對不同溫度下的摩擦磨損情況進(jìn)行研究。
[0026]測力結(jié)構(gòu)3應(yīng)設(shè)置兩件，測量兩個相互垂直方向的力，兩力的合力方向即是第一測試件7與第二測試件9的摩擦力方向。測摩擦力時一般第一測試件7位于第二測試件9上方。
[0027]實驗后的試件可以通過配套的原子力顯微鏡設(shè)備觀察滑滾接觸產(chǎn)生的微觀界面形貌、磨痕輪廓等特征，分析接觸的表面磨損量，進(jìn)而試件滑滾摩擦學(xué)性能進(jìn)行研究。
[0028]為了能夠?qū)蓽y試件間的潤滑油膜進(jìn)行研究，第二測試件9上方設(shè)置有顯微鏡23，為了觀測得到潤滑油膜特征，第二測試件9由透明材料制成。溫控裝置10會阻擋光線，因此對兩測試件間的潤滑油膜進(jìn)行研究時，需要拆卸掉溫控裝置10。對潤滑油膜進(jìn)行研究時，第一測試件7應(yīng)位于第二測試件9下方，同時，第二測試件9由透明材料制成，這樣能夠避免第二測試件9阻擋顯微鏡光線。在兩試件間加上潤滑油，通過顯微鏡23采集兩試件間油膜狀況并通過電腦分析，即可對兩試件間的潤滑情況進(jìn)行分析。第二測試件9可以是藍(lán)寶石盤或玻璃盤。
[0029]為了能夠調(diào)節(jié)第一測試件7和第二測試件9位置，高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺包括傾斜電主軸平移裝置17，傾斜電主軸平移裝置17包括軌道A19和滑槽A18，軌道A19水平設(shè)置，滑槽A18能夠沿軌道A19移動，滑槽A18移動方向與通過傾斜電主軸6軸線的垂直面平行，氣浮軸承2與滑槽A18連接。傾斜電主軸平移裝置17通過調(diào)節(jié)傾斜電主軸6位置調(diào)節(jié)第一測試件7與第二測試件9中心的距離?；跘18可以通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)I驅(qū)動移動。
[0030]如前所述，測摩擦力時，一般第一測試件7位于第二測試件9上方；對潤滑油膜進(jìn)行研究時，第一測試件7應(yīng)位于第二測試件9下方。為了方便切換這兩種狀態(tài)，高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺包括垂直角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)5，垂直角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)5調(diào)節(jié)傾斜電主軸13與第二測試件9表面的夾角。傾斜電主軸6角度范圍最好是由向上傾斜45度到向下傾斜45度。通常傾斜電主軸6向下傾斜45度時進(jìn)行摩擦力測量；傾斜電主軸6向上傾斜45度時進(jìn)行潤滑油膜研究。垂直角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)5可以是可傾角的回轉(zhuǎn)工作臺。傾斜電主軸6垂直方向的角度改變后引起第一測試件7高度改變。為了在第一測試件6高度改變時也能保證第二測試件9與第一測試件7接觸，并且為了便于改變第二測試件9與第一測試件7間的壓力，低溫滑滾實驗臺包括垂直電主軸豎移裝置12，垂直電主軸豎移裝置12包括軌道B21和滑槽B22，軌道B21垂直設(shè)置，滑槽B21能夠沿軌道B22移動，垂直電主軸13與滑槽B22連接。通過移動滑槽B22即可改變第二測試件9位置，便于保證第二測試件9與第一測試件7接觸以及改變第二測試件9與第一測試件7間的壓力?？梢酝ㄟ^電動缸14驅(qū)動垂直電主軸13移動并調(diào)節(jié)第一測試件7和第二測試件9間的壓力。
[0031]進(jìn)一步的:高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺包括垂直電主軸平移裝置20，垂直電主軸平移裝置20包括軌道C16和滑槽C15，軌道C16水平設(shè)置，滑槽C15能夠沿軌道C16移動，滑槽C15移動方向垂直于滑槽A18移動方向，軌道B21與滑槽C15連接。垂直電主軸平移裝置20帶動軌道B21平移，即帶動整個垂直電主軸豎移裝置12平移，從而帶動垂直電主軸13平移。如圖4所示，垂直電主軸13平移后，第一測試件7線速度方向與第二測試件9線速度方向不同，具有夾角Θ。這樣高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺能夠完成卷吸速度與接觸橢圓軸成一定夾角的彈流實驗?；跜15可以通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)I驅(qū)動移動。
【權(quán)利要求】
1.高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺，其特征在于:主要包括垂直電主軸(13)、傾斜電主軸(6)、上蓋板(4)、垂直角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(5)、豎移裝置(12)、平移裝置(20)、氣浮軸承(2)、測力結(jié)構(gòu)(3)、溫控裝置(10)、速度傳感器和壓力傳感器等部件；上蓋板(4)水平設(shè)置，并通過氣浮軸承⑵支撐；上蓋板⑷下部與傾斜電主軸(6)連接,傾斜電主軸(6)軸端連接有球形或輥子形狀的第一測試件(7);垂直電主軸(13)軸端連接有圓盤形的第二測試件(9)；第一測試件(7)與第二測試件(9)的表面接觸；測力結(jié)構(gòu)(3)測量傾斜電主軸(6)傳遞給上蓋板(4)的水平方向力；速度傳感器測量垂直電主軸(13)和傾斜電主軸￠)的轉(zhuǎn)速，壓力傳感器測量第一測試件(7)和第二測試件(9)間的壓力；溫控裝置包括溫控箱(8)和熱風(fēng)機(jī)(11)，第一測試件(7)和第二測試件(9)位于溫控箱(8)內(nèi)，熱風(fēng)機(jī)(11)向溫控箱(8)吹熱風(fēng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺，其特征在于:包括傾斜電主軸平移裝置(17)，傾斜電主軸平移裝置(17)包括軌道A (19)和滑槽A (18)，軌道A (19)水平設(shè)置，滑槽A(IS)能夠沿軌道A(19)移動，滑槽A(18)移動方向與通過傾斜電主軸(6)軸線的垂直面平行，氣浮軸承(2)與滑槽A(IS)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺，其特征在于:包括垂直角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(5)，垂直角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(5)調(diào)節(jié)傾斜電主軸(13)與第二測試件(9)表面的夾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺，其特征在于:包括垂直電主軸豎移裝置(12)，垂直電主軸豎移裝置(12)包括軌道B(21)和滑槽B(22)，軌道B(21)垂直設(shè)置，滑槽B (21)能夠沿軌道B (22)移動，垂直電主軸(13)與滑槽B (22)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺，其特征在于:包括垂直電主軸平移裝置(20)，垂直電主軸平移裝置(20)包括軌道C (16)和滑槽C (15)，軌道C (16)水平設(shè)置，滑槽C(15)能夠沿軌道C(16)移動，滑槽C(15)移動方向垂直于滑槽A(18)移動方向，軌道B (22)與滑槽C (15)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺，其特征在于:包括絲杠螺母機(jī)構(gòu)(I)，滑槽A (18)和滑槽C (15)均通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)(I)驅(qū)動移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺，其特征在于:包括電動缸(14)，電動缸(14)驅(qū)動垂直電主軸(13)移動并調(diào)節(jié)第一測試件(7)和第二測試件(9)間的壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高低溫滑滾摩擦學(xué)性能實驗臺，其特征在于:熱風(fēng)機(jī)(11)吹出熱風(fēng)的最高溫度為650°C。
【文檔編號】G01N19/00GK104181098SQ201410461512
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】王家序, 何濤, 蒲偉, 韓彥峰, 周青華, 周廣武, 張瑩, 朱東 申請人:四川大學(xué)